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燃烧是相对较复杂的过程,涉及到多相的流动与混合、燃烧反应以及能量的平衡。燃烧过程的数值模拟被广泛用在锅炉、燃烧炉、加热器、燃气轮机、火箭发动机等领域。SimPop公司结合多年的行业服务经验,为客户提供燃烧过程的数值分析方案:

流场分析

火焰分析

热混合分析

耦合换热分析

污染物排放分析

组分浓度和反应分析

在燃烧过程数值模拟中,常用的燃烧模型包括:

通用有限化学反应速率模型;

非预混燃烧模型;

预混燃烧模型;

部分预混燃烧模型;

PDF输运方程模型等。

蓄热式熔铝炉数值模拟

熔铝炉的熔炼过程为非稳态过程,所采用的蓄热式烧嘴在熔炼过程中按照一定的时间周期进行燃料换向,炉内所发生的动量、热量与质量的传递过程涉及到气相燃烧、湍流流动、辐射换热、流固耦合传热、固体铝的熔化等。

在熔铝炉的模拟中,溶铝过程经历了固体升温段、熔化恒温段及液体升温段三个过程,与溶铝的工艺过程相符合。

 

硅酸钠窑炉的数值模拟

采用CFD数值模拟研究关键因素(窑炉结构、燃烧器结构、一次风量、燃烧器水平及垂直偏转角度等)对窑炉内温度场、浓度场及压力场的影响,在满足工艺要求的前提下,基于客户的实际需求,选择最优化的窑炉及燃烧系统设计方案,实现硅酸钠熔窑本体结构与燃烧系统的优化匹配,实现窑炉能耗的最小化。

 

预混燃烧的大涡模拟

预混燃烧过程中,燃料与氧化剂在进入燃烧器之前混合,这种现象发生在内燃发动机、燃气涡轮机等工业应用中。对于这种类型的燃烧反应,化学模型主要涉及跟踪火焰前沿的位置,可通过G方程来捕捉。

大涡模拟(LES)是一种先进的湍流求解模型,该方法可获得比RANS方法高的精度,同时计算量比DNS少。将LES与燃烧模型耦合使用,可获得更加准确的湍流计算以及组分之间的扩散。

 

生物质锅炉燃烧

潮湿的生物质燃料燃烧过程中,湿度会影响充分燃烧和炉内温度。采用数值模拟方法对不同湿度的生物质燃料进行分析,可获得炉内的温度分布、未燃烧的燃料以及NOx的排放量等参数。

 

燃烧器设计

燃烧器的设计过程中,采用数值模拟的技术,可分析燃烧的效率,温度的分布,污染物的产生,燃料的助燃剂的进料等。

左图为燃烧器内的硫化物的分布,根据模拟的结果,可对燃烧器结构和燃烧条件进行优化,获得燃烧效率高,污染物少的燃烧工艺设计。

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