旋流燃烧室内丙烷湍流燃烧的数值模拟

提出并建立了丙烷湍流四步反应的温度脉动简化概率密度函数模型．应用该模型对旋流燃烧室内的丙烷湍流燃烧进行了数值模拟．计算中分别采用了Kiehne和Jones的两种丙烷四步反应机理．结果表明，基于Kiehne机理可得到与实验相符合的气体轴向与切向速度，轴向脉动速度均方根值和温度，以及氧气、二氧化碳、丙烷、一氧化碳与氢气体积分数的分布．     

环形进出口旋流燃烧室内有回流的湍流旋流流动的数值模拟

对环形进出口旋流燃烧室内有较强回流的湍流旋流流动进行了数值模拟。计算中分别采用了完整形式与简化形式的新的代数Reynolds应力模型及κ－ε模型。模拟结果与实验测量数据在气体轴向与切向时均速度和轴向、切向与径向湍流脉动速度均方根值分布上的对比表明，新的代数应力模型可预报出旋流燃烧室内范围较大的中心回流区，气体切向速度分布的Rankine涡结构，以及湍流脉动的各向异性。     

旋流燃烧室内甲烷湍流燃烧的数值模拟

为合理考虑湍流-复杂化学反应的相互作用,建立了甲烷湍流四步反应的温度脉动简化概率密度函数(PDF)模型.应用该模型对TECFLAM燃烧室内的甲烷湍流旋流燃烧进行了数值模拟,得到了与实验相符合的气体轴向、径向与切向速度、温度、温度脉动均方根值及甲烷、氧气、二氧化碳与水蒸气质量分数分布.得到的一氧化碳和氢气质量分数分布与实验基本符合.     

旋流燃烧室内煤粉多相湍流流动与燃烧的数值模拟

提出了考虑湍流-颗粒反应相互作用的颗粒随机轨道模型,以此为基础建立煤粉燃烧综合理论模型并应用于旋流燃烧室内煤粉多相湍流流动与燃烧的数值模拟.模拟结果给出了气相温度场、速度场与温度脉动均方根值分布、颗粒相温度场、速度场与表观密度场以及颗粒瞬时温度与质量随时间的变化.研究表明,考虑湍流-颗粒反应相互作用对气相与颗粒相温度场的模拟结果有一定的影响,使气相温度分布与实验数据更为接近.     

分级进风旋流燃烧室内湍流燃烧的数值模拟

应用考虑湍流-化学反应相互作用的代数二阶矩-概率密度函数(PDF)湍流燃烧模型,对分级进风旋流燃烧室内两组工况下的甲烷湍流燃烧进行了数值模拟,得到的二氧化碳浓度和气体轴向脉动速度均方根值分布与实验数据相符合,得到的气体轴向和切向速度、轴向一切向脉动速度关联量、温度和氧气浓度分布与实验数据基本相符合.研究结果表明,选取适当的二次风率可以起到优化燃烧过程的作用.     

旋流对驻涡燃烧室湍流流动的影响

为分析旋流对湍流流动的影响,对并排双旋流模式以及无旋流模式下的流场进行了数值模拟。在冷态下,旋流间的相互作用主要影响回流区形态,旋流极大拓展了湍流大脉动区域,适中的旋流更利于维持双涡结构。在热态下,旋流对回流区总体强度的影响比冷态更强烈,双旋流使凹腔湍流脉动受到抑制。燃烧能显著改变凹腔回流区和旋流回流区形态,增强旋流回流区强度,缩小其尺度,但使凹腔回流区尺度和强度均明显减小。燃烧可改善双涡结构,使气流旋动比湍流脉动具有更强的轴向衰减特性。     

外二次风旋流数对燃烧室内湍流燃烧与NOx生成的影响

建立了采用分级进风方式的旋流燃烧室实验装置。在此实验装置上分别对天然气进行了湍流旋流燃烧的实验研究。在保持过量空气系数不变的条件下,测量了在不同外二次风旋流数下,燃烧室内烟气的时均温度场,O2,CO2,CO和NO浓度场的分布。由实验结果分析讨论了二次风旋流数对旋流燃烧室内湍流燃烧及NOx生成的影响。     

浮力对湍流旋流火焰影响的数值模拟

采用浮力修正的k-ε湍流模型和涡团耗散（EDC）湍流燃烧模型,对旋流燃烧室内具有不同初始切向动量或旋流数的受浮力作用的甲烷湍流火焰进行了数值模拟,得到三组工况下的气体温度场、组分体积分数场、速度场和湍流脉动特性的分布,并与试验测量数据进行了比较.结果表明：浮力对初始切向动量或旋流数较高的湍流火焰有更强的影响.     

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     

湍流燃烧模型在燃气轮机燃烧室模拟中的运用与对比

利用Fluent商业软件,对燃气轮机燃烧室C16H29非预混燃烧流场进行数值模拟。针对燃烧室的额定工况,分别采用简单概率密度函数模型、涡耗散模型、涡耗散概念模型的2步反应和5步反应过程,对湍流燃烧流场进行对比数值分析,同时,考察燃烧室Thermal和Prompt NOx排放性能。通过比较发现,有吸热反应过程的EDC-5步模型所得流域内燃烧区温度较低;出口温度均匀性最好,最大不均匀度28%;NOx排放量最少。结果表明,该模型能够更合理地预测燃烧室的流场分布。     

带钝体的旋流燃烧器出口气相流场数值模拟

应用重整化群k-ε模型和雷诺应力模型,在弱旋和强旋两种状态下,对带钝体的旋流燃烧器进行了冷态气相数值计算,弱旋流动以重整化群k-ε模型计算结果为参考,强旋流动以雷诺应力模型计算结果为参考,对比了燃烧器出口轴向平均速度和切向平均速度变化.模拟结果可以为燃烧器的设计和运行提供依据.     

三维紊流燃烧室流场的数值计算

运用圆柱从标系对单管回流燃烧室进行了数值模拟。紊流粘度模型采用k-ε双方程紊流模型来估算紊流粘度,燃烧模型采用EBU旋涡破碎燃烧模型来估算化学反应速度,热辐射模型采用比较简单的DTRM模型来计算热辐射量。计算结果能比较准确地反映燃烧室流场的流动状态,同时也为复杂形状的燃烧室造型提供了方法。     

同轴旋转分层流燃烧器空气动力场中一次风转捩长度的研究

运用CCD摄像机对同轴旋转分层流低NOx燃烧器出口空气动力特性进行了可视化研究,并对采集的图像进行了一系列处理。对一次风边界转捩长度b进行了定义,分析了一次风边界转捩长度的影响,并对其变化规律进行了研究,为同轴旋转分层流燃烧器分层机理的研究打下了基础。     

旋流燃烧室内分级进风对燃烧污染物生成的影响

建立了采用分级进风方式的旋流燃烧室试验装置.在此试验装置上分别对天然气和煤粉进行了湍流旋流燃烧的试验研究.在保持过量空气系数和旋流数不变的条件下,采用不同分级进风比率时测量了燃烧室内烟气的时均温度场、O2、CO和NO浓度场的分布,并分析讨论了分级进风率对旋流燃烧室内湍流燃烧及污染物生成的影响.结果表明:在天然气燃烧过程中,加大二次旋流风率可减少NO的生成;在煤粉燃烧过程中,加大二次旋流风率会增加NO的生成.     

有旋燃烧器的数值模拟

采用κ-ε双方程模型模拟计算了冷态燃气在轴对称渐扩燃烧器内的有旋流动状态;分析了不同旋流强度对速度分布、回流区形状大小的影响及旋流强度与出口速度之间的相互关系;预报了有旋流和无旋流下燃烧器内的流场分布;给出了燃烧器出口速度随旋流强度的变化趋势,为燃烧器设计提供理论依据。