化工学报 ›› 2025, Vol. 76 ›› Issue (7): 3274-3285.DOI: 10.11949/0438-1157.20241473
陈宇航1,2(
), 陈金国3, 陈炜毅1,2, 王康1,2, 郑昊1,2, 韩昌亮1,2(
)
收稿日期:2024-12-19
修回日期:2025-02-15
出版日期:2025-07-25
发布日期:2025-08-13
通讯作者:
韩昌亮
作者简介:陈宇航(2002—),男,硕士研究生,1724630184@qq.com
基金资助:
Yuhang CHEN1,2(
), Jinguo CHEN3, Weiyi CHEN1,2, Kang WANG1,2, Hao ZHENG1,2, Changliang HAN1,2(
)
Received:2024-12-19
Revised:2025-02-15
Online:2025-07-25
Published:2025-08-13
Contact:
Changliang HAN
摘要:
为了实现沉浸式气化器(SCV)烟气分布器高效设计,利用实验与数值模拟相结合的方法,研究了烟气分布器布气性能与多目标参数优化,揭示了烟气分布器场特性、偏流/空流机理及多目标响应面规律。结果表明,由于分流作用,分支管存在明显偏流现象,迎风侧烟气速度较大,盲端附近存在局部“低温区”;受变质量流动影响,分支管内烟气轴向速度逐渐降低,轴向压力逐渐增大;上游分支管排气速度不均匀度较低,故布气性能较优;为了保证烟气分布器正常布气,气孔压力应大于临界布气压力;当烟气入口速度为0.05 m/s时,部分分支管出现了空流现象,提出了临界入口速度与分支管临界长径比的预测公式;基于响应面分析方法,发现自变量因素对气孔排气速度不均匀度影响程度由小到大依次为气孔数目、气孔直径及分支管长度。研究结果可为SCV烟气分布器优化设计提供参考。
中图分类号:
陈宇航, 陈金国, 陈炜毅, 王康, 郑昊, 韩昌亮. 沉浸式气化器烟气分布器布气性能与多目标参数优化[J]. 化工学报, 2025, 76(7): 3274-3285.
Yuhang CHEN, Jinguo CHEN, Weiyi CHEN, Kang WANG, Hao ZHENG, Changliang HAN. Gas distribution performance and multi objective parameters optimization of submerged combustion vaporizer flue gas distributor[J]. CIESC Journal, 2025, 76(7): 3274-3285.
| 参数 | 物理意义 | 数值 |
|---|---|---|
| L/mm | 主管长度 | 740 |
| Φ/mm | 主管直径 | 110 |
| D/mm | 分支管直径 | 30 |
| L1/mm | 分支管间距 | 50 |
| L2/mm | 分支管长度 | 180 |
| θ/(°) | 气孔夹角 | 38 |
| d/mm | 气孔直径 | 4 |
表1 物理模型相关参数
Table 1 Related parameters of physical model
| 参数 | 物理意义 | 数值 |
|---|---|---|
| L/mm | 主管长度 | 740 |
| Φ/mm | 主管直径 | 110 |
| D/mm | 分支管直径 | 30 |
| L1/mm | 分支管间距 | 50 |
| L2/mm | 分支管长度 | 180 |
| θ/(°) | 气孔夹角 | 38 |
| d/mm | 气孔直径 | 4 |
| 序号 | 网格数目/个 | 出口平均速度/(m/s) | 出口平均压降/Pa | 出口平均温度/K | 最小单元尺寸/mm |
|---|---|---|---|---|---|
| Case1 | 2098756 | 3.80 | 101328.59 | 698.17 | 0.12 |
| Case2 | 1994711 | 3.82 | 101328.22 | 699.93 | 0.13 |
| Case3 | 1828611 | 3.84 | 101327.43 | 700.87 | 0.14 |
| Case4 | 1645043 | 4.11 | 101327.88 | 726.36 | 0.18 |
| Case5 | 1595027 | 4.76 | 101327.29 | 748.14 | 0.20 |
表2 网格系统无关性验证
Table 2 Grid systems independence verification
| 序号 | 网格数目/个 | 出口平均速度/(m/s) | 出口平均压降/Pa | 出口平均温度/K | 最小单元尺寸/mm |
|---|---|---|---|---|---|
| Case1 | 2098756 | 3.80 | 101328.59 | 698.17 | 0.12 |
| Case2 | 1994711 | 3.82 | 101328.22 | 699.93 | 0.13 |
| Case3 | 1828611 | 3.84 | 101327.43 | 700.87 | 0.14 |
| Case4 | 1645043 | 4.11 | 101327.88 | 726.36 | 0.18 |
| Case5 | 1595027 | 4.76 | 101327.29 | 748.14 | 0.20 |
| 因素 | 范围 |
|---|---|
| A | 10, 18, 26 |
| B | 2 mm, 4 mm, 6 mm |
| C | 170 mm, 190 mm, 210 mm |
表3 自变量因素与数值范围
Table 3 Independence variable factors and ranges
| 因素 | 范围 |
|---|---|
| A | 10, 18, 26 |
| B | 2 mm, 4 mm, 6 mm |
| C | 170 mm, 190 mm, 210 mm |
| 序号 | A | B/mm | C/mm | M | ΔP/Pa |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 10 | 4 | 180 | 0.01930 | 101341.97 |
| 2 | 14 | 4 | 180 | 0.02613 | 101332.90 |
| 3 | 18 | 4 | 180 | 0.06859 | 101329.67 |
| 4 | 22 | 4 | 180 | 0.06271 | 101328.22 |
| 5 | 26 | 4 | 180 | 0.11861 | 101326.62 |
| 6 | 22 | 2 | 180 | 0.01242 | 103159.56 |
| 7 | 22 | 3 | 180 | 0.03009 | 101334.03 |
| 8 | 22 | 5 | 180 | 0.14635 | 101326.24 |
| 9 | 22 | 6 | 180 | 0.36346 | 101329.34 |
| 10 | 22 | 4 | 170 | 0.05850 | 101328.04 |
| 11 | 22 | 4 | 190 | 0.07632 | 101328.03 |
| 12 | 22 | 4 | 200 | 0.08499 | 101328.05 |
| 13 | 22 | 4 | 210 | 0.09515 | 101328.07 |
表4 多目标响应面分析结果
Table 4 Multi-objective response surface analysis results
| 序号 | A | B/mm | C/mm | M | ΔP/Pa |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 10 | 4 | 180 | 0.01930 | 101341.97 |
| 2 | 14 | 4 | 180 | 0.02613 | 101332.90 |
| 3 | 18 | 4 | 180 | 0.06859 | 101329.67 |
| 4 | 22 | 4 | 180 | 0.06271 | 101328.22 |
| 5 | 26 | 4 | 180 | 0.11861 | 101326.62 |
| 6 | 22 | 2 | 180 | 0.01242 | 103159.56 |
| 7 | 22 | 3 | 180 | 0.03009 | 101334.03 |
| 8 | 22 | 5 | 180 | 0.14635 | 101326.24 |
| 9 | 22 | 6 | 180 | 0.36346 | 101329.34 |
| 10 | 22 | 4 | 170 | 0.05850 | 101328.04 |
| 11 | 22 | 4 | 190 | 0.07632 | 101328.03 |
| 12 | 22 | 4 | 200 | 0.08499 | 101328.05 |
| 13 | 22 | 4 | 210 | 0.09515 | 101328.07 |
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