焙烧炉新型燃烧器燃烧特性的数值模拟

对一种用于焙烧炉的新型燃烧器的燃烧过程建立了二维旋转轴数值计算模型,采用数值模拟的方法研究了燃气入口速度和喷口与喉部直径比对其燃烧特性的影响.结果表明,燃烧室内最高温度随燃气入口速度增大而升高.当燃气入口速度一定时,随喷口与喉部直径比的增大,火焰形状由梨状变为燕尾状,燃烧室内最高温度先降后升.火焰长度随燃气入口速度的增大而增长,随喷口与喉部直径比的增大而缩短.     

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。     

生物柴油燃烧火焰温度场的实验研究

对生物柴油经由旋流燃烧器在炉窑内燃烧时火焰区域温度场的变化规律进行研究,分析不同过量空气系数和助燃空气温度对火焰区域温度场的影响。研究结果表明:轴线上火焰温度较低,沿轴线远离喷嘴方向变化趋势为先平缓增大,随后快速增长,到达峰值后又迅速回落;增大过量空气系数,火焰高温区长度变短,且逐渐靠近喷嘴,火焰温度分布越来越稳定,局部高温区更集中,沿燃烧方向火焰温度分布向均匀化发展;提高助燃空气温度,火焰整体温度升高,高温区域面积变大,燃烧过程趋于稳定,在垂直方向上火焰上扬趋势越来越明显。     

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.     

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%.      

套筒对烧窑新型燃烧室内电石尾气的燃烧特性

通过建立流动、燃烧和辐射换热三维耦合数学模型，研究电石尾气在套筒对烧窑新型燃烧室内的燃烧特性，并考察过量空气系数对燃烧情况的影响.结果表明，电石尾气燃烧产生的烟气受到挡火墙的阻挡，形成强烈的漩涡，火焰高温区出现在挡火墙的内侧.随着过量空气系数的增加，燃料燃烧率逐渐变大，但即使过量空气系数增大至1.3，燃烧室出口仍有CO剩余，即少量燃料会随烟气流动到窑膛内燃尽.随着过量空气系数的增加，燃烧室出口平均温度先上升后下降.     

内置隔板对微通道内CH_4/air预混燃烧特性的影响

在微尺度燃烧室内布置隔板会引起内部流场和热传递的变化,为分析其对内部燃烧过程的影响,采用CH_4/air预混气进行预混合燃烧试验,对有无隔板2种情况下的着火界限和外壁面温度进行了测试.结果表明:相同CH_4流量下,由于散热量增大,隔板的增加会增大火焰进入通道时的空气量;隔板布置在出口时火焰更容易在燃烧室内传播,且在小流量下火焰的稳定性更好;隔板分割出的通道宽度为2 mm时,在所有当量比下均不能燃烧,隔板间距为4 mm的燃烧室内,火焰的稳定性较好;与采用不锈钢材料对比,采用Pt作为隔板材料能拓宽燃烧室的可燃界限、提高燃烧室外壁面上温度分布的均匀性.     

扩展角对Diamond-Jet型超音速火焰喷涂流场的影响

采用计算流体力学方法对超音速火焰喷涂过程进行数值模拟,研究了扩展角的变化对燃烧场的影响.研究发现扩展角对马赫锥形成的位置具有影响,随着扩展角的变化,马赫锥产生的位置向燃烧室方向偏移,当扩展角为0°～3.0°时,最大马赫数随扩展角度增大而增大.研究了扩展角对Diamond-Jet喷枪的温度场影响,当扩展角为0°～1.0°时,温度随扩展角的增加而降低,燃烧能转化为气体的动能;但是当扩展角度继续增加时,温度不再降低.     

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。...     

不同环境条件下轻油燃烧器火焰结构特性数值分析

为研究低温低压特殊环境下轻油燃烧器的火焰结构特性,运用燃烧学和喷雾学原理,以标准k-ε湍流模型、离散坐标辐射模型和平衡混合分数模型为燃烧单元本构模型,建立了具有圆筒形燃烧室的物理模型并进行计算分析。结果表明,当环境温度为273K,环境压力为0.1 MPa时,在不同截面处,燃烧室内的温度随着与燃烧头距离的增加而逐渐增大,截面处最高温度出现在火焰中心或边缘处;火焰最高温度随着外界温度、压力的降低而减小;火焰长度随着环境压力与温度的降低而增大。     

典型非圆形入口自激抖动射流燃烧器的研究

通过数值模拟与燃烧实验对三种典型的非圆形入口突扩腔体自激抖动射流燃烧器的流动与燃烧特性进行研究,结果表明:自激抖动射流燃烧器相对于普通直流射流燃烧器的火焰具有更高的扩散率和卷吸率;相对于菱形和王字形突扩腔体自激抖动射流,三角形突扩腔体射流混合最快且湍流强度更大,燃烧室内温度分布均匀性也最好,说明在腔体入口面积一定的情况下,燃烧特性(湍动能、火焰长度、温度场等)与腔体入口截面周长之间不存在简单的单调函数关系.     

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。     

过滤燃烧火焰锋面不稳定性的实验研究

实验研究甲烷/空气预混气体在多孔介质燃烧器中燃烧的火焰锋面不稳定特性.结果表明,给定一个初始非均匀预热区域,在当量比为041,流速为042m/s时,在6mm的小球填充床内,火焰锋面由较为规则的对称火焰逐渐演变为倾斜火焰,并最终分裂为上下两个区域.在布置填充床的同时,对填充床进行夯实,降低孔隙率分布不均匀性.在孔隙率均匀的填充床内,初始的非均匀预热区域,使得火焰的传播极其不稳定,最终导致熄火;即使给定初始均匀的预热区域,火焰锋面依然具有一定的不对称性.填充床的结构不均性是过滤燃烧火焰锋面倾斜的主要原因,而初始的不均匀因素将加剧火焰传播的不稳定性.     

不同海拔条件下柴油燃烧火焰温度和碳烟特性研究

为了研究海拔条件对柴油机冷起动阶段柴油燃烧过程的影响,在定容燃烧弹台架上模拟了平原和海拔2000 m工况下柴油机缸内的热力学状态,利用双色法获取了不同工况下柴油火焰温度和表征碳烟浓度的KL因子分布. 结果表明,随着海拔由0 m增加至2000 m,环境温度、压力同时降低产生了耦合作用,导致柴油滞燃期由2.0 ms增大至3.13 ms.海拔升高后,柴油燃烧过程中平均火焰温度降低,局部高温区域消失,KL因子总量减少. 海拔条件变化影响了碳烟特性和火焰温度的关系. 随着海拔升高,火焰温度降低,导致碳烟氧化主导阶段碳烟氧化速率降低,局部火焰温度对局部碳烟浓度的影响减小.      

Flame propagation characteristics and flame structures of zirconium particle cloud in a small-scale chamber

Flame propagating through zirconium particle cloud in a small-scale vertical rectangle chamber was investigated experimentally. In the experiments, the zirconium quoted 99% purity was used and the diameter of particles was distributed 1–22 μm. The zirconium dust was dispersed into the chamber by air flow and ignited by an electrode spark. A high-speed video camera was used to record the images of the propagating flame. Micro-thermocouples, schlieren optical system and microscopic lens were used to obtain temperature profiles and flame structure, respectively. Based on the experimental results, flame propagation characteristics and flame structure of zirconium particle cloud were analyzed. The propagation velocity of the flame is quite slow in the initial 14 ms and then accelerates to maximum value. Subsequently, the propagation velocity of the flame almost keeps constant. The combustion zone width of zirconium particle cloud is 5–6 mm. Smaller particles burn mainly at the leading edge of combustion zone in the width of 1.4 mm followed by larger particles burning 1.4–6 mm behind the leading edge of the combustion zone. Gas phase flame is not seen in zirconium particle cloud and the combustion time of single zirconium particle is 1–5 ms, which depends on its original size. The preheated zone is 7–8 mm thickness ahead of the combustion zone and intensive chemical reaction takes place at 490 K. The maximum flame temperature increases at lower concentrations, reaches the maximum value, and then decreases slightly at higher concentrations.     

空气管出口布置方式对平焰燃烧特性的影响

为了减少CO和NO的排放,采用不同的空气出口布置方式,对平焰燃烧特性进行分析.实验结果表明:四管切圆和三管切圆两种空气出口布置方式都能形成平焰,空气旋流造成的负压区使回流阻力减少,高温炉气回流到焰心挤压在旋流的中央,也促进气流附壁,使燃烧更稳定;随着空气管至烧嘴中心轴线距离的增加,火焰面逐渐扩展,从而降低了燃烧区峰值温度,进而促使CO和NO含量的降低;在相同空气管距离下,四管切圆比三管切圆具有更大的火焰面和更均匀地分布,且峰值温度和CO、NO含量略低于后者.可见采用四管切圆布置方式,并适当增加空气管至烧嘴中心轴线的距离,更适合平焰燃烧器的低氮燃烧.     

喷水对天然气发动机性能影响的数值模拟

通过数值模拟的方法研究喷水技术对重型天然气发动机燃烧和排放特性的影响.结果表明,喷水对天然气的低温反应阶段无显著影响,但是在高温反应阶段,OH自由基的生成速率被抑制,使得没有足够的氧化剂氧化CO,燃烧持续期延长,反应温度降低.随着喷水质量的增加,火焰传播速度减慢,致使燃料放热速率减缓,燃烧的持续期延长,最高温度降低,相位推迟.喷水位置距离燃烧室越近,水雾蒸发吸热降低燃烧室温度的作用越明显,这有利于增加进气过程的缸内充量密度.此外,喷水可以显著降低发动机的热负荷,抑制燃烧室内氮氧化物的生成,从而为天然气发动机的当量比燃烧提供可能性.     

MILD燃烧条件下掺氢比对甲烷-氢气湍流扩散火焰的影响

采用二维轴对称的仿真方法对JHC实验中的第二级MILD燃烧进行数值模拟,研究了燃料体积流量不变时,掺氢比对甲烷-氢气湍流扩散火焰的影响规律.结果表明:随着掺氢比增加,燃料与氧化剂的混合程度逐渐提高,混合气体的总流速及其径向分量不断减小,火焰锋面逐渐向氧化剂侧倾斜,OH自由基的最大质量分数呈现出先上升后下降的趋势;在燃烧温度方面,虽然MILD燃烧主要放热反应区域内的燃烧温度随掺氢比的增加不断增大,但当掺氢比大于20%时,掺氢比的进一步提高对最高燃烧温度影响很小.     

炉膛煤粉空气射流的火焰稳定性分析

本文结合锅炉炉膛煤粉空气射流的流场特征,分析煤粉气流的预热、着火及燃烧过程,提出以炽热燃烧的回流区为研究对象的分析煤粉射流气流火焰稳定的集总分析模型,并用它分析了几种典型的炉膛煤粉射流流场.结果表明,对于任何给定特征尺度的回流区只要满足一定的温度、煤粉浓度及射流速度等条件,就能实现对射流火焰的稳定.     

钝体及开缝钝体燃烧器火焰稳定性对比分析

基于回流区中煤粉挥发分释热点燃主气流实现火焰稳定的集总分析模型，导出使煤粉气流火焰稳定的最小口流区长度、最大允许的主气流流速及极限最大可用挥发分释热量的表达式，并以此为准则对钝体及开缝钝体燃烧器的火焰稳定性能进行了对比分析．研究表明，在相同条件下开缝钝体燃烧器有优于钝体的火焰稳定性能．同时在通道流场燃烧器上对几种煤粉进行了两种燃烧器的燃烧性能实验，其结果与理论分析一致．