微型燃气轮机燃烧室热力性能的实验研究

对一微型燃气轮机燃烧室在不同负荷下的热力性能进行了实验研究,得到了该燃烧室在不同负荷下燃烧效率,出口温度分布,总压保持系数及NOx排放浓度等燃烧室性能指标参数的变化情况.结果表明,该燃烧室在各个实验负荷工况下均具有优异的性能,同时随着负荷的增加,压力损失增大,NOx排放浓度降低.     

微型燃气轮机富氧燃烧室数值及试验研究

研究了一种采用烟气循环富氧燃烧的微型燃气轮机燃烧室.由燃烧稳定、总压恢复系数、出口温度场等几个方面确定燃烧室基本的几何尺寸,在空气以及氧气体积分数30%的O2/CO2工况下,利用CFD软件和试验对设计燃烧室的热态流场、燃烧效率、压力损失等性能进行了对比研究.结果表明,在富氧燃烧条件下,设计的燃烧室流场合理,燃烧稳定、效率高,压力损失小,基本上达到了设计要求;在空气工况下,会出现燃烧效率低、出口温度过高、不均匀系数过高等问题.     

三级燃料径向分级燃烧对燃烧室性能的影响

为了适应新的能源和环保形势,同时保障燃烧室在宽工况范围内各项参数满足燃气轮机整体性能需求,试验研究三级燃料径向分级燃烧对燃烧室在50%～100%工况范围工作特性的影响,并根据变化规律得到合理的燃料分级方案。结果表明:该燃烧室在50%～100%工况均可达到OTDF低于20%、RTDF低于5%,总压损失约5%和燃烧效率约99.9%的技术指标;同时满足80%～100%工况NO_x和CO可低至30 mg/m~3(15%O_2),60%～80%工况下,NO_x和CO排放低于50 mg/m~3(15%O_2)。分析试验数据发现:相较于1路,值班路燃料比例对NO_x排放、贫燃熄火边界和出口温度均匀性的影响更大。燃料在燃烧室径向中心集中,火焰稳定性提升,NO_x排放升高,出口温度均匀性变差,壁面温度降低;低工况下,CO排放降低;总压损失和燃烧效率不受影响。据此得到三级径向分级燃烧室在50%～100%工况下特性图谱,为燃烧室在燃气轮机实际运行提供重要参考。     

进气温度对微型燃机燃烧室污染物排放性能的影响

燃烧室是微型燃气轮机的四大部件之一,其性能优劣直接影响微型燃气轮机的整体性能。以一微型燃气轮机燃烧室模型为研究对象进行热态实验,研究不同进气温度对污染物（UHC、CO、NOx）排放性能的影响。实验结果表明,进气温度升高,使燃烧反应速度加快,有利于天然气更快更完全的燃烧,从而减少未燃尽碳氢化合物UHC,抑制CO的生成,并降低NOx的排放浓度。     

配风比对微型燃气轮机燃烧室燃烧性能影响的数值模拟

以采用燃料和空气预混燃烧方式的微型燃气轮机燃烧室为研究对象,根据设计参数对燃烧室进行建模和模拟计算,模拟不同工况下预混燃料在燃烧室内经过湍流流动并发生燃烧化学反应的过程,进而得到燃烧室内的热态流场、温度分布以及出口烟气中污染物的排放量.结果 表明:在总过量空气系数为3.01的情况下,随着旋流器进口当量比的增大以及助燃风质量流量比例的升高,预混火焰的锋面温度有所升高,出口NOx质量浓度与出口温度分布因子呈正相关.     

重型燃气轮机燃烧室设计与试验研究

完成了用于110MW级重型燃气轮机的干低排放燃烧室的设计和第一阶段试验验证。燃烧室采用轴向分级的贫油预混燃烧技术降低NOx排放,将火焰筒头部分为环形区、预混区和扩散区三个燃烧区。单管燃烧室全尺寸中压试验结果表明：在第一种工作模式下,燃烧室的总压损失、起动点火、燃烧效率、出口温度分布、压力脉动和火焰简壁温均满足设计要求,但NOx排放超过设计要求。受周期和试验条件限制,第二种工作模式下的NOx排放试验尚未完成。     

微型燃气轮机燃烧室NOx排放性能实验研究

作为微型燃气轮机的核心部件之一,燃烧室性能的优劣将直接影响微型燃气轮机的整体性能。随着环保意识的增强和环保法规的日益严格,控制燃烧室污染物的排放业已成为一个重要课题。以一微型燃气轮机燃烧室为对象进行了热态条件下NOx排放性能的实验研究。实验结果表明：随着过量空气系数的增加,NOx的排放浓度呈下降趋势;燃烧区温度的升高以及在高温区停留时间变长,NOx生成量大大上升;在较高负荷工况下,NOx的排放量较小。     

微型燃气轮机燃烧室流场数值分析与试验研究

采用CFD方法对微型燃气轮机蒸发管燃烧室进行结构设计和流场分析,采用试验方法进行验证,主要考查设计点状态下的燃烧效率、压力损失、燃烧室出口温度场分布不均匀系数F_(OTD)与出口温度场径向不均匀度F_(RTD)。对比分析燃烧室出口温度的CFD与试验结果,二者吻合较好。试验表明:该燃烧室燃烧效率为99.6%,压力损失为4.3%,出口温度平均后的F_(OTD)为0.102,F_(RTD)为0.067。     

掺氢比对低排放燃烧室性能影响研究

为了探究传统天然气燃气轮机对氢气燃料的适应性,基于现役某型工业低排放燃气轮机结构和性能,用数值模拟方法分析了燃料中氢气比例对低排放燃烧室性能的影响,确定了燃烧室燃用甲烷和氢气燃料的换用性能。研究表明：在1.0额定工况,掺氢比小于等于30%时,燃烧室不发生回火,喷嘴内部和火焰筒肩部回流区的温度以及燃烧室的总压损失随掺氢比的升高而升高,NOx排放体积分数小幅升高,CO排放体积分数减少;当掺氢比大于30%时,燃烧室发生回火,喷嘴和火焰筒肩部回流区温度、总压损失、NOx排放体积分数大幅升高,CO排放基本为零。在其他工况下,负荷变化对燃烧室边界条件影响较为复杂,对喷嘴回火边界影响无单调性变化规律。     

当量比对涡轮叶间燃烧性能影响的数值模拟

为探究涡轮叶间燃烧性能,设计了4种不同当量比的工况,利用 FLUENT 软件的 Realizable k-ε湍流模型、PDF 燃烧模型、DO 辐射模型和离散相模型对燃烧室的流动及燃烧进行数值模拟.结果表明:燃烧室能在广泛的当量比(2.59~0.81)下保持性能稳定,燃烧效率保持在96%以上、总压损失低于2.4%,气体温度提高650,K 左右;降低当量比,能够提高燃烧效率,降低 CO、UHC、NOx 等污染物排放,改善温度分布,但会造成更大的总压损失;最优当量比等于1.00,此时燃烧效率在99.95%以上,总压损失相对低(1.5%),出口径向温度呈抛物线型分布,最适合燃烧室设计.与文献对比发现,选取的工况合理,其结果对涡轮叶间燃烧室设计具有参考价值     

燃气轮机环形燃烧室内燃烧流动的数值模拟

对一个复杂的GE—F101型工业燃气轮机环形燃烧室，采用Reynolds应力湍流模型(RSM)、EBU—Arrhenius湍流燃烧模型和六通量热辐射模型描述其燃烧流动，应用FLUENT软件进行了三维化学反应流场的数值模拟研究。研究结果表明：旋流和燃料进口射流对燃烧室流内温度和流场分布有着重要的影响；利用数值手段得到燃烧室出口的温度分布以判断其能否满足透平叶片进口温度的要求是可行的；燃烧室工作压强对出口的NO分布有着重要影响。在燃用气体燃料时，燃气轮机的NO排放主要来自于热NO，瞬时NO只占很小一部分。图11参6     

多孔介质的热物性对往复流动下超绝热火焰的影响

多孔介质燃烧室的传热性能主要取决于多孔介质材料的热物性,本文在气固两相局部非热平衡假设基础上,建立往复式流动下多孔介质超绝热燃烧的二维数学模型,研究了多孔介质的比热、导热系数、衰减系数和体积换热系数等对温度分布和燃烧速率的影响,以期为多孔介质选材和往复流动下多孔介质超绝热燃烧器的优化设计提供理论依据。     

空气分级比对同轴分级燃烧室性能参数的影响

为掌握同轴分级燃烧室性能参数随空气分级比(主燃级空气流量的比值)的变化规律,以某同轴分级燃烧室为研究对象,数值分析了空气分级比对燃烧室的燃烧效率、总压损失、出口温度分布、污染物排放和绝热壁面最高温度的影响。结果表明：空气分级比主要会改变角涡位置的燃烧温度和高温烟气的停留时间;随着空气分级比的升高,燃烧室总压损失、出口温度分布系数、NO_x排放、绝热壁面最高温度逐渐升高,但燃烧效率、CO污染物排放、径向温度分布系数对空气分级比不敏感;在同轴分级燃烧室设计中,在保证燃烧稳定的前提下可采用较小的空气分级比以实现燃烧室高效、低阻、低污染燃烧。     

等离子体复合对助燃影响的计算与分析

分析了在等离子助燃条件下，燃烧室进口前等离子体复合的机理，计算和分析了复合度、平衡常数随等离子体温度、压力和密度的变化。计算结果表明：在等离子助燃条件下离子复合可使燃烧室进口的初温升高，离子密度下降，从而对燃烧室助燃产生有利和不利的影响，这就需要从总体上考虑，通过调节温度、压力、离子浓度等达到燃烧室最佳燃烧效果。     

预混天然气小尺度燃烧特性的CFD研究

运用计算流体力学（CFD）二维模型研究预混天然气在小尺度空间内燃烧及墙壁的导热系数、外部的热损对燃烧特性的影响。研究表明，墙壁的导热系数和外壁面的热损直接影响着火焰的点燃、稳定及氮氧化物的生成。对于预混气体。仅存在一个很小的流速区间能维持通道内的燃烧。最后分析了轴向及径向的温度梯度对燃烧器的影响，找到了在模拟条件下最佳的热力条件，并以此达到优化小尺寸燃烧器的目的。     

Numerical study of methane and air combustion inside a small tube with an axial temperature gradient at the wall

A numerical study on CH₄ and air premixed combustion inside a small tube with a temperature gradient at the wall was undertaken to investigate the effects of inlet velocity, equivalence ratio and combustor size on combustion characteristics. The simulation results show that the inlet velocity has a significant influence on the reaction zone, and the flame front shifts downstream as the inlet velocity increases. The results also show that, the inlet velocity has no obvious effects on the flame temperature. The highest flame temperature is obtained if the equivalence ratio is set to 1. It is disclosed that the combustor size strongly influences the combustion characteristics. The smaller the combustor size is, the more difficult it is to maintain the steady combustion. The smallest combustor size that the stable flame can be sustained is determined mainly by the wall temperature of the micro-combustor under the given conditions. The higher the wall temperature is, the smaller the smallest combustor size. Therefore increasing wall temperature is an effective way to realize flame stabilization for a given combustor size.     

微通道壁面加热对甲烷空气预混火焰传播特性的影响

对于甲烷和空气预混合气在矩形微燃烧室内的燃烧过程,采用加热片加热,对比分析了在外部加热时,有无隔板对燃烧稳定性的影响,并分析了不同加热温度下隔板式燃烧室内火焰传播特性。实验结果表示,随着加热温度的提升,隔板型燃烧室稳定燃烧区域不断增大；加热温度高于600K,隔板型燃烧室的火焰吹熄极限有明显改善；高温加热利于提高隔板型燃烧室在较大流量情况下燃烧的稳定性。相较于单通道燃烧室,外部加热对隔板型燃烧室燃烧稳定性的改善更加明显。     

Effect of micro-pin-fin arrays on the heat transfer and combustion characteristics in the micro-combustor

Micro-combustor is an important component elements of the micro-thermophotovoltaic (MTPV) conversion device. The combustion stability is critical to improve its thermal performance, and thus three kinds of combustors are compared by computational fluid dynamics (CFD), which includes single – channel combustor, alternate permutation combustor and in-line combustor. The influences of micro-pin-fin arrays on the performance of the micro-combustor are discussed. Results indicate that the maximum surface temperature of combustor with fins is about 100 K higher than that without fins and the mean temperature and heat flux of in-line combustor are always higher in magnitude than those of the alternate permutation combustor. Analysis in this paper reveals that comparing with single-channel combustor, the micro-combustor with fins greatly enhances the heat transfer process through the wall. There are low velocity zones in the tail of fins, which can gather the reactants and prolong the residence time which make the combustion more sufficient and improve the effect of stable combustion. Meanwhile, under calculated conditions, the influence of micro-pin-fin arrays on the combustion reaction is stronger as the flow rate increase. The fin array in micro-combustor does not only improve the wall temperature but also minimize the wall temperature difference along the axial direction. Moreover, when the inlet velocity is larger than 4 m/s, the hydrogen conversion ratios of micro-combustors with fins was not strengthened obviously with the further increase of inlet velocity.     

主燃孔对某小型发动机燃烧室流动及燃烧特性影响

以头部涡流片加主燃孔形式的小型发动机环形回流燃烧室为研究对象,采用Fluent软件进行了数值研究,对比分析了有无主燃孔、主燃孔相对位置以及主燃孔轴向位置对该类型燃烧室主燃区流场、温度场以及出口温度分布的影响。结果表明：该类型燃烧室主要通过火焰筒头部圆形结构、涡流片形成回流区,而内外环主燃孔的射流主要起到截断主流、促进回流区形成以及改变回流区形态的作用;主燃孔相互交错,有利于促进内外环主燃孔的射流相互对冲剪切,形成较为饱满的回流区;主燃孔轴向位置向燃烧室出口方向移动,主燃孔射流截断主流和挤压主流的效果减弱,出口温度分布系数急剧变大。     

某重型燃气轮机环形燃烧室的数值模拟

完成了环形燃烧室从扩压器、旋流器到火焰简完整真实几何结构的建模,并进行三维数值模拟.数值计算采用有限速率/涡团耗散湍流燃烧模型、Realizable k-ε湍流模型、SIMPLE压力速度耦合算法以及二阶精度迎风差值格式.分析了不同负荷对流星分配、出口温度、燃烧效率、压力损失以及污染物排放的影响.在对比现场实测结果后发现...