1 

旋

流

燃

烧

器

三

维

等

温

湍

流

流

动

的

数

值

模

拟

Artit Ridluan

a

,Smith Eiamsa-ard

a

,Pongjet Promvonge

b 

a 

Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Mahanakorn University 

of Technology, Bangkok 10530, Thailand 

b 

Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut's Institute 

of Technology Ladkrabang, Bangkok 10520, Thailand 

摘要

本文对旋流燃烧器中的强烈旋转湍流流动进行了数值模拟。

在当前的工作中，

对

于三维等温旋流燃烧流动的综合科学研究使用了三种一阶湍流模型：

标准

k-

ε

湍流模

型，

RNG

湍流模型，

SST 

k-

ω

模型；二阶湍流模型，雷诺应力模型（

RSM

）与二阶

数值差分格式。计算结果表明

RSM

在测量旋流流动影响上要优于其他湍流模型。旋

流燃烧器流动的数值模拟结果为旋流燃烧器的相关设计与运行参数，

包括轴向与径向

速度，压力场，湍流动能的流动特点进行了描述。

1. 

引言

在过去的数十年中，

由于旋流流动在工业上的应用，

比如熔炉，

燃气涡轮燃烧器，

旋风燃烧炉，旋风燃烧器，灰尘收集等，它已受到相当大的关注。一种研发用于加热

小中型锅炉的新型不结渣旋流燃烧器可以在干燥的粉状及泥浆的情况下点燃含煤燃

料。

在对涡流室及低温燃烧中气固两相的强烈旋转流动与燃烧的基本理解基础上，

人

们提出了旋流燃烧器的概念。

旋流燃烧器不仅融合了旋风燃烧器，

多级燃烧器，

旋风

燃烧炉，

粉碎性燃煤燃烧器，

流化床燃烧器的优点，

而且消除了他们本身的大部分缺

点。

旋流燃烧器是由

Nieh

和

Fu

开发研究以求在高效，

清洁方面增加煤的利用。

有一

种燃烧器与

Nieh

和

Fu

的相似，

但以稻壳作为替代燃料，

Promvonge and Silapabanleng

对这种燃烧器进行了实验研究。

数十年来，

人们用实验与数值研究的方式对旋流燃烧

器的应用进行了众多尝试。

Nieh 

et 

al

测量了流化床旋流燃烧器在不同旋转强度与二

次风率情况下的气体流场分布，

颗粒质量通量与筛选。

Zhang and Nieh 

，

and Zhang et 

al

利用简化后的代数雷诺应力模型预测了旋流燃烧器中的强烈的旋转等温湍流流动，

认为对旋流燃烧器中的轴向与径向速度的预计和在二维对称轴向流动中的测量结果

吻合良好。他们认为

ASM

要优于

k-

ε

模型。

Zhang and Nieh

同时也通过引入代数雷

诺应力模型，

在数值与实验上研究了旋流燃烧器中强烈的旋转湍流流动和粉碎煤块的

燃烧。他们对气体颗粒的流动与燃烧中的气体速度，湍流量，温度，压力，浓度，颗

粒密度，轨迹，燃尽时间，停留时间进行了详尽描述，发现旋流燃烧器在同轴且分级

送风时的气体流动具有旋转，发展，再循环的特点。

由于在公开文献中仅介绍了利用标准

k-

ε

湍流模型，

ASM

的二维轴对称流动，