燃油鍋爐雙通道旋流調(diào)風(fēng)器數(shù)值計(jì)算

　　調(diào)風(fēng)器是燃油鍋爐的核心部件之。旋流式調(diào)風(fēng)器在風(fēng)道入口處裝有旋流葉片，使調(diào)風(fēng)器出口氣流軸向切向速度高而形成強(qiáng)烈旋流，氣流紊流強(qiáng)度大，油氣混合劇烈，并對(duì)爐膛內(nèi)高溫?zé)煔猱a(chǎn)生較強(qiáng)卷吸作用，利于穩(wěn)定火焰。因此，在艦船及民用燃油鍋爐中得到廣泛應(yīng)用。1由于空氣流動(dòng)的復(fù)雜性，已往旋流式調(diào)風(fēng)器投資大周期長(zhǎng)。為此，國(guó)內(nèi)外對(duì)數(shù)值模擬方法的研究越來(lái)越重視，本文通過(guò)對(duì)雙通道旋流式調(diào)風(fēng)器的分析研究，建立了物理模型和數(shù)學(xué)模型，以大型通用程序0風(fēng)的核心部分8算法程序?yàn)榛�礎(chǔ)，對(duì)其冷態(tài)出口空氣動(dòng)力場(chǎng)特性進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算旨在為工程設(shè)計(jì)或試驗(yàn)提供參考。

　　1物理模型為研究對(duì)象，為便于計(jì)算并保證精度，對(duì)實(shí)物模型進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化。

　　1爐膛內(nèi)為足夠大圓柱型空間；2來(lái)流被視為不可壓粘性流體速度湍流脈動(dòng)能和湍流耗散分布均勻，將調(diào)風(fēng)器入口至穩(wěn)燃器出口區(qū)域內(nèi)氣流視為軸對(duì)稱流動(dòng)；3冷態(tài)下，可將穩(wěn)燃器出口至爐膛及爐膛內(nèi)4忽略旋流器葉片厚度和穩(wěn)燃器壁厚對(duì)氣流的影響；5葉片將入口旋流器分割成若干互不影響經(jīng)簡(jiǎn)化后的物理模型1.中為爐膛半徑；為圓筒型通道半徑；0為穩(wěn)焰器半徑；丹為爐膛長(zhǎng)度。

　　2數(shù)學(xué)模型依據(jù)文獻(xiàn)2和文獻(xiàn)3，結(jié)合本文對(duì)研究對(duì)象所作的簡(jiǎn)化假設(shè)，同時(shí)忽略氣流微小的體積力，則得到如下形式的控制方程。因在計(jì)算程序模塊中使用直角坐標(biāo)系，本文未作坐標(biāo)變換，故控制方程也采用直角坐標(biāo)形式。收稿日期200025爭(zhēng)+香+導(dǎo)=，2.2動(dòng)量守恒方程2.3湍流模型方程3定解條件3.1進(jìn)口邊界條件湍流動(dòng)能和湍流耗散率的達(dá)式。6 2湍流耗散率= 3.2出口邊界條件出口邊界=，丑1 1出口邊界=0湍流過(guò)程的模擬有多種方法，本文采用目前應(yīng)用最廣的+雙方程模擬45.

　　1運(yùn)用方程模擬3.3壁面邊界條件壁面方向上速度湍流動(dòng)能和湍流耗散率的達(dá)式。8，垂直平行=，2運(yùn)用方程模擬上列各式中，州分別少，2方向的速度分量；1為運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)；為壓力，分別湍流動(dòng)能和湍流耗散率。

　　方程中常數(shù)4項(xiàng)取值1.

　　為平行壁面方向上速度的平均值，8為網(wǎng)格寬度的50 3.4對(duì)稱軸和對(duì)稱面邊界條件對(duì)稱軸上神士對(duì)稱面上=！

　　4算例調(diào)風(fēng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)為例進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。計(jì)算過(guò)程常數(shù)符號(hào)GG得到的結(jié)果作為入流條件計(jì)算圓筒通道內(nèi)的流場(chǎng)；Of5最后，將結(jié)果賦予爐膛進(jìn)行整場(chǎng)計(jì)算。計(jì)算項(xiàng)目包括空氣動(dòng)力場(chǎng)矢量分布速度分布軸向速度與壓力分布的關(guān)系湍蔽力能及耗散率分布回流區(qū)邊界輪廓等。計(jì)算結(jié)果2至10及2所有中的橫坐標(biāo)均為軸向距離，以調(diào)風(fēng)器出口端面為起始點(diǎn)。I忒向艦，矣部分為試驗(yàn)結(jié)果。

　　2沿靠近擴(kuò)口平面方向，切向速度逐漸增大，氣流卷吸作用加強(qiáng)，明擴(kuò)口部位是形成回流區(qū)繞軸線的旋轉(zhuǎn)半徑最大，氣流卷吸作用最強(qiáng)，迅速達(dá)到最大值，而中心回流區(qū)以外區(qū)域受旋轉(zhuǎn)作用影響漸小，主回流風(fēng)呈環(huán)狀分布。

　　3切向速度比軸向速度衰減得快，兩者的對(duì)比程度決定了氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度和射流的射程，共同構(gòu)成了回流區(qū)形成過(guò)程中兩個(gè)關(guān)鍵要素。

　　4入口及回流區(qū)與射流的邊界和8較大，明存在強(qiáng)烈的湍流脈動(dòng)，動(dòng)量交換劇烈。兩者相似的分布體現(xiàn)了動(dòng)能的產(chǎn)生與耗散保持著平衡關(guān)系。

　　5計(jì)算結(jié)論與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，所建模型和計(jì)算方法是可信的。

　　6本文所述模型及計(jì)算適用于爐膛內(nèi)只設(shè)單只調(diào)風(fēng)器的小容量鍋爐，對(duì)于大中型鍋爐，爐膛內(nèi)往往布置多個(gè)調(diào)風(fēng)器，其出口氣流會(huì)相互影響，空氣動(dòng)力場(chǎng)更加復(fù)雜，有關(guān)方面的研究正在進(jìn)步探索中。