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。     

主副燃烧室分层燃烧湍流强度模拟新方法

为解决应用准维模型计算汽油机主副燃烧室分层充气燃烧过程的适用性，根据主副燃烧室中气体流动过程的质量和能量交换关系，并考虑到主副燃烧室相对容积比和喉口截面积等几何结构尺寸的影响因素，提出了湍流强度模拟的新方法，计算结果表明，该湍流强度方法不仅适用于主副燃烧室，而且有利于提高热力模型的计算精度。     

结合系统辨识的甲烷掺氢预混火焰热声稳定性研究

为了研究甲烷掺氢燃料对燃气轮机燃烧室热声振荡特性的影响，利用计算流体动力学结合系统辨识(CFD-SI)的方法对某旋流预混燃烧室进行了数值研究。在非定常CFD模拟中提取上游速度与火焰整体热释放率波动的时间序列，并通过相关性分析进行系统辨识，获取了不同甲烷掺氢比下的火焰传递函数(FTF),并结合低阶网络模型对燃烧室热声不稳定性进行了分析。结果表明，随着体积掺氢比的提高，火焰逐渐由“V”形变为“M”形，燃烧器出口处的涡结构先形成后消失，这导致了燃烧室热声振荡特性的改变。在体积掺氢比低于30%时，火焰响应不发生较大变化，燃烧室振荡频率小幅提高；当掺氢比在30%～60%时，火焰对低频的响应逐渐增强，对高频响应先增强后减弱，燃烧室在200 Hz附近热声模态的振荡消失，火焰稳定性增强，但高频纯声学模态被激发；而当掺氢比达到60%时，燃烧室内重新出现热声模态的振荡。对于以天然气作为燃料的燃气轮机，适当的掺氢比能改善燃烧室内的热声不稳定性，但氢气加入会更容易激发燃烧室的高频纯声学模态，使其在高频范围内出现振荡。     

变通道涡流室式燃烧室气体流动的分析

分析了变通道涡流室式燃烧室和涡流室式燃烧室气体流动的差异，以及变通道涡流室式燃烧室通道结构参数对流动损失的影响，根据计算与试验结果，提出了变通道涡流室式燃烧室通道结构参数的最佳取值范围，研究表明，变通道涡流室式燃烧室的气体流动特性有利于加快油气混合与燃烧的进程，减少流动损失，从而获得比常规涡流室式燃烧室更高的热效率。     

变通道涡流室式燃烧室气体流动的分析

分析了变通道涡流室式燃烧室和涡流室式燃烧室气体流动的差异，以及变通道涡流室式燃烧室通道结构参数对流动损失的影响；根据计算与试验结果，提出了变通道涡流室式燃烧室通道结构参数的最佳取值范围，研究表明，变通道涡流室式燃烧室的气体流动特性有利于加快油气混合与燃烧的进程，减少流动损失，从而获得比常规涡流室式燃烧室更高的热效率。     

主副燃烧室分层燃烧湍流强度模拟新方法

为解决应用准维模型计算汽油机主副燃烧室分层充气燃烧过程的适用性,根据主副燃烧室中气体流动过程的质量和能量交换关系,并考虑到主副燃烧室相对容积比和喉口截面积等几何结构尺寸的影响因素,提出了湍流强度模拟的新方法.计算结果表明,该湍流强度模拟方法不仅适用于主副燃烧室,而且有利于提高热力模型的计算精度.     

燃烧室流场的LDV测量及其数值计算

采用激光多谱勒测速仪对小流量发动机短环直流燃烧室的流场进行测试，并且在三维任意曲线坐标系下对该燃烧室流场进行了数值模拟。通过试验结果和计算结果的对比可以看出，两者在燃烧室出口符合较好，表明流场计算程序是可靠的，为了全面地反映燃烧室中的真实流动状况，对燃烧室和旋流器的流场进行整体计算。     

缸内气体流动的模拟分析

应用自编ＦＬＯＷ软件，对缸内气体流动进行计算，并分析了挤流面积、初始涡流比、燃烧室形状对缸内气体流动的影响．     

贫燃预混燃烧室混氢燃烧性能研究

为加快实现碳中和，传统化石燃料燃气轮机逐步向含氢气燃料转型，因此需要掌握燃料中氢气对燃气轮机燃烧室性能影响，为燃气轮机燃氢化奠定理论基础。本文以国内某型现役低排放燃气轮机燃烧室参数与结构为例，采用氢气甲烷混合燃料燃烧，研究混氢比例对燃烧室性能影响。研究表明：氢气体积占比低于30%时，燃烧室喷嘴无回火；燃料中氢气占比由0增加至30%，燃烧室总压损失升高11%,NOx排放(@15%O₂干基)升高31%，火焰筒上游区域温度略有升高，燃烧效率升高，出口温度场均匀性几乎无变化。     

“高低型双涡流室双缩口燃烧室”柴油机的高原排放特性

为了研究"高低型双涡流室双缩口燃烧室"柴油机的高原排放特性,运用AVL Fire对某高原柴油机改用"高低型双涡流室双缩口燃烧室",并进行在海拔4500 m的模拟燃烧.结果表明:相对于原型ω燃烧室,"高低型双涡流室双缩口燃烧室"能够同时降低NOx与碳烟(SOOT)排放量.为了进一步优化"高低型双涡流室双缩口燃烧室"的高原排放性能,设置了不同的径深比、高低涡流室半径比与不同的喷油夹角,进行计算.结果表明:在计算范围内,随着该型燃烧室的最大径深比的增大,NOx排放量先下降后上升,SOOT排放量先上升后下降;随着高低涡流室半径比的增大,柴油机的NOx排放量先降低后增大,而SOOT排放量一直下降;随着喷油夹角的升高,该燃烧室的NOx排放量先下降后上升再下降,最后再升高,呈W形趋势,而SOOT排放量则先升高,后降低.研究结果为用于高海拔地区的"高低型双涡流室双缩口燃烧室"提供了设计参考.     

柴油机缸内局部瞬态对流换热的模型预测

在电机倒拖运行内燃机传热模型的基础上，考虑实际柴油机着火工作时燃烧放热率及燃烧引起的紊流运行对缸内传热的影响，发展了一个柴油机燃烧室局部瞬态对流换热预测模型，模型数值计算采用了ＳＩＭＰＬＥ算法，与不同转速，负荷，进气涡流比和压缩比时传热率的实测结果表明，本文着建立的模型能较好的预测不同参数变化时的局部瞬态对流换热。     

不同冷却边界下燃烧室受迫振荡特性

为考察冷却边界对燃烧室受迫振荡特性的影响规律，该文通过试验与声模态计算相结合的方法，对比了冲击冷却边界和发散冷却边界对燃烧室内声压脉动特性的影响，探究了吹风比改变对发散冷却边界声学特性的影响。结果表明：发散冷却边界具有明显的吸声作用，发散冷却边界下燃烧室内声压脉动幅值相比于冲击冷却边界降幅最大达37.7%;发散冷却边界吸声能力与扰动频率相关，当扰动频率低于90 Hz或高于170 Hz时发散冷却边界吸声能力降低。此外，发散冷却边界在无冷气流动时吸声能力最优，吹风比增大会使发散冷却边界吸声能力明显降低。     

单和双燃速固体发动机零维内弹道方程探讨

基于热力学第一定律的一般表达式,推导了单燃速和双燃速固体火箭发动机零维内弹道能量方程,并指出一些有关固体火箭发动机原理的教材中给出的单燃速零维内弹道方程在理论上并不严格一致的两个原因:一是忽略了发动机点火启动过程中燃烧室内的温度变化;二是忽略了因推进剂燃面退移控制系统所做的容积功.在一个算例中,教材中的内弹道方程计算出的点火启动时间比本文方程计算出的时间约长40%,说明不宜忽略点火启动过程中燃烧室内燃气温度的变化.     

壁面冷却空气对贫油吹熄特性影响的激光诊断研究

针对燃烧室中冷却壁面的冷却气膜会影响燃烧室内的流场、改变回流区结构,从而影响贫油吹熄特性这一问题,在一带有气膜冷却的旋流燃烧室上开展了不同壁面空气占比下的贫油吹熄极限测量。结果表明：壁面冷却空气占比达到0.2时,不同燃油流量下,以全局空气流量计算,燃烧室吹熄当量比降低的范围在0.09～0.1之间;以主流空气计算,吹熄当量比降低范围在0.01～0.028之间。为了更加深入研究这一规律的原因,开展了平面激光诱导荧光(PLIF)激光诊断测量,可知引入壁面冷却空气后,OH基更集中分布在靠近燃烧室底部的火焰根部。在稳定火焰工况中,与近吹熄火焰相比,在燃烧室底部附近的火焰中央有大量OH基分布,这将有助于火焰的稳定,并拓宽贫油吹熄极限。米氏散射实验结果表明,引入壁面冷却空气后可使燃油液滴更集中分布在燃烧室底部附近,这将导致根部火焰局部当量比提高,易于形成稳定的火焰。结合所得实验结果,在所使用的旋流模型燃烧室内,加入占比为0.2的壁面冷却空气,可以拓宽燃烧室的贫油吹熄极限,有助于火焰的稳定。研究结果有望对带有冷却气膜的燃烧室的燃烧稳定性调控问题提供一定的理论指导。     

紊流型燃烧室内气流研究

用油流法和激光多普勒技术，对直喷式柴油机紊流型燃烧室内的宏观壁面流谱和 燃烧室内紊流强度进行了观测研究；分析论证了紊流型燃烧室比普通ω型燃烧室具有 更强的紊流强度．     

G4135柴油机辐射多区多维模型（Ⅱ）

提出了一种计算ω型燃烧室火力面辐射热流一分布的数学方法，计算时用蒙特卡洛法不直接求解辐射能量方法的多重积分，而是通过构造概率模型计算积分的统计值，它能很好地用于计算复杂的形体的空间辐射角系数，结合缸内辐射多区多维模型，将ω型燃烧室了数学逼近处理，给出了缸内辐射热流量分布的计算结果。     

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，     

天然气同轴分级燃烧室污染物生成及预测

针对天然气燃气轮机污染物预测难度大的问题，该文基于数值模拟方法研究了燃烧室头部旋流数、分级面积比、分级轴向距离等典型因素对污染物生成的影响，在此基础上提出了基于神经网络的燃气轮机污染物预测模型。研究结果表明：头部旋流数、分级面积比增大会导致燃烧室内部最高温度升高，NO_x排放增多，而CO排放无明显变化；所构建的神经网络预测模型预测结果与数值模拟结果吻合，其中预测NO_x平均误差为4.58%, CO平均误差为0.97%,证实了神经网络模型预测燃气轮机污染物排放可行且准确。     

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.     

H2O/CO2污染对煤油燃料超声速燃烧影响数值研究

在纯净空气与H₂O/ CO₂污染空气来流对比试验结果基础上,采用数值计算方法和化学动力学方法,研究了H₂O和CO₂污染组分对煤油燃料超声速燃烧的影响,获得了试验手段难以得到的燃烧室流场参数和性能数据。完成了相应的煤油燃料超声速燃烧室二维数值计算,其中匹配了进口总温、总压、马赫数、氧气摩尔分数和工作当量油气比。将数值计算结果与相应试验测量值进行了对比分析,并结合燃烧室流场数据、性能参数分析了H₂O和CO₂污染的动力学影响、以及对燃烧室性能的影响。研究表明:(1)数值计算结果与实验测量值总体上吻合,两种手段均体现了纯净空气来流时不同煤油当量油气比的燃烧室性能,并反映了一致的“污染效应”影响趋势；(2) H₂O污染、H₂O+ CO₂污染的存在降低了煤油燃料超声速燃烧室性能,体现在燃烧诱导压升、燃烧效率、流向冲量增量的下降,而且随着污染组分含量的增加,燃烧室性能下降越加显著。 