预测掺氢天然气燃烧回火极限的方法技术

本发明专利技术涉及一种预测掺氢天然气燃烧回火极限的方法，包括：预测回火极限的掺氢比，根据选定的火孔形式和火孔设计参数在流体力学软件中对多火孔和燃烧区域进行三维几何建模，并计算燃烧区域中空气的入口尺寸；对部分几何模型进行网格划分，形成多火孔和燃烧区域网格模型，并对多火孔和燃烧区域网格模型进行独立性验证；将多火孔和燃烧区域网格模型导入流体力学软件的求解器中，进行网格核对，并进行参数设置；利用选定算法在流体力学软件中对多火孔和燃烧区域网格模型的不同工况进行计算求解；利用流体力学软件对不同工况下的多火孔和燃烧区域网格模型进行处理和分析，得到不同工况下的多火孔和燃烧区域在不同一次空气系数下的极限回火掺氢比。的极限回火掺氢比。的极限回火掺氢比。

【技术实现步骤摘要】
预测掺氢天然气燃烧回火极限的方法


[0001]本专利技术涉及燃具燃烧
，具体是关于一种预测掺氢天然气燃烧回火极限的方法。

技术介绍

[0002]在“双碳”目标下，氢能发展成为近年来的研究热点，因此掺氢天然气在用气设备中的燃烧稳定性也受到广泛关注，氢气的加入可提高燃料的火焰传播速度，但同时面临着易于发生回火的危险，设备运行需稳定燃烧，而火焰稳定区间通常定义为火焰发生回火与脱火两种燃烧状态之间，因此掌握掺氢天然气在典型燃具设备中燃烧的脱回火极限数据对于判断掺氢天然气的使用安全具有重要意义。目前关于掺氢天然气在灶具等民用用气设备的燃烧研究大多通过实验，而实验本身会存在一些局限性，比如一次空气系数越大，实验越难以控制其入口的比例，会带来较大的实验误差。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种预测掺氢天然气燃烧回火极限的方法，能够快速又较为准确预测分析掺氢天然气在典型燃具设备中的稳定燃烧区间以及回火极限掺氢比。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0005]本专利技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预测掺氢天然气燃烧回火极限的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)预测回火极限的掺氢比，具体包括：根据选定的火孔形式和火孔设计参数在流体力学软件中对多火孔和燃烧区域进行三维几何建模，并计算燃烧区域中空气的入口尺寸；对建立的多火孔和燃烧区域的部分几何模型进行网格划分，形成多火孔和燃烧区域网格模型，并在网格划分结束后对多火孔和燃烧区域网格模型进行独立性验证；将多火孔和燃烧区域网格模型导入流体力学软件的求解器中，进行网格核对，并进行多火孔和燃烧区域网格模型参数设置；利用选定的算法在流体力学软件中对多火孔和燃烧区域网格模型的不同工况进行计算求解；利用流体力学软件对不同工况下的多火孔和燃烧区域网格模型进行处理和分析，得到不同工况下的多火孔和燃烧区域在不同一次空气系数下的极限回火掺氢比；(2)预测掺氢天然气在燃烧设备中稳定燃烧的区间速度，所述区间速度为脱火极限速度与回火极限速度之间的速度；(3)根据回火极限的掺氢比和掺氢天然气在燃烧设备中稳定燃烧的区间速度确定掺氢天然气燃烧回火极限。2.根据权利要求1所述的预测掺氢天然气燃烧回火极限的方法，其特征在于，预测掺氢天然气在燃烧设备中稳定燃烧的区间速度，具体包括：根据选取的单火孔形式和参数，在流体力学软件中对单火孔进行二维几何建模；对建立的单火孔几何模型进行网格划分，形成单火孔网格模型；将单火孔网格模型导入流体力学软件的求解器中，进行网格核对，并进行单火孔网格模型参数设置；利用选定的算法在流体力学软件中对单火孔网格模型的不同工况进行计算求解；利用流体力学软件对不同工况下的单火孔网格模型进行处理和分析，得到不同工况下的单火孔的稳定燃烧的区间速度。3.根据权利要求1所述的预测掺氢天然气燃烧回火极限的方法，其特征在于，根据以下公式计算燃烧区域中空气的入口尺寸：η＝(q
V1
ρ
V1+
q
V2
ρ
V2
)q
V1
ρ
V1
式中，q
V1
为二次空气体积流量；q
V2
为燃气体积流量；ρ
V1
为二次空气密度；ρ
V2
为燃气密度；η为燃烧区域中二次空气的入口尺寸。4.根据权利要求1所述的预测掺氢天然气燃烧回火极限的方法，其特征在于，所述多火孔和燃烧区域的部分几何模型为1/6多火孔和燃烧区域几何模型；在划分网格时，对火孔入口以及火孔出口的正上方进行网格加密，网格至少需划分三套，且最终网格正交质量不低于0.4；所述对多火孔和燃烧区域网格模型进行独立性验证为：查看燃烧温度随网格数量的变化，当燃烧温度不随网格数量增加而改变则判定划分的网格能满足计算要求及计算精度。5.根据权利要求1所述的预测掺氢天然气燃烧回火极限的方法，其特征在于，将多火孔和燃烧区域网格模型导入流体力学软件的求解器中，进行网格核对，并进行多火孔和燃烧区域网格模型参数设置具体为：
①
将多火孔和燃烧区域网格模型导入流体力学软件FLUENT求解器中，进行网格核对，并检查边界条件，尤其注意使周期模型的周期面进行匹配，核对结束未显示任何问题时进行下一步；
②
在Model模块中打开能量方程Energy，Viscous选项中选用Realizable k
‑
ε湍流模型，火孔壁面附近采用标准壁面函数；在组分输运与化学反应模型模块Species中选定通用有限速率模型Specise Transport，并在Mixture Meteriat中导入24步CHENKINE化学燃烧计算机理文件，主要导入热力学文件以及化学输运文件，混合物体物性参数保持机理默认；最后在Turbulence—Chemistry Mechanism模块下选定涡耗散Eddy
‑
Dissipation模型；
③
在Materials模块中对Soild进行设置，在材料库选取不锈钢Steel；
④
根据所需工况设置多火孔和燃烧区域网格模型的边界条件，设置燃气入口以及二次空气入口为速度入口velocity inlet，并输入入口组分以及温度、速度，设置火孔固体区域中材料为不锈钢Steel，且火孔壁面设置对流换热，模型出口设置为压力出口pressure outlet。6.根据权利要求5所述的预测掺氢天然气燃烧回火极限的方法，其特征在于，利用选定的算法在流体力学软件中对多火孔和燃烧区域网格模型的不同工况进行计算求解，具体为：
①
利用流体力学软件FLUENT软件对多火孔和燃烧区域的部分几何模型的控制方程和边界条件进行离散化，在Solution—Methods模块中选择SIMPLEC算法，同时选用计算精度较高的二阶迎风格式对动量、能量、湍动能、湍流耗散率以及燃烧组分进行离散；
②
在Solution—Control模块中对各项松弛因子进行设置，开始计算时候松弛因子适当减小；
③
在Monitors中对模型出口平均温度以及燃烧域最大温度进行监控；
④
在Intialization中选择Standard Iniltialization，如果是三维多火孔模拟，则需要先进行冷态流场计算，查看其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘方，杨宏伟，付子航，王亚群，彭延建，吴凯，冯亮，杨玉霞，黄洁馨，韩银杉，邓付洁，
申请(专利权)人：中海石油气电集团有限责任公司，
类型：发明
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