空气分级比对同轴分级燃烧室性能参数的影响

为掌握同轴分级燃烧室性能参数随空气分级比(主燃级空气流量的比值)的变化规律,以某同轴分级燃烧室为研究对象,数值分析了空气分级比对燃烧室的燃烧效率、总压损失、出口温度分布、污染物排放和绝热壁面最高温度的影响。结果表明：空气分级比主要会改变角涡位置的燃烧温度和高温烟气的停留时间;随着空气分级比的升高,燃烧室总压损失、出口温度分布系数、NO_x排放、绝热壁面最高温度逐渐升高,但燃烧效率、CO污染物排放、径向温度分布系数对空气分级比不敏感;在同轴分级燃烧室设计中,在保证燃烧稳定的前提下可采用较小的空气分级比以实现燃烧室高效、低阻、低污染燃烧。     

模化试验中空气温度对贫燃预混燃烧室性能影响的试验与分析

为了分析某燃气轮机燃烧室入口空气温度对燃烧室性能的影响,利用低压模化试验台,对某型低排放贫燃预混燃烧室进行了不同入口空气温度下的低压模化试验。结果表明:燃烧室入口空气温度变化不会改变火焰筒壁温分布规律;对于燃烧室出口温度场,入口空气温度变化对出口温度分布系数有一定影响,温度分布系数(Overall Temperature Distribution Factor,OTDF)呈现先降低后升高趋势,入口空气温度420℃时,试验测得OTDF为最小值,但温度分布云图大致类似;对于污染物排放,入口空气温度升高会增多NO_x的形成。     

微型燃气轮机燃烧室流场数值分析与试验研究

采用CFD方法对微型燃气轮机蒸发管燃烧室进行结构设计和流场分析,采用试验方法进行验证,主要考查设计点状态下的燃烧效率、压力损失、燃烧室出口温度场分布不均匀系数F_(OTD)与出口温度场径向不均匀度F_(RTD)。对比分析燃烧室出口温度的CFD与试验结果,二者吻合较好。试验表明:该燃烧室燃烧效率为99.6%,压力损失为4.3%,出口温度平均后的F_(OTD)为0.102,F_(RTD)为0.067。     

辅助动力装置全环形燃烧室燃烧性能试验研究

针对某型辅助动力装置全环形燃烧室开展了整机燃烧性能试验研究。采用温度耙测量全环形燃烧室出口温度分布,研究不同进口温度和油气比条件下辅助动力装置燃烧室整机燃烧性能。试验结果表明:随着进口温度和油气比的增加,燃烧室出口温度相应增加,但温度分布规律基本保持不变,出口温度分布系数(OTDF)小于0.2,径向温度分布系数(RTDF)基本小于0.1,而燃烧效率和燃烧室进出口压力损失系数增加;随着进口总温的增加,燃烧室贫油熄火油气比逐渐减少(余气系数增加),但燃烧室的贫油熄火余气系数均大于13。     

初始条件对燃气轮机DLE燃烧室性能影响研究

以单头部中心分级旋流干式低排放(Dry Low Emission, DLE)燃烧室为研究对象,以天然气为燃料,针对不同的全局当量比、进口温度、进口压力条件开展试验测试和数值模拟,研究燃烧室的燃烧性能以及污染物排放的变化规律。研究发现：随全局当量比增大,中心回流区长度略有增大、宽度变窄、回流速度增大,燃料量的增加使得高温区面积明显扩大,燃烧室出口温升明显增大,出口温度分布系数变化不大,燃烧室出口CO和NO_x排放摩尔分数明显增大;随进口温度的增大,中心回流区长度先明显增大再减小、宽度变窄、回流速度先增大再减小,进口空气温度的升高使得反应速率加快从而导致燃烧室出口温度升高,但温升、出口温度分布系数变化不大,CO和NO_x排放摩尔分数增大;随进口压力的增大,中心回流区长度、宽度略有增大,回流速度增大,燃烧室内部和燃烧室出口温度无明显变化,出口温度分布系数减小,CO和NO_x排放摩尔分数受影响较小。     

中心分级高温升燃烧室的油气掺混特性

针对超高温升燃烧室的需求,设计了一种基于中心分级燃烧方案的主燃级组合式旋流器头部结构.借助数值模拟,从油气掺混特性角度分析比较了主预级旋向和主燃级燃油喷点径向位置对燃烧室性能的影响.研究结果表明:主预级同旋布置加强了燃烧室内的油气掺混,降低燃烧室出口径向温度分布系数;增加主燃级燃油喷点的径向高度,显著改善了主燃级通道和燃烧室内的油气掺混,提高了燃烧效率并降低燃烧室出口温度分布系数,但同时导致油气掺混径向不均匀位置偏移,造成燃烧室出口径向温度分布系数增加.     

燃气轮机燃烧室故障分析及试验研究

按等容积流率的燃烧室模化试验相似准则,对某型燃气轮机燃烧室火焰筒联焰管附近主燃孔出现裂纹的故障原因进行了试验研究,验证了火焰筒局部温度过高导致的热应力是故障发生的根本原因。在此基础上,对燃烧室火焰筒和喷嘴进行了结构改型设计,并进行了原型与改型喷嘴和改型火焰筒的燃烧室模化试验。试验结果表明,火焰筒和喷嘴的改型设计可减小火焰筒壁面温升系数及其温度梯度,改善燃烧室出口温度分布及其熄火特性,其中火焰筒最高壁温温升系数可减小5.3%,出口温度分布系数由0.178降至0.154,熄火油气比由0.003降至0.001,而燃烧室出口径向温度分布特性和设计启动状态下的点火特性基本不变。     

混合叶片吸力面径向槽对燃烧室性能影响的数值研究

为了分析混合叶片吸力面上的径向槽对超紧凑燃烧室性能的影响,基于Wilson混合叶片的试验,设计了6种不同二次气流量的工况,利用FLUENT软件的Realizable k-ε湍流模型、混合分数/概率密度函数(PDF)燃烧模型、离散坐标(DO)辐射模型和离散相模型对燃烧室的流动及燃烧进行数值模拟。结果表明:随着二次气流量的增加,燃烧环内压力和离心力逐渐增大;二次气流量的变化对燃烧效率影响较小,对出口燃气温度分布系数、压力损失和出口污染物排放量影响较大;叶片径向槽起到了迁移环内燃烧产物和进一步掺混燃油和空气的重要作用,改善了出口燃气径向平均温度分布,提高了出口燃气温度场品质。     

某航空发动机燃烧室天然气湿燃烧数值模拟研究

针对某型航空发动机燃烧室,探究将其改造为天然气湿燃烧低污染燃烧室的可行性。采用计算流体力学方法,研究了压力(1～2.33 MPa)、空气预热温度(510～790 K)及加湿比例(0～2.0)对温度分布、污染物排放的影响。通过Chemkin软件进行参数化计算,对全局当量比进行补偿,以确保燃烧室出口温度均达到设计值。计算结果表明:高压工况下,火焰向燃烧室出口方向延伸,导致出口径向温度分布恶化,其中,压力2.33 MPa时NO_x排放量是常压下的10倍;较高的空气预热温度将导致NO_x排放量增加,但同时可能有利于消除局部高温区;NO_x排放量随加湿比例的提高单调下降,但CO质量浓度表现出先降后增的趋势;无当量比补偿时NO_x质量浓度偏差最高达到90.7%;综合考虑NO_x和CO的排放特性,改造后燃烧室最佳燃料加湿比为1.5。     

当量比对涡轮叶间燃烧性能影响的数值模拟

为探究涡轮叶间燃烧性能,设计了4种不同当量比的工况,利用 FLUENT 软件的 Realizable k-ε湍流模型、PDF 燃烧模型、DO 辐射模型和离散相模型对燃烧室的流动及燃烧进行数值模拟.结果表明:燃烧室能在广泛的当量比(2.59~0.81)下保持性能稳定,燃烧效率保持在96%以上、总压损失低于2.4%,气体温度提高650,K 左右;降低当量比,能够提高燃烧效率,降低 CO、UHC、NOx 等污染物排放,改善温度分布,但会造成更大的总压损失;最优当量比等于1.00,此时燃烧效率在99.95%以上,总压损失相对低(1.5%),出口径向温度呈抛物线型分布,最适合燃烧室设计.与文献对比发现,选取的工况合理,其结果对涡轮叶间燃烧室设计具有参考价值     

燃气轮机燃料轴向分级燃烧室的数值分析

为改善燃气轮机燃烧室的火焰筒壁温较高以及污染物排放等问题,提出了在火焰筒的壁面增加二次燃料喷口的轴向分级燃烧模式。利用ANSYS CFX软件并根据化学反应机理计算和分析了燃气轮机轴向分级燃烧室的流场和温度场,并与非分级燃烧室的结果进行了比较。结果表明:增大二次燃料比例可以使火焰筒壁面温度降低、出口污染物质量分数及出口不均匀系数减小,但出口平均温度会随之降低,导致做功能力减小。过量空气系数会影响火焰筒壁温、出口平均温度与NO质量分数。合理的二次燃料比例区间取决于多个条件。     

微型燃气轮机燃油燃烧室燃烧特性的模化试验研究

基于模化试验方法,对设计的100kW级微型燃气轮机燃油燃烧室在额定工况下的性能以及在保持微型燃气轮机燃烧室出口排气温度不变的情况下,改变进口空气温度对燃烧室燃烧特性的影响进行了研究。结果表明,燃烧室燃烧效率达到99%以上,总压恢复系数达到94.5%,出口温度最大不均匀度低于20%,NOx排放指标低于9g/kg,火焰筒壁面温度分布均匀。此外,随着燃烧室进口温度的升高,燃烧效率增大,出口温度最大不均匀度减少,CO和UHC的排放指标明显降低,但总压恢复系数有所降低,NOx排放指标有所升高。     

高速热气流试验系统燃烧室温度性能数值仿真

给出了燃油在高速热气流试验系统燃烧的分布式数学模型,在GAMBIT软件中建立了系统燃烧室的几何模型,并进行了网格划分。为了了解燃油在燃烧室燃烧的性能以及系统燃烧室的出口温度分布,利用计算流体力学仿真软件FLUENT模拟了燃油在燃烧室中的燃烧,分别研究了不同油气比对燃烧室出口温度的影响和不同喷射角度对燃烧室出口温度的影响。仿真结果表明,油气比为理论油气比,喷射角度为30°左右时,燃烧室出口温度最均匀。     

燃气轮机燃油燃烧室改用双燃料流场数值分析

针对燃气轮机燃油燃烧室改成双燃料燃烧室对燃料喷嘴进行一体化概念设计,并采用CFD技术对其双燃料燃烧流场进行数值模拟。针对燃烧室燃用C7H16和裂解气燃料的不同情况,采用标准κ-ε湍流模型、化学平衡条件下的快速化学反应系统和简单概率密度函数（PDF）燃烧模型、液体燃料的喷雾模型以及SIMPLE算法。模拟并对比分析了两种燃料燃烧时的燃烧效率、出口温度均匀性、壁面最高温度以及速度分布等参数随工况变化的趋势,并得出结论：1）不同燃料燃烧时的流场特征基本保持一致;2）裂解气燃料燃烧时,其燃烧效率较高,但出口温度均匀性较差;3）在加入相同焓值的燃料进入燃烧室时,裂解气燃料燃烧得到的出口温度低于燃油的燃烧状态。     

Performance evaluation and outlet load improvement of a rotating detonation combustor with different outlet nozzles

Outlet nozzles for a rotating detonation combustor were designed to meet a downstream turbine and reduce the high pressure and heat load caused by the oblique shock wave at the outlet. The effects of the rotating detonation combustor with two types of outlet nozzles were studied, and the performance and outlet parameters of the combustor were measured at an elevated chamber pressure and preheating temperature based on gas turbine conditions. The results showed that the outlet nozzles could cause changes in the wave collisions and folding of the weak flame front in the detonation formation process, but the basic propagation process was similar to that without a nozzle. The pressure ratio changed from 1.427 in the original model to 1.392 and 1.304 with the two types of outlet nozzles. Meanwhile, the outlet load was greatly improved. The peak values of the static temperature at the outlet dropped by 22.423% and 27.572% with the two types of outlet nozzles compared to the original model. In addition, the peak static pressures dropped by 75.737% and 83.722%, respectively. In addition, the outlet nozzles significantly reduced the unevenness of the outlet static temperature and static pressure distributions. This created a better outlet operating environment, thereby improving the performance of the rotating detonation combustor.     

改烧焦炉煤气后燃气轮机燃烧室的改进

为改烧焦炉煤气,对原来燃用天然气的QD128燃气轮机燃烧室进行了改进,重新设计了能使用焦炉煤气和液体燃料的双燃料喷嘴,修改了火焰筒的头部结构,同时减少了火焰筒内壁掺混孔的进气比例.采用计算流体动力学软件Fluent对燃烧室进行了数值模拟计算,并与燃用天然气的原型燃烧室流场、温度场计算结果进行了对比分析.结果表明:燃烧室头部燃烧区存在明显的空气回流能满足稳定火焰的要求.温度场与原型燃烧室基本一致,出口截面温度场品质(OTDF、RTDF)优于原型燃烧室.     

Hydrogen combustion test in a small gas turbine

Details of the gaseous hydrogen combustion test in a can-type conventional gas-turbine combustor and the operating performance of a 275 PS (202 kW) small gas turbine are provided.Initially, experiments were conducted to determine the configuration of the hydrogen fuel nozzles on a combustor test facility. The kerosene fueled gas turbine combustor was used without modification of the original configuration and dimensions.Secondly, the operation performance of the gas turbine was investigated when the gaseous hydrogen was used as a substitute fuel for kerosene fuel. The kerosene fuel supply system was removed or rendered inoperative and a hydrogen flow metering system was newly installed. The high pressure storage cylinders were used to supply hydrogen to the fuel metering system.Data was obtained on pressure losses of the fuel nozzles, ignition performance, temperature distributions at the combustor outlet, combustion efficiency, liner wall temperature distributions, NO_x emission levels, noise levels, operating performance, etc.     

催化肋片对微燃烧室内燃烧特性的影响

针对带有催化肋片的微燃烧室内部的氢氧预混合燃烧过程,利用CFD计算软件建立数值模型,在实验验证的基础上进行了模拟计算。结果表明:不同流速下,燃烧室内布置催化肋片能提高燃烧室外壁面平均温度以及燃烧效率。在低流速时催化肋片布置越靠近入口,表面催化反应对气相反应的抑制程度越大;肋片位置越靠近出口,燃烧室外壁面平均温度越高。在高流速下,催化肋片位置越靠近出口,表面催化反应对气相反应的促进作用越明显,使得燃烧室外壁面温度分布越均匀、燃烧室出口截面温度越高。     

掺混孔调整对燃气轮机DLN燃烧室性能影响研究

掺混孔是影响燃气轮机燃烧室出口温度分布的重要设计参数.针对多喷嘴DLN燃烧室开展整体数值计算,探讨了掺混孔尺寸调整对燃烧室性能的影响规律.研究表明,减小掺混孔一方面可使进入燃烧室头部的空气量增多,燃烧峰值温度和平均温度显著下降,有利于改善燃烧特性,另一方面削弱了掺混孔射流卷吸效应,使火焰筒金属壁面的高温区范围大幅缩小....