今日非流线型体的滞止浓缩与弥散过程

非流线型体的滞止浓缩与弥散过程

中图分类号：TK223.21 文献标识码：A

文章编号：1001－2060（2000）03－Stagnation Concentration Process and Diffusion Process of a Bluff BodyJin Yan Wei Yonghua, Xiong Fanfan

（Department of Thermal Engineering, Qinghua University, Beijing, China, Post Code 100084）The authors have come up with a new concept, proposing that both a stagnation concentration process and a diffusion process of particles constitute a basis for the concentrated pulverized-coal combustion technology. An analysis of the mechanism of the above-mentioned two processes is given in th3D打印用硅胶e present paper. With the help 当安全阀调理不当时of a particle dynamic analyzer a study has been conducted of both the concentration process and the diffusion process of a bluff body which assumes the form of a damper, demonstrating for the first time the existence of the stagnant concentration process. The experimental test results show that through the use of the bluff body a concentration or enrichment of the pulverized coal can be readily attained.

Key words: concentrated pulverized-coal combustion technology, pulverized coal burner, 夹持器的移动距离和试样标距的变化值有很大的差距stagnation concentration process, diffusion process, bluff body1 前言 浓缩煤粉燃烧技术作为一种稳定燃烧的手段，以其良好的效果和广阔的开发前景，在国内外得到了广泛的研究和应用［1］。大量的理论分析和运行数据证明了煤粉燃烧器出口附近的煤粉浓度对煤粉的着火和燃Px——瓦楞纸板原纸的综合环压强度（N/cm）；烧存在着重大影响［2］：当煤粉浓度提高时，煤粉燃烧所需要的着火热减少、着火时间缩短、着火点提前和煤粉燃烧所形成的NOx减少。因此面临行业新需求，发展浓缩煤粉燃烧技术，无论对提高火焰稳定性，还是对降低NOx排放造成的环境污染都是很好的解决手段。近年来，许多科研工作者针对煤粉稳燃问题，运用浓缩煤粉燃烧技术研制成功了多种新型煤粉燃烧器，如船形燃烧器、钝体燃烧器、径向浓淡旋流燃烧器等。剖析这些燃烧器的稳燃机理可以发现，为了在适当的位置达到高浓度煤粉，它们都利用了在一次风口内或一次风出口附近装设非流线型体(船体、钝体等)而产生的气固两相分离流滞止浓缩过程和弥散过程。由此可见，滞止浓缩过程和弥散过程是浓缩煤粉燃烧技术的基础。为研究方便起见，本文将以挡板为非流线型体，以颗粒碰撞挡板时达到局部空间增浓为例，对滞止浓缩过程和弥散过程进行理论分析，以期为进一步开发新的煤粉燃烧器和发展煤的高效低污染燃烧技术提供更好的理论依据。2 滞止浓缩过程与弥散过程 滞止浓缩过程是指气固两相流中的固体颗粒由于受阻(气相阻力或机械阻力)滞止减速，从而在局部空间内颗粒质量浓度增加的过程。在一维稳态条件下，假设颗粒沿x轴方运动(如图1所示)。根据质量守恒原理，沿x轴方向质量流率Gs(kg/m2s)不变，即图1 滞止浓缩过程与弥散过程其中，v为颗粒的速度(m/s)，C为颗粒空间质量浓度(kg/m3)。这里颗粒空间质量浓度可以用下式表示：C＝ρp(1-ε)式中，ρp为颗粒密度(kg/m3)，ε为气固两相流的空隙率。当颗粒由于某种原因速度减小，即dv/dx＜0时，颗粒空间浓度就会增加，这就是滞止浓缩过程。

弥散过程是指由于颗粒存在与固相平均速度v垂直的速度vy，使颗粒从控制体两侧飞离控制体的过程。

通常，在煤粉的实际燃烧过程中，最理想的煤粉浓度组织应当是：在燃烧前期，需要增强滞止浓缩过程，使煤粉浓度增加，并与高温回流区配合形成稳燃区；在燃烧后期，需要增强弥散过程，使煤粉与空气充分混合，以有利于煤粉的燃尽。因此，组织好滞止浓缩过程与弥散过程对改进煤粉燃烧技术很有意义。3 试验系统 图2为试验系统示意图［3］，主要由供气供粉部分、测试部分和吸气部分组成。其中，供气供粉部分由送风的罗茨风机和送粉的螺旋给粉器组成，吸气部分包括旋风分离器和引风机，测试部分由测试对象与PDA(粒子动态分析仪)测试系统组成。在试验测试对象(如图3所示)中，测试段是高100 mm，宽100 mm，长500 mm的长方体，除电液伺服万能试验机维护要点上表面采用氟化玻璃作为PDA测试窗口外，其余材料均为有机玻璃。一次风口为100 mm×10 mm的长方形，其风速为30 m/s。为了易于观察，将宽为20 mm、高为40 mm的矩形挡板(非流线型体)放置在距一次风口120 mm处。试验时，在一次风中加入0～200 μm的球形玻璃珠，以测量挡板附近的流场和浓度场。为了减小气固两相流的脉动随机误差