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     

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。     

微型环形燃烧室数值模拟及优化设计

为了优化微型环形燃烧室的设计方案,利用流体分析软件Fluent,采用RNGk-ε双方程湍流模型分别对两个微型环形燃烧室的内部流场进行了三维的冷态数值模拟,得出了它们的内部流场分布。两个模型分别是采用了航空发动机大型燃烧室设计理论及公式设计而成的燃烧室模型,和已经在实际中成功应用的国外某型微型涡喷发动机燃烧室模型。该文分析两个模型各燃区内计算流场的差异,确定了满足设计性能要求的目标流场,并对原有设计参数进行局部调整,使其流场组织向目标流场靠近。通过此方法,确定了燃烧室优化后的设计参数。     

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，     

涡扇发动机加力燃烧室流场的数值计算和分析

将涡扇发动机加力燃烧室冷态流场的计算结果与实验数据进行比较，发现若进口速度分布采用实验值，则计算结果与实验值符合得相当好．然后，着重研究Ｖ型槽稳焰器的安放位置对流场的影响，并整理成准则形式，为实际Ｖ型槽在加力燃烧室中最佳安放位置提供了参考依据．     

突扩燃烧室流场及温度场的数值模拟

通过建立圆管状突扩燃烧室内流动及传热的数学模型，对燃烧室内的流场及温度场进行了数值模拟，讨论了分析了突扩燃烧室内的流场与温度场的分布规律及影响因素。研究结果对突扩状燃烧器的设计具有指导意义，所建立的数学模型可作为设计中进行定量分析的有效手段。     

液态排渣燃烧室的冷态试验研究

本文叙述了液态排渣燃煤燃烧室冷态试验的研究方法和某些结果。根据模化理论设计并建造了几种不同形状的燃烧室冷态试验模型。模型中的气流速度用五孔球形探针测量。根据测点数据,计算了轴向、切向和径向速度分量以及流函数,给出了模型的流场分布图。在流场测试的基础上,计算了煤粉粒子运动轨迹,并进行了冷态粒子着膜试验。结果表明,冷态试验是研究和改进燃烧室的一种经济、简便而且行之有效的方法。     

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。     

柴油机伞帘喷雾燃烧系统空气运动的数值模拟

用数值分析方法研究柴油机伞帘喷雾燃烧系统中的空气运动规律，探讨了缸内流场的演变过程、涡流与挤流的相互作用和燃烧室结构的影响，并比较了该燃烧系统与原机燃烧系统中的流场．计算基于任意拉格朗日—欧拉法，采用κ-ε湍流模型，计算结果表明，在上止点前较大的曲轴转角范围内，纵剖面流场结构相似，无涡流时接近上止点的缸内纵剖面流场受挤流控制．挤流促进燃烧室中心线附近的空气运动；逆挤流主要发生在燃烧室边缘；涡流使流场复杂化，随着涡流强弱不同，缸内形成不同的流动图案；折转壁面间的过渡情况影响气流贴合壁面情况；伞帘喷雾燃烧系统的挤气面积远大于原机，因此前者的空气运动明显强于后者，较强逆挤流维持的时间长于后者。     

联焰稳流器对驻涡燃烧室性能的影响分析

为考察联焰稳流器对驻涡燃烧室的流场和性能的影响,应用高端数字样机系统进行了设计和数值计算。在典型驻涡燃烧室三维模型上添加了联焰稳流器,分析了2个燃烧室模型在不同进口马赫数条件下的冷态流场结构和总压损失。选取进口马赫数为0.2的工况,对2个模型的燃烧流场进行对比,分析了联焰稳流器对燃烧室性能的影响。结果表明:驻涡燃烧室的NOx排放低于普通构型燃烧室;添加联焰稳流器后,驻涡区能更好地实现与主流区的物质交换,避免因主流速度过快,切断驻涡区与主流区的能量传递;燃烧效率从97%提高至99%,出口温度分布系数从0.92降为0.49;2个模型各冷态工况的总压损失也分别增加2%~12%。     

煤水浆旋风燃烧器内空气动力场的实验研究

为了考查煤水浆旋风燃烧器的空气动力特性,对实际旋风燃烧器进行了流场测定,从燃烧空气动力学角度对实验结果进行了分析。结果表明,切向速度分布由于壁面粗糙度的影响而偏离模型情况;壁面粗糙度和二次风弱旋流造成了双环形回流的轴向速度分布,有利于煤水浆的着火和火焰稳定。     

纯净空气液态煤油超声速燃烧室性能研究

液态煤油高热值、高密度,还容易储存、便于携带,在飞行Ma数小于8的飞行条件下,煤油是超燃冲压发动机的理想燃料,如何实现煤油在超声速燃烧室中稳定燃烧是关键。本文在西北工业大学电阻加热超燃冲压发动机实验台上,针对给定的燃烧室,对以航空煤油为燃料的超声速燃烧冲压发动机燃烧室性能进行初步试验研究。实验来流空气总温为870-930 K,总压保持在77 kPa左右,燃烧室进口Ma数为2。同时结合CFD模拟,对3个不同油气比下燃烧室性能参数进行了对比分析。研究结果认为:要成功地实验煤油点火并稳定燃烧,成功设计凹槽及分布位置是关键;选择合适的油气比,可在提高燃烧室性能的同时保持隔离段的抗扰动能力。     

微型热光电系统中的微燃烧室研究

微型热光电TPV(thermo photovoltaic)系统是一种新型的微动力系(Power MEMS)，微燃烧室是微型TPV系统中最重要的部件之一．为了获得较高的电能输出，希望燃烧室壁面的温度高且分布均匀．由于微燃烧室面容比大，热损失显著增加，这会导致着火困难并使火焰淬熄．为了分析微燃烧室中燃烧的可行性和确定有关影响因素，对不同材料、不同结构的微燃烧室在不同工况下进行了实验．结果表明，在一定的流量和混合比范围内，可以在微燃烧器内维持稳定的燃烧，并在燃烧室壁面形成均匀分布的高温．     

甲烷在具有隔热通道的微燃烧器中的燃烧特性

为了解微小Swiss-roll燃烧室的工作特点,用平板Swiss-roll燃烧器进行CH4/空气预混气的燃烧实验,获得了不同甲烷流量时燃烧器的熄火极限,分析了燃烧产物成分.结果表明:该燃烧器能够实现CH4/空气的稳定燃烧,并确保火焰位于燃烧器的中心;当存在回热时,未燃气体被加热,燃烧器的可燃极限范围增大,但上下极限并不对称,富燃极限比较小,而富氧极限比较大,预混气体能够在较大的空气流量下稳定燃烧;燃烧器最高的壁面温度在理论当量比附近,且随着空气流量的增大,火焰温度逐渐下降;空气过量时甲烷可实现较完全燃烧,空气不足时过剩的甲烷转化为H2和CO,减小了燃烧放热量,使燃烧器容易熄火.     

TRW燃烧器后置炉膛内流场的数值模拟

为配合液态排渣多级煤燃烧器（ＴＲＷ燃烧器）的应用示范工程,以质量、动量、能量守恒定理为基础,建立了ＴＲＷ燃烧器后置炉膛内三维流动的数学模型,采用经典的ＳＩＭＰＬＥ算法和混合差分格式,对炉膛内的流场及煤粉运动轨迹进行了数值模拟．从而为锅炉设计、三次风和顶部燃尽风（ＯＦＡ）的布置提供了大量的参考数据．根据ＴＲＷ燃烧器的出口尺寸以及某锅炉厂提供的炉膛尺寸和三次风、ＯＦＡ的布置原则,对４个布置方案进行了９种不同工况的计算．得到与ＴＲＷ燃烧器能较好匹配的炉膛结构及三次风、ＯＦＡ的布置方案,并对计算结果进行了详细地分析,确认计算结果符合炉内流动规律．计算程序中一些参数如网格、锅炉尺寸以及燃烧器的布置可以方便地进行修改,因而很容易计算其他炉内的流动过程和移植应用．     

突扩燃烧室内扩散燃烧过程的数值计算

建立了轴对称突扩燃烧室内扩散燃烧过程的数学模型,采用SIMPLER方法对多种工况进行了数值求解,计算结果符合扩散燃烧基本理论和物理真实,基本可以代替物理模型实验,为燃烧室的设计计算提供了新的手段。     

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.      

液排渣粉煤燃烧器空气动力特性的试验

对液排渣粉煤燃烧器内气流运动规律和混合过程进行了冷态模拟研究，分析了结构参数和动力参数对流动的影响。试验表明：燃烧室轴向速度可分成６个不同的区域，存在４个回流区；简单环形挡渣板也能产生环形回流区，在旋风燃烧室设计中可取代锥形缩口挡渣板。最佳参数为：１次风旋流数Ｓ１为１．７８－２．０；１次风口和２次风口距离Ｌ１２＝（０．７５－１．１５）Ｄ；一次风量为１５％－２０％。     

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%.