燃气轮机燃烧室燃烧气体燃料的数值模拟

采用数值模拟方法对燃气轮机环形燃烧室燃烧天然气、中低热值燃料进行燃烧性能的数值分析。根据该燃机的结构特点建立了包括扩压器、机匣等部件计算几何模型;计算中采用SIM-PLE算法,可实现k-ε双方程湍流模型,六通量辐射模型、非绝热概率密度函数(PDF)燃烧模型及热力型NO模型对其进行燃烧数值模拟,分析了燃气轮机环形燃烧室燃烧3种燃料性能。计算结果表明:该燃机燃烧天然气、中热值燃料燃烧性能均能达到设计状态,而燃烧低热值燃料燃烧室出口温度较低,表明燃烧过程的数值模拟可为进一步优化燃烧室的结构,改善流场结构提供有用的设计依据,适合于工程应用。     

船用燃气轮机燃烧室三维冷态湍流数值模拟

对某种船用工业燃气轮机燃烧室中的三维冷态流场进行了数值模拟，此燃烧室具有突台结构，并且燃烧室的入口切向速度分布沿着半径方向是线性的，在计算中采用了改进的κ-ε双方程湍流模型，数值模拟的结果和实验数据进行了比较，结果符合较好，另外，分析了燃烧室内的旋流，回流等流动特性，对于燃烧室的设计与优化工作起到了辅助作用，对燃烧室三维冷态流场数值模拟的成功计算对于今后对燃烧室热态问题进行数值模拟打下了基础。     

某重型燃气轮机燃烧室三维流场数值模拟

以某重型燃气轮机为原型,以该燃气轮机燃烧室为研究对象,采用数值模拟的方法对燃烧室内冷态流动展开研究。研究结果表明:气流在环形燃烧区和中心燃烧区都能形成良好的回流,旋流器能够很好地组织燃料的旋流;在燃烧室头部的主燃区中,CH_4气体主要集中在旋流器后方的一个小区域内;在燃料喷嘴后方存在一个缺氧区,除此区域之外,氧气浓度均较高。由此证明,在该燃烧室内燃料与氧气能充分混合。     

模型燃气轮机燃烧室三维反应流数值模拟

对一种模型燃气轮机燃烧室中的三维反应流进行了数值模拟。模型燃烧室的燃料是CH4，燃烧类型是预混燃烧。在数值模拟过程中，湍流场的计算采用了κ-ε双方程湍流模型；燃烧模型采用EBU漩涡破碎模型；在计算化学反应时采用了简单化学反应系统假设。另外在数值模拟过程中考虑了辐射问题，具体采用六通量辐射模型。通过数值模拟给出了速度、压力、温度、焓值、燃料分布、含氧量、燃烧产物、燃料空气混合比、湍流粘性系数、湍流耗散动能、以及空间3个方向的辐射热通量等变量的分布情况。对计算结果进行了分析，由分析可以验证数值模拟结果的准确性。并对模型燃烧室进行三维反应流数值模拟的工作为今后对实际燃烧室反应流的数值模拟打下了一定的基础。     

柱状燃烧室内旋流喷雾过程的数值模拟

采用Eulerian-Lagrangian方法对不同空气旋流强度下柱状燃烧室内的旋流喷雾过程进行了数值模拟.空气旋转射流将诱使燃烧室内产生中心回流区和角回流区,随着旋流数S的增大,中心回流区呈轴向缩短、径向膨胀的趋势,而角回流区则逐渐减小.喷雾射流与中心回流边界层内,存在强烈的动量交换,随着轴向距离的增加,两相平均速度由多峰分布逐渐转变为单峰分布;随着旋流数S的增大,中心回流对喷雾射流的压迫作用有所减弱.旋流数S过小将造成小颗粒碰壁、燃料高浓度区集中于燃烧室前部,旋流数S过大则导致大颗粒穿透混合边界层、燃料高浓度区严重后移,都可能恶化燃烧效果.对于气泡雾化喷嘴,选取S=1.41的旋流配风装置可以取得良好的空气/液雾混合效果.     

环形燃烧室点火过程的实验与数值研究

对多喷嘴旋流环形燃烧室的周向点火过程进行实验研究和数值模拟. 数值方法采用非稳态雷诺平均(RANS)、自适应网格加密(AMR)方法和加州大学圣迭戈分校（UCSD）详细反应机理. 将数值模拟所得的火焰周向联焰、合焰和放热率与实验结果进行对比. 结果表明,数值计算所得的火焰周向传播过程与实验中高速相机记录的火焰传播过程整体相符. 计算所得的火焰面积和放热率变化与实验所得的积分亮度变化曲线较符合. 实验和数值结果均表明,在点火过程中存在拱形火焰、周向传播模式以及不对称的火焰汇合. 所采用的数值方法能够基本模拟环形燃烧室中的火焰传播过程. 与实验相比,数值计算能揭示更多流场和火焰传播的细节,但是数值结果依赖于实验的标定.     

某型发动机燃烧室流量分配计算方法

流量分配是燃烧室设计、研制中的关键问题之一,分别采用有效面积法、流阻法完成了某环形燃烧室流量分配理论计算,并采用数值模拟的方法对其适用性进行了分析。结果表明:有效面积法及流阻法计算简化条件基本可以得到满足,计算结果可以信赖。有效面积法虽做了较多简化,但由于多年的工程积累,精度上与更复杂的流阻法相差不多,更适于燃烧室设计初期及现场试验使用。     

RQL模型燃烧室流动场的数值研究

研究低污染燃烧富油燃烧/快速淬熄/贫油燃烧(RQL)技术,根据其技术关键点设计初步的模型燃烧室。并对孔位置和淬熄段的流动面积对流场影响进行数值模拟,同时根据模拟结果对燃烧室进行了优化设计;得出孔位置在z=100mm到120mm处较好,缩颈结构有利于NOx减低。计算中入口边界参数采用质量流量入口,考虑了湍流化学反应、热辐射等模型。     

双台阶超燃冲压发动机燃烧室流场数值模拟

采用RNGκ-ε湍流模型以及有限速率化学动力学模型,求解了二维Navier-Stokes方程,分别以氢气和乙烯为燃料数值模拟了具有双台阶单凹槽的超燃冲压发动机燃烧室的流场,并与试验数据进行了对比。计算结果表明:双台阶下游和凹槽处出现了有利于燃烧和火焰稳定的回流区;在隔离段入口马赫数2.0左右时,该燃烧室可以实现在亚燃和超燃两种模态下工作,燃烧效率在0.7以上;数值模拟壁面压力分布的结果与相应的试验结果吻合良好。     

旋流塔板上气体流场的数值模拟

采用二方程ｋ－ε湍流模型，以实验数据确定入口条件，用ＳＩＭＰＬＥ算法对旋流塔板上气体的速度场及静压场进行了数值计算。其结果与实验值吻合良好，表明数值模拟可用来预测较实验更为详细的气流运动特点。     

Numerical investigations on effects of bluff body in flat plate micro thermo photovoltaic combustor with sudden expansion

In order to reveal combustion characteristics of H_2/air mixture in a micro-combustor with and without bluff body, the effects of inlet velocities, equivalence ratios and bluff body's blockage ratios on the temperature field, pressure of the combustor wall, combustion efficiency and blow-off limit were investigated. The numerical results indicate that the sudden expansion plate micro combustor with bluff body could enhance the turbulent disturbance of the mixed gas in the combustion chamber and the combustion condition is improved. Moreover, a low-speed and high temperature recirculation region was formed between the sudden expansion step and the bluff body so that the high and uniform wall temperature(1000 K) could be gotten. As a result, it could strengthen the mixing process, prolong the residence time of gas, control the flame position effectively and widen the operation range by the synergistic effect of the bluff body and steps. When the blockage ratio ranged from 0.3 to 0.6, it could be found that the bluff body could play a stabilizing effect and expand combustion blow burning limit, and combustion efficiency firstly was increased with the inlet velocity and equivalence ratio, and then was decreased.     

车用柴油机低排放缩口燃烧系统的优化

为了定量评价低排放缩口燃烧室内的气流特性,引入了涡流强度保持性的概念。采用FIRE软件对车用直喷式柴油机低排放缩口型燃烧室内气流的空间分布及其变化规律进行了数值计算,利用计算结果并结合MATLAB软件计算了不同缩口直径燃烧室内的瞬态涡流强度保持性大小,由此评价这种燃烧室的气流特性,并分析不同缩口直径对燃烧室内气流特性及其涡流强度保持性的影响。在此基础上,通过台架试验对比分析燃烧室内的这种涡流强度保持性与喷射系统参数和进气涡流匹配时对柴油机性能的影响。结果表明,采用适当的低排放缩口型直喷式燃烧室结构可有效地组织和控制燃烧室内气流分布规律及其强度,而且对于这种燃烧室结构存在着最佳的喷射位置和进气涡流比,从而在动力性和经济性基本保持不变的条件下可有效地改善柴油机的排放特性。     

高温空气燃烧器的数学模拟

利用数值模拟软件分析了一种新型高热值燃烧器在高温低氧空气条件下的燃烧情况。同一般天然气燃烧器相比,这种燃烧器既能产生二段燃烧,又能促进一定量的烟气回流。模拟分析表明：这种高热值燃烧器不仅具有较高的温度水平,温度场均匀,而且燃烧效率高,NOx的生成量较低,达到节约燃料和降低污染的综合效果。     

柴油机缸内过程的三维数值模拟

以不稳定性理论为基础为描述油滴破碎过程,以粘附、反弹／粘附和飞溅／附壁射流3个相互重叠的过程来描述喷雾碰壁,建立了燃油喷雾模型。将燃烧划分为低温着火、高温预混燃烧和相关火焰微元扩散燃烧3阶段建立了燃烧模型。开发了微机化三维模拟计算程序,在微机上对涡流室式柴油机的空气运动、喷雾和燃烧全过程进行了数值模拟。     

发动机涡流室连接通道对空气流场影响的模拟研究

应用FLUENT软件,对S195型涡流室柴油机的压缩过程进行三维数值模拟,获得了涡流室内气体的速度与温度变化规律.通过对比分析研究了不同角度的连接通道对涡流室空气流场的影响.     

燃料分配对燃气轮机燃烧室燃烧特性影响的研究

应用燃烧试验台完成了某重型燃气轮机DLN(Dry-low NOx)燃烧室烧天然气时,燃料分配比例对燃烧特性影响的试验研究。试验结果表明:对于预混-扩散混合燃烧燃烧室,在总余气系数不变的情况下,增加预混燃料比例有利于燃烧室出口温度场均匀性提高,特别是周向温度分布系数(OTDF)对燃料分配比例尤为敏感;仅靠增加预混燃料不能降低NOx含量,预混均匀性是决定NOx的关键因素。这一结论为燃机的设计、改进提供了可靠参考和依据。     

MPI天然气发动机混合气形成过程的数值模拟

采用数值模拟方法，对渐缩形直进气道屋脊形燃烧室多点电喷(MPl)方式天然气发动机中混合气的形成过程进行解析，得到了天然气一空气混合气在气缸内的速度场、浓度场等。结果表明在纵向进气滚流作用下，压缩终了时，缸内混合气明显呈分层构造，在火花塞附近聚集较浓的可燃混合气，实现部分负荷工况下的稀薄燃烧。     

浅形缩口直喷式柴油机燃烧室结构特点及其对排放特性的影响

利用AVL公司的FIRE软件对重型车用柴油机缩口直喷式燃烧室内的气体流动特性进行了数值模拟计算。引入涡流强度保持性的概念 ,计算分析了不同缩口直径对燃烧室内涡流强度保持性的影响。在此基础上 ,对不同缩口直径燃烧室进行了喷射系统参数的优化匹配试验研究。结果表明 :采用缩口直喷式燃烧室结构可有效组织燃烧室内的气流运动 ,并能与喷射系统参数进行优化匹配 ,在保持动力性和经济性基本不变的条件下有效地改善柴油机的排放特性     

浅形缩口直喷式柴油机燃烧室结构特点及其对排放特性的影响

利用AVL公司的FIRE软件对重型车用柴油机缩口直喷式燃烧室内的气体流动特性进行了数值模拟计算。引入涡流强度保持性的概念，计算分析了不同缩口直径对燃烧室内涡流强度保持性的影响。在此基础上，对不同缩口直径燃烧室进行了喷射系统参数的优化匹配试验研究。结果表明：采用缩口直喷式燃烧室结构可有效组织燃烧室内的气流运动，苷能与喷射系统参数进行优化匹配，在保持动力性和经济性基本不变的条件下有效地改善柴油机的排放特性。     

电气设备环境试验室湿度场的数值模拟及优化

电气设备往往需要进行多工况的性能实验,这就需要环境室提供相应的温、湿度、压力等参数变化的实验条件,环境室内流场、温度场、湿度场的均匀性往往会影响实验效果.利用CFD技术对某一电气设备实验用环境室内部流场、温度场、湿度场进行了数值计算和模拟.主要讨论了送风温度、喷入液滴粒径对环境室内湿度场的影响.计算结果表明:送风温度越低、喷入液滴粒径越小,湿度场的均匀性越好;送风速度越大,湿度场则能更快达到稳态.最终给出了在所述计算条件下的送风速度和液滴喷入粒径的优化建议,为环境实验室内的气流组织布置和参数设计提供了一定的理论基础.