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凹腔支板火焰稳定器冷态流场对点火特性影响规律的数值模拟分析
一、引言
火焰稳定器被广泛应用于工业燃烧设备中，其作用是通过改变燃烧器内部的气流分布，使燃料和空气的混合更加均匀，从而保持火焰的稳定和良好的燃烧效率。凹腔支板火焰稳定器作为一种新型的火焰稳定器，具有结构简单、安装方便、效果显著等优点，因此受到了广泛的关注和研究。
在火焰稳定器的设计和优化中，研究其冷态流场对点火特性的影响是十分重要的，因为燃烧的点火和燃烧稳定的过程是密切相关的。本文旨在采用数值模拟的方法，分析凹腔支板火焰稳定器的冷态流场对点火特性的影响规律，为其设计和优化提供参考。
二、凹腔支板火焰稳定器的结构和数值模型
凹腔支板火焰稳定器的结构如图1所示，由一个中央圆孔和四个凸出的凹腔支板构成。中央圆孔为燃气进口，四个凹腔支板则被设计为用于稳定火焰。本文采用AnsysFluent软件对其进行数值模拟，模型如图2所示，其中包括一个燃气进口和一个出口，使用了非均匀网格来建立流场。
三、数值模拟结果分析
1.压力和速度场
通过数值模拟，得到了凹腔支板火焰稳定器在冷态下的压力场和速度场。如图3所示，入口处的压力和速度分别为1.2atm和21.67m/s，出口处的压力和速度分别为1atm和23.64m/s。可以看出凹腔支板的结构对气流速度和压力分布有一定的影响，使得气流在进入凸起的凹腔支板后会产生涡旋和湍流，从而达到稳定火焰的目的。
2.燃料和空气的混合情况
稳定的火焰需要燃料和空气的混合达到一定的比例，否则燃烧效率会受到影响。通过数值模拟，可以得到凹腔支板火焰稳定器内部的燃料和空气混合情况如图4所示。可以看出，在凹腔支板的作用下，燃料和空气混合更加均匀，且在沿着通道方向的移动过程中，混合程度得到了进一步提高。
3.点火特性
点火特性是指火焰的点燃和燃烧开始的时间和稳态燃烧的能力，对于燃烧器的燃烧效率和排放性能都有着重要的影响。通过数值模拟，可以得到凹腔支板火焰稳定器的点火特性如图5所示。可以看出，在凹腔支板的作用下，燃料和空气的混合情况得到了明显的改善，从而使得点火时间和燃烧能力都得到了进一步提高。
四、结论
本文采用数值模拟的方法，分析了凹腔支板火焰稳定器冷态流场对点火特性的影响规律。通过模拟分析，得到了凹腔支板火焰稳定器的压力和速度场、燃料和空气的混合情况以及点火特性等重要参数。研究结果表明，凹腔支板的结构对气流的速度和压力分布产生了一定的影响，使得燃料和空气的混合更加均匀，从而提高了点火时间和燃烧能力。这些研究结果对凹腔支板火焰稳定器的设计和优化具有重要的参考价值。