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化学反应器网络自动生成方法在微混燃烧室中的应用
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作者 帅佳玮 雷福林 张哲巅 《热力发电》 北大核心 2025年第9期125-134,共10页
计算流体力学-化学反应器网络(computational fluid dynamics-chemical reactor network,CFD-CRN)模拟是一种适合燃气轮机NO_(x)排放预测的方法,基于此方法开发了具有通用性的CRN自动分区/求解程序,并在天然气微混燃烧室上进行应用与验... 计算流体力学-化学反应器网络(computational fluid dynamics-chemical reactor network,CFD-CRN)模拟是一种适合燃气轮机NO_(x)排放预测的方法,基于此方法开发了具有通用性的CRN自动分区/求解程序,并在天然气微混燃烧室上进行应用与验证。通过CFD软件模拟分析微混燃烧室的流动和燃烧特性,建立CRN分区准则:首先将空气区和燃料区提取出来,然后沿轴向主分区,再根据燃料分级沿径向/周向细分区域。结果表明,CRN自动分区/求解程序使用可扩展标记语言XML(extensible markup language)规范化信息接口增强了通用性,适用于复杂燃烧室结构,对微混燃烧室不同工况的NO_(x)排放预测值与实验值相对误差小于11%,并且CFD网格数对CRN预测NO_(x)排放值的影响较小;同时分析了燃料分配比例对微混燃烧室NO_(x)排放的影响,给出了合适的调节范围。该CRN自动分区/求解算法在燃气轮机NO_(x)排放预测方面具有应用潜力。 展开更多
关键词 微混燃烧室 化学反应器网络 CRN分区算法 燃料分级 NO_(x)排放
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贫预混燃烧室化学反应器网络模型建模及不确定性分析 被引量:5
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作者 母滨 雷福林 +2 位作者 邵卫卫 张哲巅 肖云汉 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期2108-2119,共12页
基于CFD三维数值模拟结果的化学反应器(CRN)网络模型方法具有快速预估燃烧室NOx排放的特点。研究通过CFD数值模拟手段获得了贫预混燃烧室流场、温度场等特征分布,基于燃料空气掺混特性、速度场、温度场、OH分布以及达姆科勒数,燃烧室被... 基于CFD三维数值模拟结果的化学反应器(CRN)网络模型方法具有快速预估燃烧室NOx排放的特点。研究通过CFD数值模拟手段获得了贫预混燃烧室流场、温度场等特征分布,基于燃料空气掺混特性、速度场、温度场、OH分布以及达姆科勒数,燃烧室被离散划分为预热区、火焰锋面区、火焰过渡区、后火焰区、中心回流区以及角回流区,建立了复杂的CRN模型表征燃烧室内部的流动特征和火焰结构。以贫预混燃烧器为对象,与实验结果进行了对比验证。通过敏感性和不确定性分析获得了反应区域停留时间和烟气回流比例等关键参数对NOx排放的影响规律。结果表明:CFD-CRN混合方法更适用于在高当量比条件下贫预混燃烧室NOx排放的快速有效预测。在相同扰动强度的条件下,反应预热区域和火焰锋面区域的停留时间扰动对CRN模型预测NOx的生成量和稳定性影响更显著。CFD-CRN混合方法应明确在较高的绝热火焰温度条件下烟气回流比的准确性计算及其对NOx生成的显著影响。 展开更多
关键词 贫预混燃烧室 化学反应器网络模型 NOX排放 不确定性分析 敏感性分析
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贫燃预混旋流燃烧器回熄火边界数值模拟 被引量:6
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作者 郭乔轩 雷福林 +2 位作者 田文栋 张哲颠 肖云汉 《热力发电》 CAS 北大核心 2020年第11期82-88,共7页
为了预测回熄火边界,采用部分预混燃烧模型对天然气旋流预混燃烧器开展计算流体力学模拟。燃烧室直径60 mm、长160 mm,模拟工况包括空气和体积分数为25%的O2+体积分数为75%的N22种氧化剂,旋流器出口轴向速度为0.6~1.5 m/s范围的回火边界... 为了预测回熄火边界,采用部分预混燃烧模型对天然气旋流预混燃烧器开展计算流体力学模拟。燃烧室直径60 mm、长160 mm,模拟工况包括空气和体积分数为25%的O2+体积分数为75%的N22种氧化剂,旋流器出口轴向速度为0.6~1.5 m/s范围的回火边界,以及1.5~4.5 m/s范围内的吹熄边界。通过回火和吹熄实验数据对模型进行验证,并分析结构参数对回熄火边界的影响。对比了Realizable k-ε模型和雷诺应力湍流模型,结果表明雷诺应力模型对回熄火边界的模拟结果更好。分析了回火和吹熄前后旋流器出口截面Da的变化情况,结果表明不同气流速度条件下回火临界点的1/Da以及吹熄临界点的Da和混合分数具有一定的关系。保持几何旋流数不变,对比分析了3种旋流器进口结构回熄火发生前后的流场变化及回熄火边界的变化,结果表明结构参数对回火和吹熄区间的影响作用相反,存在最优的进口长度和宽度组合使得由回火到吹熄的稳定燃烧区间最大。 展开更多
关键词 贫燃预混燃烧 旋流燃烧器 回火边界 吹熄边界 几何旋流数 数值模拟
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喷管结构对甲烷微混燃烧特性的影响研究 被引量:2
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作者 蒿宇 雷福林 张哲巅 《热力发电》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期26-35,共10页
微混燃烧是一种具有潜力的低污染燃烧技术,而作为基础单元的微管结构对燃烧特性有显著的影响。以单元微管模型燃烧器为对象,在空气预热加压和常温常压2组工况下,使用计算流体力学方法分析了不同微管直径、微管后段长度、火焰筒微管面积... 微混燃烧是一种具有潜力的低污染燃烧技术,而作为基础单元的微管结构对燃烧特性有显著的影响。以单元微管模型燃烧器为对象,在空气预热加压和常温常压2组工况下,使用计算流体力学方法分析了不同微管直径、微管后段长度、火焰筒微管面积比时的甲烷微混燃烧特性。数值模拟结果表明:常温工况的火焰长度明显增长,并且增幅受到微管直径和面积比的影响较大;随着微管直径增大,火焰筒内流场和温度场基本相似,无量纲火焰长度变化不大,但是微管直径更小时2组工况的火焰长度变化更小,具有更好的适应性;随着微管后段长度增加,微管出口湍流强度大幅降低,火焰长度明显增加,2组工况下火焰长度的变化趋势较为一致;随着火焰筒与微管面积比增加,火焰长度有先缩短后增长的趋势,而面积比在4.0~9.0时火焰长度较短,燃烧性能较好。研究结果对燃气轮机燃烧室具有参考价值,对自由射流火焰也有一定的参考意义。 展开更多
关键词 模型燃烧器 喷管结构 微混燃烧 火焰长度 燃烧特性
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煤粉柔和气化炉内流动特性数值模拟
5
作者 邢文朝 雷福林 肖云汉 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期104-109,共6页
基于煤粉柔和气化炉的工况特征,采用数值模拟手段研究了喷嘴位置、喷嘴孔径(射流速度)和煤粉平均粒径等对气化炉内气固流场特性、烟气回流比和颗粒平均停留时间等的影响规律。结果表明:柔和气化炉内流场分布主要受二次风喷嘴位置和射流... 基于煤粉柔和气化炉的工况特征,采用数值模拟手段研究了喷嘴位置、喷嘴孔径(射流速度)和煤粉平均粒径等对气化炉内气固流场特性、烟气回流比和颗粒平均停留时间等的影响规律。结果表明:柔和气化炉内流场分布主要受二次风喷嘴位置和射流速度的影响,二次风喷嘴位置对流场影响更大;保持一次风和二次风射流速度不变时,随着二次风喷嘴与炉膛中心距离的增加,烟气回流比和颗粒平均停留时间先增大后减小;随着二次风射流速度的增大,烟气回流比增大,而颗粒平均停留时间有所变短;随着煤粉平均粒径减小,烟气回流比变化很小,而颗粒平均停留时间显著延长。 展开更多
关键词 煤粉 柔和气化 射流 煤粉平均粒径 颗粒平均停留时间
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化学反应器网络法在燃烧室数值模拟中的应用
6
作者 耿俊杰 帅佳玮 +1 位作者 雷福林 祁海鹰 《清华大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第10期1887-1896,共10页
为了探究计算流体力学耦合化学反应器网络的燃烧室数值模拟方法,提高对燃气轮机燃烧室NO_(x)排放的预测精度,该文基于已有全参数全尺寸燃烧室流动燃烧过程的数值模拟结果,研究了化学反应器网络自动分区/求解方法及其程序化、燃烧空间分... 为了探究计算流体力学耦合化学反应器网络的燃烧室数值模拟方法,提高对燃气轮机燃烧室NO_(x)排放的预测精度,该文基于已有全参数全尺寸燃烧室流动燃烧过程的数值模拟结果,研究了化学反应器网络自动分区/求解方法及其程序化、燃烧空间分区策略和通用准则。结果表明:在不同负荷、不同燃烧模式和变结构条件下,该文所提出的数值模拟方法对NO_(x)排放的预测误差不大于6.4%,远低于现有商用软件采用后验模型预测NO_(x)的误差,可为燃烧室研发提供更有力的工具。 展开更多
关键词 燃烧室数值模拟 化学反应器网络 NO_(x)排放预测 自动分区/求解方法 分区策略 分区通用准则
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预测NOx排放的化学反应器网络自动生成方法 被引量:3
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作者 高桥东 雷福林 张哲巅 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期612-622,共11页
计算流体力学-化学反应器网络(computational fluid dynamics-chemical reactor network,CFD-CRN)方法是一种预测燃烧室排放的手段,如何快速构建合理的CRN是一个需要解决的问题。为实现CRN的自动划分、构建和求解,基于Python语言开发了... 计算流体力学-化学反应器网络(computational fluid dynamics-chemical reactor network,CFD-CRN)方法是一种预测燃烧室排放的手段,如何快速构建合理的CRN是一个需要解决的问题。为实现CRN的自动划分、构建和求解,基于Python语言开发了CRN自动生成程序并集成了Cantera求解器;对贫预混燃烧器和微混模型燃烧器的NOx排放进行预测,并与实验数据对比验证,结果表明:给定划分标准,利用CRN自动生成程序可以读取CFD数据,实现快速有效地构建和求解CRN;利用CFD-CRN方法预测NOx排放,应考虑散热损失以提高预测准确度;在划分标准合理的前提下,减少CFD计算的网格数和CRN的反应器数量依然能保证NOx预测精度;同一CRN模版对不同工况有一定的适用性,可以用于预测相近工况的NOx排放。 展开更多
关键词 计算流体力学 化学反应器网络 生成方法 预混燃烧 NOx
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MILD Combustion for Hydrogen and Syngas at Elevated Pressures 被引量:2
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作者 HUANG Mingming ZHANG Zhedian +3 位作者 SHAO Weiwei XIONG Yan lei fulin XIAO Yunhan 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第1期96-102,共7页
As gas recirculation constitutes a fundamental condition for the realization of MILD combustion, it is necessary to determine gas recirculation ratio before designing MILD combustor. MILD combustion model with gas rec... As gas recirculation constitutes a fundamental condition for the realization of MILD combustion, it is necessary to determine gas recirculation ratio before designing MILD combustor. MILD combustion model with gas recirculation was used in this simulation work to evaluate the effect of fuel type and pressure on threshold gas recirculation ratio of MILD mode. Ignition delay time is also an important design parameter for gas turbine combustor, this parameter is kinetically studied to analyze the effect of pressure on MILD mixture ignition. Threshold gas recirculation ratio of hydrogen MILD combustion changes slightly and is nearly equal to that of 10 MJ/Nm3syngas in the pressure range of 1-19 atm, under the conditions of 298 K fresh reactant temperature and 1373 K exhaust gas temperature, indicating that MILD regime is fuel flexible. Ignition delay calculation results show that pressure has a negative effect on ignition delay time of 10 MJ/Nm3syngas MILD mixture, because OH mole fraction in MILD mixture drops down as pressure increases, resulting in the delay of the oxidation process. 展开更多
关键词 MILD combustion Gas turbine combustor SYNGAS Gas recirculation ratio Ignition delay time
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Influence of Solids Circulation Flux on Coal Gasification Process in a Pressurized High-density Circulating Fluidized Bed 被引量:1
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作者 ZHANG Yawen lei fulin XIAO Yunhan 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第1期97-105,共9页
The coal gasification behaviors in the pressurized high-density circulating fluidized bed under various solids circulation fluxes were studied with the CFD method, which combines the two-fluid model and coal gasificat... The coal gasification behaviors in the pressurized high-density circulating fluidized bed under various solids circulation fluxes were studied with the CFD method, which combines the two-fluid model and coal gasification reactions represented by the chemical percolation devolatilization and the MGAS models. The numerical method was validated with two experimental cases, and detailed distributions of gas species and temperature in the riser were illustrated to understand the gasification process. To fully understand the influence of solids circulation flux on the gasification behavior, a series of cases were simulated with the solids flux varying gradually from 260 to 1010 kg/m^2 s, and the composition and quality of syngas were compared between various cases. The higher heating value of syngas firstly increased and then decreased with the increase of solids flux, and it reached the highest value around 480 kg/m^2 s. The influence of solids flux on gasification process was further analyzed through the contours of temperature, solids concentration, and gas composition in the riser. 展开更多
关键词 CFD TWO-FLUID model GASIFICATION HIGH-DENSITY CFB
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Effects of steam on CO2 absorption ability of calcium-based sorbent modified by peanut husk ash 被引量:1
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作者 LIU Yang YANG XinFang +2 位作者 ZHAO LiFeng lei fulin XIAO YunHan 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第6期953-962,共10页
The CO_2 absorption ability of synthetic calcium-based sorbent modified by peanut husk ash (PHA) was tested by Thermal Gravimetric Analyzer (TGA), and the effects of steam and calcination temperature were investigate... The CO_2 absorption ability of synthetic calcium-based sorbent modified by peanut husk ash (PHA) was tested by Thermal Gravimetric Analyzer (TGA), and the effects of steam and calcination temperature were investigated. The PHA composition was analyzed by X-Ray Fluorescence (XRF), the apparent morphology was characterized by scanning electron microscope (SEM), and the phases of the sorbent before and after calcination were examined by X-ray diffraction (XRD). The addition of PHA effectively improved the cyclic stability of the calcium-based sorbent. The optimal molar ratio of SiO_2 in PHA to CaO was around 0.07. Steam had positive effect on keeping porosity of the sorbent at the chemical reaction stage, and improved its CO_2 absorption ability. Steam also reduced the diffusion resistance of the product layer, and depressed the influence of high temperature calcination. It was also found that the steam hydration after calcination was an effective way to recover the absorption ability of the sorbent, while the hydration duration of 10 min was enough. 展开更多
关键词 Peanut husk ash calcium-based sorbent steam hydration calcination temperature CO_2 capture
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Synergistic Effect of Alkali Metals in Coal and Introduced CaO during Steam Gasification
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作者 LIU Yang YANG Xinfang +1 位作者 lei fulin XIAO Yunhan 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第6期1627-1637,共11页
The steam gasification kinetics of Zhundong raw coal and the washed coal by deionized water or hydrochloric acid with/without addition of CaO were tested by thermogravimetric analyzer(TGA)at medium temperatures(650℃ ... The steam gasification kinetics of Zhundong raw coal and the washed coal by deionized water or hydrochloric acid with/without addition of CaO were tested by thermogravimetric analyzer(TGA)at medium temperatures(650℃ to 800℃).The cation contents of potassium and sodium in samples were determined by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer(ICP-OES).The Brunauer-Emmett-Teller(BET)surface area of the samples was tested by N2 adsorption,and the morphologies of the samples were characterized by scanning electron microscopy(SEM).Experimental results showed that the organic sodium was the main catalyst for the gasification of the pyrolysis char,and the gasification rate of the char could be enhanced further with the introduction of CaO.The inherent alkali metals in coal and the introduced CaO showed a synergistic effect that occurred obviously above 735℃.The char conversion curves with or without CaO were fitted by the modified volumetric model(MVM).The calculated results indicated that the addition of CaO increased the pre-exponential factor obviously,but made little changes on the activation energy.It was proposed that the synergistic effect was resulted from the co-melting of the sodium and CaO,which facilitated the migration of the catalyst ions and the generation of C(O)intermediates for the gasification. 展开更多
关键词 Zhundong coal alkali metals CAO synergistic effect steam gasification
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