贫油预混燃烧室燃烧稳定性的数值研究

对工业燃气轮机所使用的典型贫油预混燃烧室内的不稳定燃烧特性进行了数值研究．应用非定常N—S方程，基于重整化群的RNG k-ε紊流模型及甲烷与空气的单步反应模型，数值模拟了某典型燃烧装置内2种条件下（空气入口速度分别为30和60m／s）的气流流动和压力振荡特性．在2种情况下分别可观察到稳定燃烧和不稳定燃烧，数值再现了由于当量比的扰动产生的不稳定振荡燃烧，所得结果同实验结果吻合很好．在模拟的2种情况下，燃烧可以是稳定的或非稳定的，取决于燃料喷注位置到火焰前沿的迟滞时间．通过改变燃料喷注位置，可使得振荡情况发生变化．所得结果为振荡燃烧的进一步分析和有效控制提供了研究基础．     

掺氢对燃气轮机燃烧室燃烧和排放性能的影响研究

为了研究以天然气为燃料的干式低排放（DLE）贫预混（LP）燃烧室改用氢燃料时的性能变化和掺氢极限,满足低碳排放燃机安全可靠运行的要求,以某F级发电用重型燃气轮机燃烧室为研究对象,数值研究了天然气/氢气混合燃料不同掺氢比（H₂体积分数0～100%共6种工况）对燃烧室燃烧和排放性能的影响,分析了燃烧室可能出现的问题。研究表明,燃用天然气的LP燃烧室在改用氢燃料时,存在着回火的巨大风险,在掺氢比达40%时回火导致的燃烧器喷口高温区域明显,在更高的掺氢比下存在烧毁的可能,且高氢条件下回火发生且向上游传播,为机组运行带来巨大的安全问题。中心以扩散方式工作的值班燃烧器不存在回火风险。产物中CO和CO₂的含量随掺氢比的增加而降低,H₂O含量增加;NO_x的排放量随氢含量的增加呈现增加的趋势,但增幅并不显著。     

氢燃料微预混火焰燃烧不稳定性实验研究

该文针对一种自主设计的氢燃料微预混燃烧器,开展了常压下掺氢甲烷燃料微预混火焰燃烧不稳定性实验研究。从纯甲烷到纯氢气,研究了不同氢含量下NO_x排放、动态压力、火焰结构等燃烧特性,结果表明：该预混燃烧器具有较优异的低排放燃烧性能,可适应较宽氢含量燃料并实现稳定燃烧,其中纯氢燃料在绝热火焰温度1 850 K时NO_x不高于5μmol/mol(干基,15%O₂摩尔浓度);在氢含量为10%和20%时,氢燃料微预混火焰出现振荡燃烧现象,且激发更高阶的谐波;在更高氢含量下微混火焰出现高频脉动,但幅值较低。利用本征正交分解(proper orthogonal decomposition, POD)方法对振荡工况进行分析,提取其模态的时间系数和空间分布特征,发现一阶模态都表现为与整体脉动主频相同的体积振荡,二阶模态都表现为轴向脉动,脉动频率是主频的2倍。随着氢含量进一步升高,轴向模态渐渐转变为火焰间相互作用。     

掺氢对天然气燃烧室燃烧及排放特性影响

天然气混合氢气燃烧可有效降低含碳物质的排放。但掺混氢气会改变燃料性质,进而影响燃烧进程,故有必要对掺氢燃烧进行深入研究。本文主要研究了以混氢天然气为燃料的燃气轮机的燃烧特性和排放特性,采用数值模拟的方法研究不同的掺氢比（H2体积含量0~100%一共6种工况）对GE-10实验型燃气轮机燃烧室燃烧过程的影响。研究结果表明,随着掺氢比的增加,火焰温度上升,燃烧反应区前移。在低掺混比下火焰筒出口处的温度分布随掺氢比增大趋向均匀,当掺氢比超过0.6时,出口处温度分布均匀性大幅下降。此外,混合燃料中氢气成分的增加会导致局部释热量提高,进而导致NOx排放增加,当掺氢比超过0.8时NOx排放量增加的幅度变大。同时,随着掺氢比的提高CO和CO2的排放量显著减少,H2O的生成量显著增加。研究结果将为后续混氢燃烧技术在工业燃气轮机上的应用提供理论指导。     

二甲醚预混比对预混压燃发动机性能影响的试验研究

在一台由2105柴油机改装成的预混压燃(PCCI)发动机上研究了二甲醚(DME)预混比对燃烧、排放特性以及燃油经济性的影响.结果表明,随着DME预混比的增大,PCCI发动机燃烧始点前移,缸内最高燃烧温度和最大爆发压力均逐渐增大,压力升高率曲线由2个波峰发展成3个波峰,最大压力升高率随着DME预混比的增加先增大后减小再增大,放热过程由2个阶段发展到3个阶段,放热率曲线整体前移,累积放热率逐渐增大且迅速升高的位置前移,整个燃烧持续期逐渐缩短,NOx和碳烟排放量降低,当量燃油消耗率逐渐下降,有效热效率逐渐升高.     

燃气轮机天然气掺氢燃烧及排放特性数值模拟研究

为了解掺氢对贫预混燃气轮机的性能影响,采用数值模拟的方法研究了某燃气轮机天然气掺氢比(体积分数0～30%)对其燃烧及排放特性的影响,对比了燃料体积流量恒定和热负荷恒定的情况下,掺氢对燃烧温度、NO_x、CO和CO₂排放的影响规律。结果表明,在燃料体积流量恒定的情况下：如果固定燃料当量比,掺氢会降低燃烧室热负荷,并能够降低燃气中CO和CO₂浓度,但会导致出口燃气超温和NO_x排放超标;如果固定掺氢比,随着当量比的降低,燃烧温度降低,NO_x和CO₂浓度降低,CO浓度先降低后升高,当掺氢比为30%时,推荐的燃料当量比为0.48。在热负荷恒定的情况下,如果固定燃料当量比,掺氢能够降低燃气中CO和CO₂浓度,并导致出口燃气超温和NO_x排放超标;如果固定掺氢比,随着当量比的降低,燃烧温度降低,NO_x和CO₂浓度降低,CO浓度先降低后升高,当掺氢比为30%时,推荐的燃料当量比为0.47。...     

掺氢对天然气燃烧室燃烧及排放特性影响数值模拟研究

本文针对以天然气为燃料的燃气轮机使用掺氢燃料后的燃烧及其排放特性开展研究,基于DLN1.0燃烧室火焰筒,采用数值模拟的方法研究不同的掺氢比(H2体积含量0~30%一共7种工况)在恒定热功率和相同当量比条件下对天然气混合气燃烧过程的影响,获得火焰筒内流场、温度场和燃烧产物的分布参数以及对应关系。研究显示,随着掺氢比的增加火焰温度上升,燃烧反应区扩大,火焰筒出口处的温度分布均匀性变差;掺氢造成局部释热量的改变,会导致NOx的排放随着掺氢比的增加而呈现增加趋势;CO和CO2的排放量都有显著的减少,H2O的生成量显著增加。同时本文提出稀释燃烧的方法来解决由掺氢造成的一系列问题,研究不同当量比的工况下掺氢燃烧后的燃烧及排放特性变化,并计算得到各个掺氢比工况下最佳的当量比范围。研究结果为后续工业燃气轮机天然气掺氢燃烧技术的应用提供了理论指导。     

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。     

预混均质充量压缩燃烧发动机燃烧与排放特性

为改善柴油机的燃烧和排放特性,在一台2105柴油机上开展了二甲醚(DME)预混比和废气再循环(EGR)对二甲醚-柴油双燃料预混均质充量压缩燃烧(PCCI)发动机的燃烧与排放特性影响的试验研究,通过在进气道预混DME和缸内直喷柴油实现了PCCI燃烧模式。试验结果表明:随着DME预混比的增加,放热过程由两阶段放热发展到三阶段放热,燃烧始点前移,最高爆发压力逐渐增大且对应的相位不断提前;冷EGR导致的PCCI发动机最高爆发压力下降的程度、瞬时放热率峰值及压力升高率峰值对应的相位滞后程度均随着DME预混比的增加逐渐减弱;随着DME预混比的增大和EGR率的减小,当量有效燃油消耗率逐渐降低,有效热效率逐渐升高;DME预混比和EGR率增大可有效降低NOx排放,但是HC和CO排放有所增加。文中工况下最优DME预混比为30%。     

燃烧室形状对柴油机燃烧及排放影响的试验研究

在105单缸柴油机上，针对燃烧室形状对柴油机燃烧及排放特性的影响进行了试验研究，试验结果表明，中央突起缩口燃烧室具有较高的涡流和挤流强度并有较长的高涡流持续期，可加快缸内混合气的形成和燃烧速度，通过延迟喷油定时，减少了预混合燃烧量，在柴油机油耗率基本不变的前提下，降低了烟度和NOx的排放量。     

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.     

涡流燃烧室式柴油机燃用乳化油时的燃烧特性

作者以不同掺水率及不同乳化剂配制了多种乳化油,并将其在单缸涡流燃烧室柴油机上进行了试验,测取了多种工况下,主、副燃烧室中的示功图。根据对示功图数据处理结果的分析,初步探明了涡流燃烧室柴油机燃用乳化油时的燃烧特性,为乳化油在该种柴油机上的合理使用及提高其应用效果,提供了一定的依据和研究途径。     

单、双环腔燃烧室燃烧性能的对比

保持单环腔主燃烧室的扩压器,外机匣最大直径尺寸以及喷口不变的前提下,将其火焰筒结构重新设计为并联式双环腔结构,设计了6种不同旋流器组合的双环腔结构燃烧室.采用相同的物理模型(包括湍流模型、辐射模型、喷雾模型及污染排放模型等),对单、双环腔主燃烧室分别进行全流程的三维计算.给出了燃烧室的总压恢复系数、燃烧效率、燃烧室出口温度分布系数、污染排放指标等燃烧室性能参数.对比分析了单、双环腔燃烧室的计算结果.结果表明,双环腔燃烧室置换单环腔燃烧室是可行的,该研究可为大飞机低污染大法动机的设计提供技术支持.     

典型富氢燃料气预混火焰的熄灭特性

宽燃料适应性是先进燃气轮机的重要设计要求之一,燃用来源广泛的富氢燃料气是燃气轮机未来发展的重要方向,因此富氢燃料气的湍流火焰熄火特性应成为燃气轮机燃烧室设计过程中重点关注的问题。该文通过使用优化的对冲火焰实验方法和数值模拟计算方法,比较了2种典型的富氢燃料气在层流和湍流燃烧状态下的熄灭拉伸率,并分析了贫燃侧2种燃料预混火焰熄灭拉伸率差异的主要原因。结果表明：在该文研究的工况范围内,采用数值模拟方法可较好地预测层流和湍流火焰的熄灭拉伸率。在层流燃烧状态下,火焰锋面内活性自由基H、 O和OH的物质的量浓度相对更高的富氢燃料气,其火焰锋面内部的关键化学反应速率和释放热量的速度更高,因此能抵抗更高程度的火焰拉伸形变。湍流作用加快了火焰锋面内部的反应速率,但同时会使热量更快地从火焰锋面内部向外输运,相比于层流火焰,湍流火焰熄灭拉伸率降低。     

气液双燃料燃气轮机燃烧室混合燃烧特性研究

为解决双燃料燃气轮机燃烧室中的混合燃烧问题,对某原型燃油燃烧室进行了双燃料混合燃烧的数值模拟。通过模拟实验可知,在2种燃料混合燃烧的过程中,不断降低的液体燃料流量以及雾化压力导致的液体燃料雾化特性恶化以及气体燃料不断升高的喷射速度在径向上压缩液体燃料雾化空间是影响燃烧室混合燃烧性能的主要原因。在本文计算的混合燃烧过程中,燃烧室性能变化存在临界点,随着气体燃料占比增加,燃烧室火焰先缩短后延长,燃烧室出口温度分布系数（OTDF）先降低后升高,两者均在气体占比40%时达到最佳,而燃烧室液体燃料雾化质量、出口平均温度、效率均逐渐下降,且在气体燃料占比为70%时下降幅度最大,但在气体燃料占比100%时上升。     

燃空当量比对液体燃料无焰燃烧影响的研究

以微型燃气轮机为应用背景,设计了基于液雾无焰燃烧的模型燃烧室,以实验为主、数值模拟为辅的手段研究了0#柴油/空气的燃空当量比对模型燃烧室的流场结构、燃烧模式、无焰燃烧范围、燃烧温度及分布和污染物排放的影响.结果表明:燃烧室流场呈现明显的环形回流涡,为高温烟气循环提供了流体动力学基础;燃料喷孔附近的混合情况对整个燃烧模式的转变具有重要影响;该燃烧室工作在无焰燃烧模式的燃空当量比Φ范围为0.25～0.50,无焰状态下燃烧室内温度分布均匀;燃烧室平均温度Tavg和污染排放受到Φ和输入功率的影响,在实验范围内,输入功率相同时,随Φ减小,燃烧室平均温度降低,CO和NOx排放浓度增加,另外,Φ相同时,输入功率越低,Tavg越低,CO排放浓度越大,且输入功率越低CO排放浓度增长越快,NOx受输入功率的影响相对小得多.从实验结果分析,适当提高空气预热温度是增强低燃烧室热密度时的贫燃稳定性、拓展贫燃极限和强化燃烧的有效措施.     

氢内燃机及整车性能试验研究

为探索氢燃料应用于内燃机及车辆的各项性能,在一款2.0 L汽油机的基础上,重新设计发动机各系统及部件,研制出氢内燃机和样车,并进行了台架和整车试验.试验结果显示:氢内燃机功率和扭矩比同排量汽油机均下降40%左右,但最高指示热效率和有效热效率分别可达到40.4%和35.0%,NOx排放主要受混合气当量燃空比的影响.氢内燃机及整车各系统工作正常,动力性能也满足开发要求.氢内燃机汽车CO和HC排放显著降低,NOx排放仅为0.057 g/km,比国Ⅳ标准低了28.75%,具有良好的排放性能.     

稀预混气体低速过滤燃烧的实验研究

为研究稀预混气体在填充床内的燃烧特性以及燃烧波的传播规律,对小球填充床内温度进行系统测量,研究流速和丙烷/空气的当量比对燃烧波的传播速度和燃烧区域最高温度的影响.结果表明,随着当量比的增大,燃烧波的传播速度减小,燃烧区域最高温度增大;气体入口流速增大导致燃烧波传播速度和燃烧区域最高温度增大.对于丙烷/空气的预混气体,贫可燃极限可以扩展到其当量比为0.15.     

负电场下点电极和网状电极对预混稀燃火焰的影响

针对相同能耗下电极形状对火焰的影响,研究了常温、常压下定容燃烧弹中过量空气系数为1.6时甲烷空气预混稀燃火焰的传播和燃烧特性与加载电压的关系,对比了点电极和网状电极对火焰的影响。结果表明:2种电极下加载电压都使得火焰发生了形变,对火焰横向传播均有明显的促进作用;与未加载电压相比,当加载电压为-5、-10、-12kV时,点电极下火焰纵向传播速度分别提高9.32%、17.20%、4.67%,网状电极下分别提高0.62%、-20.90%、-22.80%,点电极下压力峰值增幅分别为6.4%、9.8%、11.2%,网状电极下增幅分别为5.6%、2.4%、1.3%;加载-5kV电压时2种电极对火焰的影响相差不大,加载-10、-12kV电压时点电极对火焰的促进作用明显优于网状电极。综合考虑可以得出,点电极的性能更加优越。     

燃烧室几何形状对柴油机缸内气体流动和性能的影响(英文)

研究了燃烧室几何形状对直喷式柴油机缸内气体流动和性能的影响 .用多维模型计算了三种不同几何形状的燃烧室内气体流动状况 ,系统分析了燃烧室内紊流、挤流以及湍流动能随时间和空间的分布 ,优化了燃烧室几何形状并在一台单缸柴油机上对优化的燃烧室进行了试验研究 .结果表明 ,优化后的燃烧室内气体运动强烈 ,湍流动能在较大的空间时间范围内维持高水平 .通过适当减小供油提前角 ,采用优化后燃烧室的柴油机预混合燃烧减少 ,扩散燃烧加强 ,取得了低NOx、碳烟、CO、HC排放以及低燃油消耗率的效果