【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 twlPe ?? ? 式中 w、 ? 、 l 、 g 、 p 、 ? 、 ? 、 ? 分別代表速度、時(shí)間、定性尺寸、重力加速度、壓強(qiáng)、密度、動(dòng)力粘度、導(dǎo)溫系數(shù)。 現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室處于常溫常壓態(tài)下，相比于鍋爐工作環(huán)境，是一座冷態(tài)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。而冷態(tài)狀態(tài)下的空氣動(dòng)力工況與熱態(tài)煙氣動(dòng)力工況有較大的差別，前者為常溫的等 溫穩(wěn)定強(qiáng)迫流動(dòng)，而后者為高溫的不等溫穩(wěn)定強(qiáng)迫流動(dòng)。為了保證冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)的測(cè)試結(jié)果盡可能的接近熱態(tài)煙氣流場(chǎng)的實(shí)際工況，要運(yùn)用冷態(tài)?；?。 模化條件 根據(jù)相似第二定理 [11]，模型與實(shí)物要保證流動(dòng)相似，使得模型中出現(xiàn)的現(xiàn)象相似于實(shí)物中的現(xiàn)象，他們之間應(yīng)遵循的如下的相似條件： (1) 二流動(dòng)都屬于同一類流動(dòng)，都為相同的微分方程組所描述。 爐膛內(nèi)的氣流流動(dòng)屬于粘性流體不等溫的穩(wěn)定受迫流動(dòng)，要使 模型流場(chǎng)的流動(dòng)情況與之完全一樣，嚴(yán)格的講只有當(dāng)模型與實(shí)物采用同一介質(zhì)才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)介質(zhì)不同時(shí)，如以空氣代替煙氣，完 整方程組中，物理特性與溫度函數(shù)關(guān)系就不相同，但在溫差不大的情況下，尚不致于產(chǎn)生明顯偏差。另外，在溫差不大時(shí)，可壓縮流體可按不可壓 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 8 縮流體處理。因此，對(duì)于一般熱力設(shè)備，只要模型與實(shí)物的介質(zhì)都是粘性流體，這一條件也就得到了保證。而煙氣和空氣的流動(dòng)屬于粘性流動(dòng) [11]。 (2) 單值條件相同或相似，包括： a. 幾何相似。對(duì)于在鍋爐或其模型上的冷態(tài)試驗(yàn)，幾何相似很容易滿足； b. 邊界條件相似。由于粘性流體具有 “穩(wěn)定性 ”，故由幾何相似就可使介質(zhì)進(jìn)入及引出模型的流速分布與實(shí)物相似而得到保證； c. 物理參 數(shù)相似。鍋爐燃燒過程的溫度變化為 100～ 1600℃ ，由于等溫過程進(jìn)行?；y以辦到，只能在分析試驗(yàn)結(jié)果時(shí)考慮不等溫狀態(tài)的影響； 。由于流體流動(dòng)屬于穩(wěn)定流動(dòng)，故不存在此問題。 (3) 由單值條件中的物理量所組成的相似準(zhǔn)則數(shù)相等。 為使試驗(yàn)研究工況與實(shí)際情況相似，必須保持前述 5個(gè)相似準(zhǔn)則數(shù)相等。 對(duì)工程有實(shí)際意義的是穩(wěn)定狀態(tài)下的流動(dòng)，于是考慮時(shí)間因素的均時(shí)性準(zhǔn)則 Ho將不存在。 準(zhǔn)則 Fr表示重力因素，在自由運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合下，對(duì)流動(dòng)狀態(tài)起決定性作用，但在一般受迫運(yùn)動(dòng)條件下，自由運(yùn)動(dòng)的因素不大，微分方程式中的 重力一項(xiàng)可以忽略不計(jì)，則準(zhǔn)則 Fr可以不予考慮。 準(zhǔn)則 Pe可改為 Pr=Pe/Re=const，稱為柏朗特準(zhǔn)則，它只包含流體的物理參數(shù)，用以說(shuō)明流體的物理性質(zhì)。對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)，當(dāng)原子數(shù)目相等時(shí)，其值幾乎不變，很少受溫度的影響。用冷空氣模擬不等溫的熱煙氣，準(zhǔn)則 Pr將自行相等。因空氣主要由雙原子氣體組成，而煙氣的大部分成分也是雙原子氣體，盡管有一部分為三原子氣體，但三原子氣體的 Pr數(shù)與雙原子氣體的相差不大 [11]。 因此粘性不可壓縮流體的穩(wěn)定不等溫受迫運(yùn)動(dòng)完整方程組的解，可寫成如下形式的準(zhǔn)則方程式： Eu = f (Re) 當(dāng)粘性流體在 Re大于第二臨界值時(shí) ， 其對(duì)流體的紊亂程度及流速分布的影響非常微弱 ， 流動(dòng)狀態(tài)與流速分布不再發(fā)生變化 ， 并彼此相似 ， 這一特性就是粘性流體的 “自模化性 ”。 利用進(jìn)入自模化區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是很有必要的： (1) 通常大型鍋爐 Re值很高，如果縮小了幾十倍的模型 Re準(zhǔn)則與實(shí)物數(shù)值相等，勢(shì)必要求模型中流速比實(shí)物大十倍以上。這是不容易實(shí)現(xiàn)的。但在自?；瘏^(qū)，模型的Re數(shù)值可以比原型低很多，而且可滿足要求。 (2) 在鍋爐進(jìn)行冷態(tài)流體動(dòng)力試驗(yàn)時(shí)，達(dá)到熱態(tài)運(yùn)行 Re值的冷態(tài)爐內(nèi)風(fēng)速低，測(cè)量比較困難。此時(shí)也可利用自?；瘏^(qū) 的特點(diǎn)。 (3) 當(dāng)實(shí)際的 Re處于自?；瘏^(qū)時(shí) ， 模型的 Re值可不必與實(shí)際值相等 ， 只要與實(shí)際Re處于同一自模化區(qū)就可滿足相似性。 冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)?；囼?yàn)正是利用粘性流體的 “自?；?”來(lái)保證實(shí)際與?；囼?yàn)的 Eu XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 9 數(shù)值相等以簡(jiǎn)化?；瘲l件來(lái)實(shí)現(xiàn)相似試驗(yàn)。 另外，冷態(tài)實(shí)驗(yàn)按等溫?；荒茏鼋葡嗨?。因?yàn)闊釕B(tài)爐膛空間內(nèi)實(shí)際上存在著不可忽視的溫度梯度，各點(diǎn)氣流的密度和粘度有相當(dāng)?shù)牟町?，這是冷態(tài)實(shí)驗(yàn)不可能模擬的，從而冷態(tài)爐膛速度分布必然較熱態(tài)真實(shí)情況有一定畸變?？紤]到實(shí)驗(yàn)條件和研究問題的需要，本文結(jié)果分析時(shí)忽略此點(diǎn)。 綜上所述， 在冷態(tài)爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)?；瘜?shí)驗(yàn)中，一般采用近似模擬的方法。 ?；瘻?zhǔn)則可概括成三條： a. 模型與原型幾何相似； ； c. 模型與原型動(dòng)量比相等。 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 10 原型燃燒器簡(jiǎn)介 XX電廠采用武漢鍋爐廠生產(chǎn)的 24臺(tái)雙通道帶有煤粉濃縮裝置的軸向旋流燃燒器，燃燒器布置成水平 4 排，每排 6 臺(tái)，每臺(tái)相鄰燃燒器旋向相反。與燃燒器支持框架為一體的獨(dú)立風(fēng)箱向每一排 6 個(gè)雙通道帶有煤粉濃縮裝置的軸向旋流燃燒器提供內(nèi)外二次風(fēng)，一臺(tái)磨煤機(jī)供應(yīng)每一排的 6 個(gè)燃燒器，使給入熱量沿整個(gè)爐膛寬度 均勻分布，以保 持最小的溫度變化。 圖 31 軸向 旋流燃燒器 24 個(gè)旋流燃燒器中，其中 12 個(gè)為順時(shí)針旋向（即一次風(fēng)、內(nèi)外二次風(fēng)及中心風(fēng)均為順時(shí)針旋向），另外 12 個(gè)為逆時(shí)針旋向。從中心風(fēng)進(jìn)入位置看只有 3 個(gè)從燃燒器右側(cè)接口進(jìn)入，其余 21 個(gè)均從燃燒器左側(cè)接口進(jìn)入。 每只燃燒器在中心風(fēng)管內(nèi)設(shè)置油槍及高能點(diǎn)火器各一只，油槍為機(jī)械霧化，每只油槍銘牌出力 900kg/h（另配備一只出力為 350kg/h 的霧化片）。當(dāng)油槍停用時(shí)可以退出 500mm。安裝油槍時(shí)需使油槍所配備中心旋流風(fēng)葉片的旋向與內(nèi)外二次風(fēng)旋向相同。 采用分級(jí)送風(fēng)技術(shù)，煤 粉燃燒所需的空氣，分別從內(nèi)二次風(fēng)道、外二次風(fēng)道和中心風(fēng)管進(jìn)入，使二次風(fēng)在煤粉燃燒過程分級(jí)逐步送入煤粉氣流。內(nèi)二次風(fēng)量較小， 可確保煤粉初期的燃燒反應(yīng)在偏離化學(xué)當(dāng)量的狀態(tài)下進(jìn)行，燃燒區(qū)域氧量相對(duì)不足，消減了火焰溫度峰值，同時(shí)使已形成的氮氧化物還原成氮?dú)?，從而有效抑制氮氧化物的生成? 大部分空氣從外二次風(fēng)道送入，量大風(fēng)速高，極大提高外二次風(fēng)與煤粉氣流的動(dòng)壓比，氣流后期湍流混和強(qiáng)烈，使焦炭燃燒后期所需氧氣及時(shí)輸送到煤粉 表面，促進(jìn)剩余焦炭燃盡，降低飛灰中可燃物含量，提高燃燒效率。少量空氣從中心管送入，為煤粉燃燒根 部提供必要氧量，有利于煤粉穩(wěn)定著火，中心風(fēng)速較低，可保證高溫?zé)煔? XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 11 回流區(qū)穩(wěn)定，燃燒器停運(yùn)時(shí)中心風(fēng)起到冷卻燃燒器的作用。 燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)道內(nèi)均裝有軸向可動(dòng)旋流葉片 ，旋轉(zhuǎn)角度為 540176。，使二次風(fēng)形成旋流氣流， 兩股風(fēng)的旋流強(qiáng)度通過軸向葉輪的拉桿進(jìn)行調(diào)節(jié)，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。通過調(diào)節(jié)內(nèi)外二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度能有效的改變?nèi)紵鞒隹诨亓鲄^(qū)的 大小、位置以及各股風(fēng)之間的混合，使燃燒器有較強(qiáng)的煤種適應(yīng)能力。旋 流葉片均為耐熱不銹鋼板壓制成形。 燃燒器一次風(fēng)管由切向蝸殼引入煤粉分配器，煤粉由葉片旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，使煤粉氣流在一次風(fēng)道內(nèi)旋 轉(zhuǎn)， 為改善煤粉氣流通過煤粉管道所造成的煤粉氣流濃度周向分布不均勻的現(xiàn)象。 在煤粉分配器出口裝有縱向均流槽。 使得煤粉氣流通過煤粉管道沿徑向也均勻分布。煤粉旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向葉片和縱向均流槽均為耐磨鑄鋼制成。 燃燒器又采用煤粉濃淡燃燒技術(shù)，在煤粉噴口出口，裝設(shè) 4 個(gè) 帶有半圓形狀的煤粉濃縮器。利用煤粉氣流旋轉(zhuǎn)的慣性，使得煤粉在 4個(gè) 煤粉濃縮器附近密集，形成煤粉濃相區(qū)，從而沿圓周上形成四股濃淡煤粉，實(shí)現(xiàn)沿圓周分布的濃淡燃燒，特別有利于煤粉的穩(wěn)燃和抑制氮氧化物的生成。燃燒器 一次風(fēng)出口處設(shè)有火焰穩(wěn)燃器。它由穩(wěn)燃齒和穩(wěn) 燃環(huán)兩部分組成 。穩(wěn) 燃齒可對(duì)煤粉的分布進(jìn)行合理的調(diào)整，當(dāng)煤粉氣流繞流過穩(wěn)燃齒時(shí)，在其圓周形成小渦流圈，附在高溫回流區(qū)的根部，在小渦流區(qū)內(nèi)，煤粉極易著火，并將熱量傳給未著火的煤粉，強(qiáng)化煤粉的著火。同時(shí)，大量煤粉顆粒流過穩(wěn)燃齒時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌道將向中心偏轉(zhuǎn)，射入高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)，形成較高的煤粉濃度，回流區(qū)內(nèi)的湍流度也較高。這種高溫度、高濃度、高湍流同時(shí)存在，形成了局部的煤粉著火有利條件，煤粉氣流可在此區(qū)域內(nèi)被迅速加熱，實(shí)現(xiàn)及時(shí)著火和穩(wěn)定燃燒。在穩(wěn)燃齒外裝有 穩(wěn)燃環(huán) 。其作用可避免內(nèi)二次風(fēng)過早與煤粉混合，有利于煤粉著火穩(wěn)定。 表 31 石嘴山燃 燒器數(shù)據(jù)表 名稱 330MW 設(shè)計(jì)煤 330MW 校核煤 風(fēng)率 風(fēng)速 風(fēng)溫 風(fēng)率 風(fēng)速 風(fēng)溫 一次風(fēng) 32 75 75 內(nèi)二次風(fēng) 321 321 外二次風(fēng) 321 59 321 漏風(fēng) 4 4 煤質(zhì) Qydw5032kcal/kg %%% Qydw5844kcal/kg ； %；%； % 制粉系統(tǒng) 四臺(tái)中速磨 ZGM113N 一臺(tái)備用 最大出力 風(fēng)煤比 最大出力 風(fēng)煤比 冷態(tài)實(shí)驗(yàn)臺(tái) 本 實(shí)驗(yàn) 臺(tái)以 XX 電廠 330MW 機(jī)組鍋爐旋流燃燒器 一次風(fēng)管 作為原型，按 1： 6 比例設(shè)計(jì)并加工制造。 實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)布置 如圖 34 所示。 模型總長(zhǎng) 1133mm，測(cè)試段兩側(cè)和頂部由普通玻璃制成，其余部分均由鐵板制成，測(cè)點(diǎn)置在模型前置段及一次風(fēng)出口處。燃燒器出 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 12 口區(qū)域沿著徑向均勻分布測(cè)點(diǎn)，燃燒器測(cè)試段區(qū)域分布 2 排測(cè)量孔。每排測(cè)量孔布置 8 個(gè)，每個(gè)測(cè)孔測(cè)量 4~6 點(diǎn) 。整個(gè)裝置采用微負(fù)壓系統(tǒng)，一次風(fēng)由鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入爐膛，流經(jīng)管道、測(cè)試段、前 置段，經(jīng)過布袋除塵器過濾后乏氣排入大氣 。鼓風(fēng)機(jī)選型為 4919 型，配 3KW電機(jī)。 1突擴(kuò)段； 2等速取樣槍； 3熱膜風(fēng)速儀； 4前置段； 5振動(dòng)給料機(jī)； 6中心風(fēng)流量計(jì)； 7一次風(fēng)流量計(jì)； 8外二次風(fēng)流量計(jì)； 9內(nèi)二次風(fēng)流 量計(jì)； 10送風(fēng)機(jī)； 11內(nèi)二次風(fēng)調(diào)節(jié)門； 12外二次風(fēng)調(diào)節(jié)門； 13中心 風(fēng)調(diào)節(jié)門； 14一次風(fēng)調(diào)節(jié)門； 15總風(fēng)門； 16旁路門； 17除塵器入口 門； 18除塵器下料門； 19布袋除塵器； 20給料 斗； 21引風(fēng)機(jī) 圖 32 冷態(tài)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)布置示意圖 熱線（膜）風(fēng)速儀 介紹及標(biāo)定 一、熱線風(fēng)速儀的概述 [25] 熱線風(fēng)速儀是常用的熱電式測(cè)速裝置，被廣泛應(yīng)用來(lái)進(jìn)行氣流速度的測(cè)量。與畢托管、均速管、三孔探針、五孔探針等氣力式測(cè)速裝置相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 靈敏度高，能夠進(jìn)行低速氣流的測(cè)量。 頻率響應(yīng)好，可以利用來(lái)測(cè)量各種紊流參數(shù)。 感應(yīng)元件體積小，對(duì)被測(cè)氣流干擾小。 以電量為輸出信號(hào)，可以在遠(yuǎn)離研究對(duì)象處進(jìn)行自動(dòng)記錄及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理。 熱線風(fēng)速儀是利用被加熱探頭在不同風(fēng)速下溫度或電阻等參數(shù)的 變化規(guī)律來(lái)進(jìn)行 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 13 測(cè)量的。通常，熱線風(fēng)速儀用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量速度和氣流紊流參數(shù)。 二、基本原理 [24] 熱線風(fēng)速儀是一根很細(xì)的金屬絲，通電后會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。通電的熱線在流場(chǎng)中受到氣流的沖刷會(huì)產(chǎn)生熱損失，此熱損失直接受氣流流速的影響 [27]。 設(shè)流過熱線的電流為 I，熱線電阻為 R，熱線產(chǎn)生的熱量為 Q1，則 RIQ 21? 熱線探頭在流場(chǎng)中的散熱以對(duì)流為主，略去輻射散熱后，熱線散熱 Q2 )(2 fw ttFQ ??? 式中： wt －熱線溫度； ft －氣流溫度； ? －對(duì)流換熱系數(shù)； F －熱膜散熱面積 當(dāng) 12? 時(shí)，有 )(2 fw ttFRI ?? ? 電阻是熱線溫度的函數(shù)。在固定探頭與流體條件下， ? 與氣流速度有關(guān)，當(dāng)氣流溫度不變時(shí)，氣流速度只與電流及熱線溫 度有關(guān)，即 ( , )wf I t?? 根據(jù)這一關(guān)系式，即可以按恒電流或恒溫兩種方法之一測(cè)量氣流平均速度。本實(shí)驗(yàn)室用熱線風(fēng)速儀采用恒溫工作方式，在此工作方式下，保持 tw為常數(shù)， v=f(I)?？梢愿鶕?jù)電流 I 測(cè)得速度 v。 熱線輸出信號(hào)的強(qiáng)弱與氣流方向有關(guān)，當(dāng)熱線的軸線與氣流速度方向垂直時(shí)，氣流對(duì)熱線的冷卻能力達(dá)到最大，熱線輸出信號(hào)最強(qiáng)。如果熱線軸線與氣流速度方向的交角逐漸減小，輸出信號(hào)也逐漸減弱。根據(jù)此現(xiàn)象，原則上可以確定氣流速度的方向。 三、熱線探頭與工作線路 熱線探頭有熱線和熱 膜兩種。熱線通常用鉑絲或鎢絲，直徑可以細(xì)到 3μm，典型直徑為 ～ 5μm，長(zhǎng)度約 1～ 2mm。為了減小氣流繞流支桿帶來(lái)的干擾，熱線兩端鍍有合金，起敏感元件作用的只有中間部分。熱膜是用鉑或鉻制成的金屬薄膜，用熔焊的方法將其固定在楔形或圓柱形石英骨架上。熱線的體積比熱膜小，響應(yīng)頻率高，但機(jī)械強(qiáng)度低，不適用于液體或帶顆粒的氣流中工作。而熱膜的機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較高。 熱線探頭還可以分為一元、二元和三元探頭。一元探頭用來(lái)測(cè)量一元?dú)饬魉俣龋欢筋^用來(lái)測(cè)量平面氣流速度；三元探頭用來(lái)測(cè)量空間氣流速度。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)用一元s 型探針和 二元 x 型探針。恒溫式熱膜風(fēng)速儀工作原理 （如 圖 35）。 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 14 1熱線探頭 2伺服放大器 3電橋電壓表 圖 33恒溫式熱膜風(fēng)速儀工作原理圖 四 、數(shù)據(jù)采集 本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用了美國(guó) TSI 公司生產(chǎn)的 IFA 300 恒溫式熱膜風(fēng)速儀系統(tǒng)（ IFA 300 Constant Temperature Anemometer System）。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖 36。 該系統(tǒng)主要部分采用易安裝的通道模塊，將信號(hào)調(diào)節(jié)器和風(fēng)速儀電橋電路安裝在一塊電路板上，在一臺(tái)風(fēng)速儀機(jī)箱內(nèi)可同時(shí)插入 8