不同长高比RQL燃烧室燃烧和排放特性研究

针对3种长高比富油/焠熄/贫油(RQL)燃烧室,保持头部旋流器入口空气和燃料体积流量不变,通过改变焠熄空气体积流量,研究了不同长高比燃烧室冷态流场、掺混不均匀度、轴向温度分布及排气温度分布均匀性和污染物排放变化。结果表明:相同工况下长高比越小,射流深度越大,上下射流相互干涉作用越强;长高比为3.75的燃烧室掺混不均匀度最小,掺混效果最好;随着长高比的增加,焠熄区最低温度降低;长高比为3.75时,排气温度不均匀度较好,长高比大于3.75时,排气温度不均匀度迅速增加;随着长高比增加,燃烧室NO_x排放质量浓度升高,随着焠熄空气体积流量减小,不同长高比燃烧室NO_x排放质量浓度均先升高后降低,且在高焠熄空气体积流量工况下,低长高比燃烧室的燃烧效率下降。     

辅助动力装置全环形燃烧室燃烧性能试验研究

针对某型辅助动力装置全环形燃烧室开展了整机燃烧性能试验研究。采用温度耙测量全环形燃烧室出口温度分布,研究不同进口温度和油气比条件下辅助动力装置燃烧室整机燃烧性能。试验结果表明:随着进口温度和油气比的增加,燃烧室出口温度相应增加,但温度分布规律基本保持不变,出口温度分布系数(OTDF)小于0.2,径向温度分布系数(RTDF)基本小于0.1,而燃烧效率和燃烧室进出口压力损失系数增加;随着进口总温的增加,燃烧室贫油熄火油气比逐渐减少(余气系数增加),但燃烧室的贫油熄火余气系数均大于13。     

双级反向旋流器气量分配对燃烧室性能的影响

双级反向旋流器气量分配的不同将影响旋流强度和回流区大小,进而改变燃料/空气混合均匀度,最终影响燃烧室NO_x排放和贫熄特性。为确定最佳的空气分配方案,针对某种新型设有文丘里管式预混合段的双级轴向反旋旋流器,实验研究了两级旋流器气量分配对燃烧室氮氧化物排放、热态流场以及贫熄特性的影响。实验结果表明:最优气量分配方案为内旋空气流量比外旋空气流量等于1/0.67的方案。相对于此比值等于1/1.38的基准方案,最优方案在高功率和低功率情况下,可分别降低NO_x排放9.4%和18.5%,NO_x排放量分别为39.5和33.4 mg/m~3;此外,最优方案的熄火边界最宽,在本文研究范围内其熄火当量比几乎低至零。     

旋流器间距及空气分配对富油/焠熄/贫油燃烧室温度和排放的影响

针对3种旋流器间距的富油/焠熄/贫油RQL燃烧室,保持燃料流量和总空气流量一定,通过改变头部空气占比,研究了不同旋流器间距下燃烧室温度分布及污染物排放变化,并对反应状态下燃烧室内流场信息进行了数值研究.结果表明:RQL燃烧室轴向温度的最低点处于焠熄孔上游,且随着焠熄空气占比的下降,轴向温度的最低点会向下游偏移.头部3个同向旋流器形成的涡结构在燃烧室出口仍然存在,进而导致出口温度分布的不均.旋流器间距S=2 D(D为旋流器出口直径)时NOx排放最低.旋流器间距S=1.7 D时CO排放高于另外两种结构.随着旋流器间距加大,燃烧室中氧气的分布更均匀,富燃区不完全燃烧生成的CO也能在更多区域得到氧化从而降低CO的排放.     

基于网格化Damk?hler数的燃烧室贫熄边界预测方法探究

发展了一种基于网格化Damk?hler(Da)数的贫熄预测方法.将基于OH基浓度定义的反应区均匀划分为尺度一致的子区域,以降低反应区组分、温度不均匀对预测精度的影响.针对整个反应区及反应区内的每个子区域分别计算Da数.分别采用新鲜混气在反应区(或子区域)的实际停留时间和能够触发反应的最短停留时间定义流动时间和化学反应时间.局部Da数计算结果表明,不同流量下的近贫熄工况,燃烧核心集中在回流区上游滞止点附近,设计工况下的燃烧核心却集中在回流区下游滞止点附近.整体Da数计算结果表明,对于空气来流流量从0.6 kg/s增加到1.2 kg/s的贫熄工况,整体Da数维持在7.9上下波动,平均波动范围在5%左右,证明网格化Damk?hler方法能够在不同来流工况下捕捉贫熄特征,为解决实际工程问题奠定了理论基础.     

单筒形氢氧燃烧室壁面冷却结构及特性研究

针对新型氢氧燃机热力循环系统,提出了一种壁面水冷氢氧燃烧室,通过CFD软件优化了其壁面冷却结构,并在此基础上对其水冷壁面冷却特性进行了实验研究。结果表明:相同条件下,小深宽比的冷却结构的冷却效果优于大深宽比冷却结构的冷却效果;在设计的不同负荷下,燃烧室壁面温度最高不超过400K;在主燃区轴向距离x≈0.035m处,冷却水体积流量为0.8m~3/h时壁面局部热流密度最大值约为246.5kW/m~2,壁面局部热流密度随着冷却水体积流量的增加而增加。     

锥形旋流器贫熄实验点测量与外推

对低工况下燃料分配比对贫熄实验点的影响进行了研究.实验使用的燃烧器采用了燃料分配比可调的锥形旋流器头部结构.该研究提供了近贫熄时能够维持燃烧的锥形旋流器头部两部分燃料的取值范围;提供了在有限实验数据点的情况下,通过外推取得贫熄点的方法,并进行了初步实验验证,这对于处于振荡或低燃烧效率的近贫熄状态取得准确的相关数据有参考意义.本文的工作可为低工况下低排放高效稳定燃烧的相关研究提供参考.     

单头部旋流杯模型燃烧室常压贫熄分析

本文以燃气轮机旋流杯燃烧室为研究对象,建立了矩形单头部旋流杯燃烧室模型,得到了进气温度为388K时不同进气速度下的常压模化实验贫油熄火油气比数据,并进行了相应于贫熄工况点的冷热态数值模拟计算.指出主燃区内的最高温度位置与回流区中心温度位置并不一致,温度值也大不相同;热态时主燃区涡旋内的回流区域尺寸比冷态明显缩小.通过对...     

基于Fluent的多种生物质颗粒燃烧数值模拟

基于ANSYS FLUENT(有限元商用计算流体力学)软件模拟烟煤、花生壳、落叶松、玉米秸、稻秆和棉秆6种颗粒在圆筒形燃烧室中的燃烧。对比分析了这6种燃料颗粒燃烧时燃烧室内各截面温度、不均匀系数、氧气质量分数和NO_x质量分数分布。模型燃烧室直径为1 m,长度为10 m。在燃烧室中心径向0.125 m范围内燃料颗粒通过流速为50m/s的高速气流以0.1 kg/s的质量流量喷入燃烧室,在径向0.125~0.5 m范围内通入流速为15 m/s的空气。燃料颗粒粒径为40μm,密度为1 200 kg/m~3。研究表明:高热值的燃料在各个截面上的最高温度均高于低热值燃料,烟煤、花生壳、落叶松、玉米秸、稻秆和棉秆燃烧时燃烧室最高温度分别为2 643.26、2 260.37、2 190.83、2 163.35、2 130.37和2 060.83 K;生物质燃料的温度分布均匀程度优于烟煤;生物质燃料产生的NO_x明显较少,其中棉秆最少;在余气系数均为1时,各燃料燃烧时燃烧室内最高温度均有所提高,但是整体仍然满足高热值燃料温度高于低热值燃料的规律。     

RQL燃烧室流场特性研究

针对环形富油燃烧-焠熄-贫油燃烧(Rich burnQuench-Lean burn)燃烧室内的焠熄掺混,利用激光PIV(粒子图像速度仪)对几种冷态工况下的流场进行激光可视化分析研究,考察了射流主流通量比和主流雷诺数变化对燃烧室头部流场及下游旋流的影响规律。实验中喷嘴出口主流和焠熄射流均使用25℃空气,同时维持燃烧室内压力恒定。研究表明:当维持主流雷诺数不变时,增加焠熄射流动量通量比,回流区尺寸发生变化,长度减小宽度增加,同时回流区形状逐渐从锥形向柱形发展;焠熄射流会影响下游流场的旋流,维持主流雷诺数不变的情况下,随着动量通量比的增加,焠熄射流孔下游的旋流逐渐被破坏;而维持动量通量比的情况下,主流雷诺数对回流区形状尺寸和焠熄孔下游旋流无明显影响。