计算流体力学特点简析

在过去的研究中，研究者通常采用搭建小实验台的方法来模拟研究大型工业锅炉内所设定的不同工况的燃烧特性和污染物排放情况。该方法成本高，周期长，模拟放大效果有限，严重限制了研究的精确性及适用性。随着计算机辅助技术的迅速发展，近年来用计算机软件模拟火力发电厂炉内的燃烧和污染物生成特性的仿真测试方法和并行数值计算已日趋成熟，并得到了广泛的应用。

当前，计算流体力学（CFD）已发展成为大型煤粉锅炉装置设计、燃烧预测和优化的重要工具。随着生物质燃烧及其耦合燃煤发电技术的发展，CFD也被逐渐扩展应用到生物质利用领域。在许多工程应用中，采用CFD进行燃烧模拟已经从定性计算转变为定量预测。目前，包含数百万计算单元的炉膛全尺寸三维模拟计算已成为现实，也有许多商业CFD软件可供研究者们使用，它们能够为固体燃料燃烧提供较合理的模拟计算，并为用户提供特定的子模型，这些子模型可用于煤/生物质燃烧建模计算。Fluent是目前应用较为广泛的商业CFD软件之一。

在过去的十多年中，已有较多关于采用CFD技术对生物质在固定床、流化床、悬浮燃烧炉中的燃烧特性及污染物排放特性进行研究的报道，以及一些关于类似生物质特性的燃料如垃圾等焚烧特性的研究报道。这些研究工作为生物质的燃烧及生物质与煤混燃特性的理论研究以及工程应用提供了较好的指导。

CFD燃烧建模基于对一组基本守恒方程的求解，这些方程控制了包含燃料特定过程的一系列反应。固体燃料燃烧模型主要涉及以下五个方面的内容：

（1）气相流和挥发分燃烧模型，包括污染物预测模型；

（2）颗粒流体动力学和相间传热传质模型；(www.xing528.com)

（3）脱挥发分模型；

（4）焦非均相燃烧模型；

（5）无机物的反应，包括缩核和沉积。

CFD计算起初只是用于具有单一燃烧化学反应的几何形状简单的气态和喷雾燃烧系统。由于煤粉燃烧过程和颗粒喷雾系统具有相似性，因此这些喷雾燃烧模型进一步发展成为煤粉燃烧模型。值得指出的是，CFD经过多年的发展才开发出了应用于固定床燃烧的数值计算方法，且最初只是采用一种简单的固定床模型，该模型假设在固定床层上方产生可燃气体，然后可燃气体在气相中进行燃烧反应。这些模型已进一步发展以更接近实际燃烧，包括模拟床层的运动过程。在发展的过程中，由于采用了与实际更接近的条件，因此计算模型也更为复杂。现在，这些模型已进一步推广到流化床燃烧中，但用于生物质燃烧的研究实例还相对较少。