工業(yè)火炬頭燃燒特性及其防風原理的研究.pdf

1、工業(yè)火炬是石油、化工和塑料等行業(yè)中重要的安全和環(huán)保設施。在實際使用中，多風地區(qū)的火炬頭經(jīng)常燒壞，從而影響火炬系統(tǒng)的正常運行。為了提高火炬頭的使用壽命，工程中常用的解決辦法是繞火炬簡體安裝破風圈。但是，由于試驗的局限性以及實際測量的難度，火炬頭燃燒特性以及防風原理的研究只是停留在理論階段，并沒有可視化或可量化的研究成果。為此，本文將通過數(shù)值模擬方法研究火炬頭的燃燒特性以及破風圈的實際功用。
　　本論文基于Fluent軟件平臺，選擇基

2、于SST k—ω湍流模型的DES方法和Eddy dissipation燃燒模型作為數(shù)值模擬方法，采用處理壓力速度耦合關(guān)系的SIMPLE算法，對火炬頭以及不同參數(shù)的破風圈模型進行數(shù)值模擬，通過研究各模型的冷流動流場和燃燒流場的基本特性，探討了風作用下火炬頭燒壞的原因以及破風圈的工作機理，為破風圈的實際設計提供指導。
　　本論文是在風速U=20m/s時對火炬簡體直徑D=100mm的火炬頭的流動狀態(tài)和燃燒狀態(tài)進行數(shù)值模擬，然后利用模擬結(jié)

3、果中各變量的云圖對火炬頭容易燒壞的原因進行了詳細的可視化分析，得到如下結(jié)論:在冷流動流場中，火炬筒體尾流區(qū)出現(xiàn)了“卡門渦街”現(xiàn)象，火炬頭的頭部噴出的CH4流入火炬筒體尾流區(qū)的旋渦結(jié)構(gòu)中，并隨旋渦結(jié)構(gòu)一起向下游流動;在燃燒流場中，火炬筒體的背風面上分布著火焰，火焰面是隨旋渦結(jié)構(gòu)從火炬簡體脫落和向下游擴散的;綜上所述，在氣流作用下，火炬簡體尾流區(qū)形成的旋渦結(jié)構(gòu)是火炬頭容易燒壞的主要原因。
　　之后，本論文選擇不同安裝間隙A和遮擋率k的

4、破風圈模型進行研究，分別對A=0.2D與k=50％、A=0.5D與k=50％以及A=0.5D和k=30％三種組合進行數(shù)值模擬，利用模擬結(jié)果中的壓力云圖和溫度云圖對破風圈的設計參數(shù)進行定性分析，得到如下結(jié)論:從抑制火炬筒體背風面的高溫區(qū)域出發(fā)，當破風圈的遮擋率不變時，安裝間隙為0.5D的破風圈模型的效果要優(yōu)于安裝間隙為0.2D的模型;當安裝間隙不變時，遮擋率為50％的破風圈模型的效果要優(yōu)于遮擋率為30％的模型;綜上所述，破風圈的安裝間隙A