直接燃煤DCW磁流体发电机的试验研究

本文介绍了田纳西大学的能量转换试验装置(Energy Conversion Facility,简称ECF)的主要系统和部件。该装置采用污染式空气预热器和60°CW磁流体发电机,燃烧室的热输入为12—15兆瓦,全部灰渣通过发电机。文章给出了在1980～1981年期间所进行的TP40B系列试验的结果,其中包括燃烧室的性能、通道气体动力学、通道热流分布、电性能和功率取出方式等方面的试验结果。此外,还介绍了一种间接测量通道进口燃气温度的方法。     

淬熄高度和空气分配比例对RQL燃烧室燃烧特性的影响

基于富油/淬熄/贫油(RQL)技术原理,设计一种燃气轮机低排放燃烧室.在保持燃烧室进口参数不变的前提下,研究不同淬熄结构高度及空气流量分配比例对燃烧室内流场、温度场及污染物生成特性的影响.结果表明：淬熄结构高度和空气分配比例是影响燃烧室燃烧性能的重要参数,随着淬熄结构高度的降低,燃烧室出口氮氧化物NO_x的排放量增加;随着富油区主燃孔与淬熄空气质量流量的空气分配比例降低,燃烧室出口NO_x的排放量先降低后增加,存在一个最佳的空气分配比例使NO_x排放量最低;热力型NO_x的生成量与温度高于1 900 K的区域大小和最高燃气温度存在直接关系.基于此设计的燃烧室在所研究的工况下,最低NO_x排放量可低于35 mg/m³,达到了低污染燃烧室排放标准.     

布朗运动对纳米磁流体电学特性的影响

通过电加热的方法改变磁流体的温度,影响磁流体中磁性颗粒(以下简称为磁性颗粒)作布朗运动的剧烈程度,进而研究布朗运动对磁流体电学特性的影响.分析了磁流体电传输的微观过程以及传导电流依赖于布朗运动的物理机理,解释了实验现象.设定了一个合适的指数衰减函数,用其对散热过程的传导电流进行拟合,得出了磁流体的散热特征时间,表明通过对磁流体布朗运动相关的电学特性的研究,可间接地研究其热扩散过程.     

燃煤磁流体燃烧室冷态流场的研究

采用K—ε湍流模型、SIMPLER方法对JS-2燃煤磁流体燃烧室的冷态流场进行了数值计算,并做了一系列冷模试验研究。通过对几种不同结构燃烧室的计算与测量所得出的流场的分析比较,提出了一些改进JS-2燃煤磁流体燃烧室的建议,最后对计算与测量方法进行了讨论。     

高温气体流过圆管时壁面发散冷却的数值模拟

对超高温燃烧室发散冷却全场进行有效的数值模拟对燃烧室材料结构设计具有重要的意义。该文通过FLUENT 6.1,采用RNG k-ε湍流模型,建立了高温气体流过圆管时多孔介质壁面发散冷却的全场耦合数值计算模型。该模型计算结果与低温氦气、低温空气发散冷却实验结果基本吻合。该文研究了常温氢气对超高温燃烧室内燃气的发散冷却,结果表明,忽略对流传质边界层的影响会导致计算预测的壁面温度偏高,忽略孔隙率局部分布的不均匀性会导致冷却壁面端部出现高温计算结果,这不符合常理。在注入率为1%左右时,冷却壁面温度在400~900 K的范围内,壁面局部热流密度降至200 kW/m2左右,可以满足航天器燃烧室保护壁面的需要。     

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。     

基于PLC的瓦斯发电机组自动控制系统的设计

由于转数、燃烧室温度、润滑系统压力、冷却系统温度等工况在瓦斯发电机组运行过程中起重要作用,该设计将采用转数度传感器,压力传感器,温度传感器,对瓦斯发电机组各项指标进行监测,传感器将检测的结果送入PLC中,由PLC将其与设定值进行比较,再发出相应的指令驱动调速系统(电控混合器:依靠控制燃气和空气的进气量来控制机组转数)、报警装置、散热风机、断路器、电磁阀等设备的运行或停止来调节瓦斯发电机组的输出功率、退网、停车,从而达到智能化、自动化控制的目的。     

采用气膜冷却的燃烧室流场数值研究

针对某采用气膜冷却的燃烧室在设计工况运行时喷管喉道内温度非正常升高所导致的烧蚀故障,该文基于有限体积方法数值模拟燃烧室内的流场,分析烧蚀的原因并提出改进方法.研究发现,冷却气膜在一个较大旋涡诱导作用下被卷入燃烧室中心区,导致喉部处局部温度非正常升高至2 252 K, 从而将内壁烧蚀.通过改变冷却气体的流量和进入燃烧室的入流方向,能使喷管喉部温度降低500 K以上,从而降低了发生烧蚀的可能性.该文还得到了最佳冷却效率的冷气入流方向角为60°~70°.     

圆柱形相变储热器热损失的研究

相变储热具有密度高、体积小、质量轻、蓄放热过程中温度波动小等优点,在太阳能热利用、工业余热回收、采暖及空调等领域有着较为广泛的应用。文章建立了相变储热器的三维模型,搭建相变储热实验平台对模型的准确性进行了验证;使用Fluent软件对相变储热器稳态条件的热损失进行了分析,得到热损失系数K与熔盐温度的关系为K=0.000 28t+0.162;对储热器非稳态散热进行了模拟,分析了储热器散热过程,得到了熔盐凝固速度和外部壁面热损失随时间变化的规律。     

全玻璃真空太阳集热管空晒状态下流动换热特性的数值模拟分析

利用FLUENT对处于空晒状态下具有不同半球发射比(!=0.04,0.06,0.08和0.10)的全玻璃真空太阳集热管管内流体的流动状态、温度分布及换热性能进行了数值模拟分析.结果表明:1空晒状态下,真空管的内管壁面温差可以达到60K,而外管壁面温差不到10K;2位于内管半径3/4处,管内空气流动速度达到最大值;3内管壁面温度随半球发射比的增大而降低,而外管壁面温度随半球发射比的增大而升高;4管内空气循环流量的最大值出现在管口处,表明散热损失主要出现在此处.     

高温空气燃烧技术改造均热炉方案研究

系统研究了高温空气燃烧技术改造均热炉的各种方案 .提出这种新型燃烧技术必须充分考虑系统布置、炉膛结构、炉内烟气流动及传热过程、工件加热工艺过程等因素 .通过大量的数值模拟试验 ,发现在各种改造方案的入炉热量与原均热炉相等的情况下 ,当空气、燃气温度分别被预热到 12 73K和 10 73K时 ,炉内的最高温度相对较低 ,而炉内平均温度相对较高 ;温度分布不均匀系数Rtu从 33.18降到了 18.0 0左右 .在空气预热温度相同情况下 ,燃气预热温度越高 ,NOx 排放量越大 .最后 ,提出了均热炉燃烧系统的改造方案 ,并进行了非稳态燃烧过程数值模拟研究 .     

低散热柴油机燃烧室零件的优化设计

对影响柴油机燃烧室零件传热损失大小和热负荷高低的若干因素进行了研究。利用有限元方法模拟计算了燃烧室零件温度场和热流密度分布，并进行了实验测量。针对改变结构设计和冷却方案的不同情况进行了热负荷和传热损失的对比分析，并分析了燃烧室壁温变化对柴油机性能的影响，提出了低散热柴油机燃烧室零件的优化设计思想和方案。     

迷宫复合冷却结构冷流入射角对压力损失的影响

针对燃烧室新型迷宫复合冷却结构,采用数值模拟方法研究了该冷却结构外侧壁上冷却孔开孔角度分别为-60°、-30°、 30°、 60°时内外流场的分布情况,获得了其流场及压力损失的分布规律。研究表明开孔角度为 30°时压力损失最低。     

燃气涡轮发动机燃烧特性的数值模拟

运用计算流体动力学(CFD)对燃气涡轮发动机燃烧室内的燃烧特性进行了数值模拟,对燃烧室内的温度分布、污染物NO、生成物CO_2以及辐射强度进行了详细的分析对比.研究结果表明:在燃气涡轮发动机的燃烧过程中,初始条件下,在燃烧室的中部和尾部出现了高温区,在燃烧室的出口处生成了大量的NO,燃烧室内整体CO_2生成量较多,辐射强度呈现阶跃式升高的态势,在燃烧室出口处辐射强度最大;燃料浓度和氧气浓度降低时,燃烧室内的温度降低,NO和CO_2的生成量减少,从而使燃烧室内辐射强度大幅降低,且燃料浓度的变化对辐射传热的影响较大.     

低散热柴油机燃烧室零件的优化设计

对影响柴油机燃烧室零件传热损失大小和热负荷高低的若干因素进行了研究．利用有限元方法模拟计算了燃烧室零件温度场和热流密度分布，并进行了实验测量．针对改变结构设计和冷却方案的不同情况进行了热负荷和传热损失的对比分析，并分析了燃烧室壁温变化对柴油机性能的影响，提出了低散热柴油机燃烧室零件的优化设计思想和方案．     

微燃燃烧室流场结构及燃烧特性的初步优化

为了改进微型燃气轮机结构,优化燃烧室性能,采用UG及Ansys软件对微型燃气轮机燃烧室进行几何建模、网格划分、数学及物理模型建立。通过热态数值模拟,研究了叶片数目为12、18、24、30以及叶片安装角度为40°、45°、50°、55°时的燃烧室内流场及燃烧特性。模拟结果得出:随叶片数目及安装角度的增加,燃烧室内甲烷燃烧效率基本不变,均可达99%以上,总压恢复系数降低,出口温度分布因子降低,圆筒内壁温度升高,但一氧化氮排放无法降低。最终选择叶片数目为24、安装角度为45°作为优化结果。     

大湿度旋流扩散燃烧的变工况特性

采用湍流雷诺应力微分模型和层流小火焰模型，对湿空气透平(HAT)带旋流器的燃烧室内甲烷扩散燃烧过程进行了数值模拟．对比了在加湿[200g／kg(DA)]和不加湿情况下，不同入口条件时[(304kPa，430K)，(507kPa，510K)，(709kPa，565K)，(912kPa，612K)]的燃烧室内部温度、速度以及NO组分分布的情况，分析了不同入口条件及湿度对HAT循环燃烧室扩散燃烧特性的影响．研究表明，随着入口空气压力的提高，回流区减小，回流中心位置前移，燃烧区最高温度增加，NO浓度增大；随着入口湿度增大，回流区减小，回流中心位置前移，燃烧区最高温度明显下降，NO浓度明显下降．结果表明，加湿燃烧可以降低污染物的排放，有利于燃烧室轴线尺寸的缩小．     

火焰稳定器对直喷式燃烧室污染物生成影响的研究

本文通过实验研究了不同火焰稳定器对直接喷射式低污染燃烧室燃烧和污染物排放的影响.实验中所用的火焰稳定器分别为45°,60°旋流角的旋流器和三种开孔率不同的多孔板.采用test360烟气测试仪测量在分别改变燃气和空气的流量的条件下,相应的燃烧室出口温度,NOx和CO生成量.通过对采用不同火焰稳定器燃烧室所得到的不同燃烧与排放性能的分析比较,研究了火焰稳定器对燃烧和污染物排放的影响.     

燃气循环发电系统多目标优化设计

为了进一步提高重型燃气轮机单循环和联合循环效率,本文提出一种考虑循环热效率、投资成本和污染物排放的燃气循环系统多目标优化设计模型,确定最佳压比、燃烧室出口温度、排烟温度、冷却空气比例,并分析多目标之间的影响过程。所构建的非线性数学模型采用GAMS软件求解。计算结果表明,以热效率最大为优化目标,最佳压比为24,燃烧室出口温度为2 019℃,冷却空气比例为44%,排烟温度646℃,热效率达到42.2%。当权衡系统总投资成本、污染物排放与循环热效率进行多目标优化时,燃气循环热效率应在39%～39.5%。     

新型纽扣式涡喷发动机燃烧室数值模拟

为了给超微型燃烧室提供数据参考,对设计的某微型燃烧室的稳态燃烧过程进行数值模拟。采用三维建模,入口参数采用等熵数值计算,考虑了湍流化学反应、热辐射等情况,不仅得到燃烧室稳态工作时的速度场、温度场及各组分浓度分布,而且分析了燃料/空气的流动与回流、燃烧效率以及总压恢复系数的情况,并与实验数据进行对比。计算结果可以较为准确地反映燃烧室的实际燃烧情况。结果表明,燃烧室出口速度约为65m/s,出口温度约1000K,仿真与实验数据契合度高,燃烧室结构设计合理。