数值模拟研究燃烧室冷态流场结构

运用超大涡模拟(VLES)方法对燃烧室冷态流场开展了数值模拟,研究流场中大尺度涡旋结构.选取圆管内有旋流动为基准算例开展数值模拟研究,与实验结果的比较验证了VLES方法的精度.计算结果表明,燃烧室内回流区形状合理.燃烧室中大孔射流与横向来流的相互作用形成了反向旋转涡对结构,Rothstein提出的射流迹线公式能够合理预测主燃孔的射流穿透.进动涡核(PVC)发源于燃烧室头部旋流器装置内部,基于功率谱密度预测了PVC引发流场振荡的特征频率.     

一种拓宽微型单管燃烧室流量范围的调节装置

为了能够拓宽微型单管燃烧室稳定燃烧的流量范围,设计了一种调节装置.利用CFD软件Fluent对微型单管燃烧室的内部冷态流场进行数值模拟,得到微型单管燃烧室主要结构参数对内部流场形态的影响规律并确定了其主要结构参数.通过冷态数值模拟,得到了调节装置对微型单管燃烧室内部流场的调节作用;通过试验研究,证明所设计的调节装置能够实现对单管燃烧室的稳定燃烧流量进行调节,从而扩大了该燃烧室的稳定燃烧流量范围.     

旋流燃烧室内三维等温流场研究

采用三维RNG κ-ε湍流模型进行了旋流燃烧室内等温流场的数值模拟，给出了旋流燃烧室内不同截面位置速度分布的计算结果．数值模拟结果与文献中实验数据的比较表明，两者符合较好．该燃烧室采用叶片式旋流器并配置一次和二次空气径向射流．比较了一次空气射流和二次空气射流对燃烧室内流场的影响．研究结果表明，经旋流器进入燃烧室的旋转气流和一次射流空气在燃烧室头部形成回流区，这将有助于缩短火焰长度和稳定燃烧．一次空气射流深度几乎达到燃烧室中心，有利于气流的混合并增大回流量；二次空气射流深度较浅，其对燃烧室内流场的影响较小，     

基于目标流量拟合的微型燃烧室流量分配设计方法

通过改变射流孔的布置调节燃烧室的流量分配是提高燃烧室燃烧性能的重要设计方法.为了降低燃烧室流量分配设计时总结各射流孔流量规律所需的仿真计算成本,根据在研的微型燃烧室几何模型和初次仿真结果建立了燃烧室流量-压力数学模型,提出用计算替代大量仿真获取射流孔当地流量规律的流量放缩拟合法,并进一步根据燃烧室流量-压力数学模型和射流孔当地流量规律设计得到满足目标流量分配要求的射流孔布置方案.结果表明:在初始算例流量分配误差较大的情况下,仅需两次设计计算流程即可以将燃烧室各排射流孔流量与目标流量的相对误差减小到5%以下.与传统方法相比,该方法总结射流孔当地流量规律所需的数据量小,且考虑了燃烧室整体几何因素对横向射流的影响.     

燃气涡轮增压系统燃烧室设计

根据燃气涡轮增压系统结构要求,提出了一种新型滚流回流燃烧室结构,通过CFD数值模拟,研究其内部温度场和出口温度分布情况,确定了燃烧室的主要结构参数.采用粒子图像测速仪（PIV）测量燃烧室内筒头部的冷态流场,证明燃烧室头部存在滚流回流区,能够形成稳定的火焰区.在燃烧试验中,进行了贫油点火和贫油熄火试验研究.结果表明在一定流量范围内,文中燃烧室贫油点火及贫油熄火油气比均随进口马赫数的增大而增大;将文中燃烧室与外形尺寸相近的旋流进气燃烧室的总压恢复系数对比,结果表明相同的流量下文中燃烧室的总压恢复系数平均提高约2%.      

燃气轮机燃烧室流场的数值计算与实验研究

本文阐述了以 SIMPLE 算法为基础的燃气轮机燃烧室流场的数值计算方法,对一实例燃烧室作了计算并与冷态实验进行对比。结果表明:回流区的主要尺寸两者数值相当吻合;轴向与切向速度分布规律也是接近的,只是在数值上略有差别。本计算方法在预测燃烧室流场上具有一定的实用价值。     

微型燃气轮机燃烧室内三维流动过程的数值模拟

采用RNG κ-ε湍流模型，对Capstone公司75kW微型燃气轮机燃烧室火焰筒内气流三维流动过程进行了数值模拟研究．结果表明，燃烧室火焰筒内有3个回流区，其存在将有助于燃料的连续点火和火焰的稳定．由火焰筒后部两排二次空气掺混射流孔射入火焰筒的射流深度不同，且沿流动方向第一排射流孔射流深度大于第二排．此外，火焰筒内气流轴向、径向和切向速度沿火焰筒径向的分布随着气流沿火焰筒轴向的流动逐渐趋于均匀，且其峰值位置朝向火焰筒中心轴方向移动．     

受限空间内射流影响下气固两相流动非定常数值模拟

就射流对受限空间内气固两相流动的影响进行了三维非定常数值模拟.分析计算结果发现,在射流结构下游尾迹附近区域出现局部回流;在射流结构背风侧存在不对称的连续涡结构发生、脱落与破裂过程,并且涡结构的脱落具有周期性.另外,通过分析射流对不同粒径颗粒尺度的影响,发现射流对10 μm量级颗粒能够在流道内形成持续稳定的低浓度区域,计算结果与试验吻合较好.通过分析试验中未测量的位置和参数的计算数据,加强了对该流场内流动特征和颗粒分布的理解,为壁面射流控制手段在流体机械工程上的应用提供参考.     

湿法烟气脱硫喷淋塔气体进口角度对塔内流场的影响

文章通过数值模拟和实验相结合的方法,研究了气体进口角度不同对塔内流场产生的影响。结果表明,由于射流的惯性作用,轴向速度分布发生偏斜,在单侧直流进口和偏斜射流两种情况下,喷淋塔塔内都会形成倾斜不均匀的流场分布,在进口侧形成回流区、死滞区和涡流区。在气体入口偏斜一定角度后,回流区内的气体逆向流速度会减小,同时随着气体流量的减小而减小。在这两种情况下,回流区、死滞区和涡流区会随气流的上升而逐渐减小,最终在塔高300mm处消失。随着塔高进一步升高,塔内流场趋于均匀分布,但高度增加会使投资和运行费用随之提高,因此,在保证脱硫效率的前提下,塔高以400mm左右为宜。     

钝体燃烧器湍流分离流场的数值模拟

本文应用涡量流函数法和k-ε双方程模型对煤粉钝体燃烧器的燃烧室中的等温流场——带钝体突扩通道中的流动进行数值模拟。计算出了流场中回流区的几何参数、速度分布、湍动能分布等,得到了与实测数据基本一致的结果。     

高速超高压水射流喷管内外湍流流场的数值模拟

基于对现有研究成果的分析，选用了应用最广泛的涡动粘性系数法中的ｋε模型对高速超高压射流辅助钻井钻头井底湍流流场进行了数值模拟，研究了高速超高压射流的结构特性和喷管内外流场的分布规律．模拟精度基本达到了工程技术要求．对高速超高压射流喷管内外（井底）湍流流场的全场数值模拟表明，高速超高压射流井底流场是由射流冲击区、漫流区、涡流区和返流区组成的，对于有较大锥形角的斜面或曲面内流道喷嘴，一般可不必考虑流体的压缩性影响（约为５％）．     

燃料分级比例对双燃料燃烧室燃烧性能的影响

通过数值与试验相结合的方法对一种双燃料低污染燃烧室的流场和燃烧特性进行了研究.利用Fluent软件对该低污染燃烧室进行了数值模拟,对燃烧室的点火、熄火特性进行了试验测试,在燃烧室进口参数一定的情况下,改变值班级和主燃级燃料能量的分配比例,对比分析主燃级能量比例对燃烧特性的影响.结果表明,所研究的低污染燃烧室头部存在中心回流区、角落回流区以及唇口回流区;燃烧室的点火、熄火特性满足要求;燃料分级比例对污染物排放具有较大的影响,在双燃料的设计点和单独使用气体燃料时,CO和NO_x排放均达到了燃烧室的设计要求.     

注蒸汽燃气轮机燃烧室内部流场特性的三维数值模拟

介绍了适于注蒸汽燃气轮机（ＳＴＩＧ）燃烧室流场模拟的大湿度燃烧计算模型,对三维流场计算的数值方法及特殊处理进行了说明,并采用有关文献中的实验数据对燃烧计算程序进行校验,最后对某实验用注蒸汽燃烧室的内部流场进行数值模拟,计算结果表明,文中采用的数学模型及计算程序是可信的,大湿度燃烧室流场的三维模拟可更贴近实际地描述燃烧室内部各物理量,尤其是水蒸汽质量分数的分布情况,壁面射入的蒸汽流使中心回流区及高温     

井底边界条件下单喷嘴射流流场的数值模拟

用数值模拟的方法研究了符合井底边界条件的轴对称单喷嘴淹没非自由射流流场，给出了不同喷嘴直径、不同喷速、不同喷距下的流场矢量图，并研究了上述工况下的射流轴心速度衰减规律。结果表明，除射流区、撞击区、漫流区、返回区之外，还存在一明显的回流旋涡区，射流出口雷诺数对轴心速度衰减的影响很小，而漫流的存在使得射流轴心速度在靠近井底的区域内受到很大程度的影响．数值模拟结果和有关实验数据有较好的一致性。     

AVC预混燃烧流动特性的数值模拟

为探究先进旋涡燃烧室内湍流燃烧流动特性,应用预混燃烧模型,对燃烧室内燃烧及流动过程进行了数值模拟。得到了燃烧室内温度场及流场的分布情况。分析了不同燃气当量比、燃气速度和燃气温度对燃烧室预混燃烧流动的影响规律。结果表明:燃烧室内凹腔及后钝体回流区是主要燃烧区域,主燃区可形成均匀对称的旋涡对;不同工况参数对燃烧室内温度、组分和流场分布有影响。凹腔内温度随进气速度增大而增加,燃烧室内温度和出口径向温度随燃气温度增大而增大,且在不同工况下,凹腔内都能维持较高的点火温度。     

有限流动水域浮体结构对水流结构的影响

基于物理模型试验,研究浮体结构在有限流动水域运行过程中对下游水流流动结构产生的影响。在不同浮体结构位置及来流条件下,对下游水流结构特征断面的流速分布、流速不均匀系数以及回流区长度进行了测量分析。结果表明:浮体结构位置对流速分布及流速不均匀系数存在明显影响;来流条件的改变同样对两者有较大的影响,其影响随着来流流量的增大而增大;回流区的长度受浮体结构位置以及来流流量影响都较大。在实际工程中,应重点关注浮体结构位置及来流流量变化引起的水流流动结构改变。     

不同伴随流条件下的集束射流流场特性

针对不同伴随流参数条件下的集束射流和普通超音速射流流场特性进行数值模拟和试验研究。研究结果表明:伴随流气体影响喷管出口温度和压力,导致超音速主射流速度和温度出现重复波动;高温、大流量伴随流气体形成的低密度和高速环境可保护超音速射流,降低射流径向的扩展率和轴向速度的衰减速率;伴随流气体温度越高,流量越大,射流速度和温度核心段长度越长。与普通超音速射流相比,伴随流气体改变射流半速度宽度和涡量的分布;伴随流温度越高,流量越大,射流在更长的距离内保持较低的湍流强度。     

内燃机涡轮增压-燃气动力发电系统燃烧室设计

为发展车载辅机电站技术,考虑到车用涡轮增压器的结构特点,优选设计了一种逆流式单管燃烧室和径向式旋流器. 对燃烧室内部流场进行了数值模拟计算,讨论了旋流器叶片安装角和主燃孔数目对回流区的影响规律,据此对初步设计方案进行了改进. 试验结果表明所设计的燃烧室效率为0.982,出口温度分布系数和不均匀系数分别为0.163和0.094,燃烧性能稳定,可以满足系统的性能要求.      

微型燃气涡轮发动机喷嘴雾化性能研究

针对微型燃气涡轮发动机喷嘴的雾化对燃烧室火焰稳定性、温度分布和燃烧效率的影响.对某微型燃气涡轮发动机喷嘴的雾化情况进行了数值模拟,并利用平面粒子图像测速仪(PIV)对雾化流场进行了测试,并与数值模拟结果进行相互验证.结果表明,实验结果与数值模拟结果符合较好.该研究为微型燃气涡轮发动机的喷嘴、燃烧室设计及燃烧数值计算提供理论及试验基础.     

德士古气化炉冷态流场测试

在出口端结构、尺寸各异的六种有机玻璃容器(φ320×8mm,长为1182mm、1680mm)中,用激光多普勒测速仪,测定了不同射流量时的轴向速度分布,并计算了回流量、涡眼位置以及回流区的起止轴向位置。得到了筒体长度、直径、出口结构以及射流量对速度分布和回流量的影响结果,从而揭示出德士古气化炉内的流动状况,认为德士古气化炉中流场是影响化学反应结果的重要因素。