大气式燃烧器内引射器的数值模拟与实验研究

射 器 是 由吸气渐 缩 管、混合 管和 渐扩 管组 成 。引射 出 口的燃气一 空气 混合 均匀 性等 问题进 行研 究 ，从
器是 大气 式燃烧 器 的关键 部件 之一 ，其作用 为 以高 而 实现 改进 和优 化本 引射 器和燃 烧器 的 目的 。
能 量 的气 体 引 射低 能量 的气 体 ，并 使 两 者 混 合 均
出混 合气 体 中氧 气 的体积 分数 。根据 公式（２）可计 算
出一 次空气 系数 。为 了提 高实 验 的精 度 和可靠 性 ，
每 次实 验须 设置 两个 取样 口，且保 证气 流均匀 后取
图 １ 引射 器 内流 场 网格
样 ，在相 同的实验 条件 下 ，取 两次实 验 的平均值 。
由 《燃 气 燃烧 与应用 》可 知 ，一 次 空气系 数和
１．２ 实验 装置 及 原理
冗 ， 结 果 汞 明 数 值 模 拟 对 引射 器 研 究具有 重要 指 壁 面上 采用 无滑移 边 界条件 。
））２０１２年 第 ２期 上 海 煤 气
凰 №
本 文米 用 Ｓｏｌｉｄｅ Ｗｏｒｋｅｒｓ软 件对 引 射 器进 行 几 何 建模 ，然后 将其 导 入 网格划 分 工具Ｇａｍｂｉｔ软件 中
ｃａｔｉｏｎ
大气 式 燃烧 器 内 引射 器 的数 值 模 拟 与 实验 研 究
上海林 内有 限公司 上 海 理 工 大 学
倪 娟 娟 张海 军
摘要 ：文章从数值模拟和实验两方面研究 了上海林 内 ２Ｍ２Ｆ燃烧器 内的引射器 。在 数值模拟 中，分析 了流场、 中 心 轴 上 速 度 分 布 、中 心轴 上 压 力 分 布和 中心 轴 上 当量 比分 布 等 信 息 。在 实 验 中 ，测 量 出了 引 射 器 的一 次 空 气系数和质量引射系数。数值模拟和实验 的结果表 明该引射器 内混合气体 已经混合均匀 ，出口处气 体流速稳 定 ，具有较强的引射能力 ；若在结构比较 紧凑的燃 气具中，可 以缩短该引射器的长度 。 关键词 ：引射器 数值模拟 实验
内的速度 场和 温度 场 等 ，并对 比了数值模 拟和 实验 质 组分 甲烷体 积分 数为 １；空气进 口设为压 力进 口，
的一 次空气 系数 ，结果 表 明数值 模拟 的可靠 性 。游 总 压为 ０ Ｐａ，物 质 组分氧 气体 积分 数为 ０．２ ｌ；混合
超 林 等 人 对 多射 流 引射 进 行 了数 值 模 拟 和 实 验研 气 体 的出 口设为压 力 出 口，静 压设 为 ５ Ｐａ；引射器
长 度 为０．１２２ １ ｍ，燃 气 入 口引射 器直 径ｆＹ方 向）为 ０．０４ ｍ。 引射 器 网格 如 图 １所 示 ：
一 被 引射 气体 质量 ，ｋｇ； 引射气 体质 量 ，ｋｇ。
在燃 烧器 头部 设置 取样 口，用注 射器 对 引射 器
中 的混合 气体 进行取 样 ，然 后通 过色 谱仪 可 以分 析
０ 引言
导意 义 ，并从 实验 和模 拟两 方面验 证 了该 多射流 引 射 器 具 有 良好 的混 合 性 。 鉴 于前 人 对 引射 器 的 研
大 气 式 燃 烧 器 是 家 用 燃 气 灶 具 中应 用 最 广 泛 究 ，本文采 用数 值模 拟和 实验 两种 方法 ，对上海 林
的燃气 燃烧 器 ，主 要包 含头 部及 引射 器两 部分 。引 内 ２Ｍ２Ｆ燃 烧器 内引射 器 的空气 引射 能力 和 引射器
拟 的优 点 。方 媛嫒 等人 从数 值模拟 和 实验两 方面 研 方程 。本文 采用 ＦＬＵＥＮＴ ６＿３基于 压力 的求解 器模
究 了某 引射器 性 能，数值模 拟可 以给 出 引射器 内部 拟 引 射 器 内 燃 气 的 流 场 ， 压 力 速 度 耦 合 使 用
的速 度场 和压 力场 ，结果表 明通 过实 验和 数值 模拟 ＳＩＭＰＬＥ 算法和 采用 标准 ｋ—ｅ湍流 模型 ，连 续性 、
匀 ；在 引射 器末 端 形成所 需 的剩余 压力 ，用来 克服 １ 数 值方 法 与实验 装置 及原理
气流 在燃 烧器 头部 的 阻力损 失 ，使燃 要 的速 度 ，以保 证燃 烧器 稳定
实验 用燃烧 器 的工作 介质 为 甲烷 ，其额 定压 力
工 作 ；输 送一 定 的燃气量 ，以保 证燃 烧器 所 需 的热 为 ２ ０００ Ｐａ，被 引射流 体 为空气 ，其压 力 为 ０ Ｐａ。
负 荷 。
冯 良等 人 采 用计 算 流 体 动 力 学 Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ １．１ 数值 方法
Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃ（ＣＦＤ），模拟 了大气 式燃 气燃烧 器 中
在 常温 下 引射 器 内的燃 气密 度为 常数 ，且 满足
引射器 的流 场 ，结 果表 明通 过数值 模拟 不仅 可 以提 牛顿流 体条件 ；引射 器 内的燃气 速度 较低 属 于不可
供 详 细 的流场信 息 ，而 且具 有传 统实 验研 究无法 比 压缩流 动 ，引射 器 内的燃气 流动 满足 Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ
质 量射 系数 可 以表 示 为 ：
生 成 非 结 构 性 网格 ， 该 网格 具有 优 越 的 几 何 灵 活
，， 一 “一一
口
性 ，对 于 复 杂 的几何 结构 ，能生成 质量 较 高 的网格 ，
ｇ
可 以方 便 地 进行 自适 应 计 算 。 引射 器 轴 向（ｘ方 向） 式 中： 一质 量 引射 系数 ；
获 得 的一 次 空 气 系 数 和 引射 系 数 等 具有 较 好 一致 动量 、湍 动 能和湍 流耗 散率 方程 的离 散选择 迎风 差
性 。郭 甲生 等人对 某 种上进 风燃 气灶 的 引射性 能进 分格 式 ，并采 用标 准壁 面 函数处理 引射 器 的壁面 边
行 了实验 研 究和数 值模 拟 ，数 值模拟 给 出 了引射器 界 。燃气 进 口设为 压力进 口，总压 为 １ ８６０ Ｐａ，物