火焰筒扩张角与旋流匹配对燃烧特性的影响

为研究旋流器流量分配对干式低排放(Dry Low Emission,DLE)燃烧室燃烧特性的影响规律,针对单头部中心分级旋流燃烧室,以天然气作为燃料,在保持旋流数不变的前提下开展两级旋流器不同空气分配比例下的试验测试和数值模拟,获得不同结构参数条件下燃烧室的综合燃烧性能以及污染物排放等变化规律。研究表明：随主燃级/预燃级旋流器流量比增大,燃烧室中心回流区变小、回流区长度变短;预燃级局部当量比的增大造成燃烧室出口CO排放增加,主燃区燃烧加剧,热力型NOx排放也增加;同时,燃烧室中心高温区域向燃烧室出口方向扩张,出口温度分布均匀性变差。     

空气旋流数对甲烷燃烧NOx生成影响数值模拟研究

为研究甲烷-空气非预混燃烧下空气旋流数对流动特性、温度分布及其对污染物NOx生成的影响,利用CFD软件,采用标准的k-ε湍流模型、P-1辐射模型和涡流耗散模型进行数值模拟。结果表明：空气旋流数从0提高到0.8的过程中,形成的中心内回流区会强化燃料和空气混合,中心火焰向燃烧室两侧逐渐扩散,火焰长度变短,且高温区移动到燃烧室的前端,局部高温的产生得到了抑制,燃烧室内的温度场更加均匀,进而导致NOx生成量的下降。同时研究燃烧器几何尺寸对气体停留时间及NOx排放浓度的影响,发现缩小空气入口孔隙半径r和燃空径向隔板间距L会导致气流速度增大,促进反应更快地弥散到整个空间,能够进一步抑制NOx的产生。     

过量空气系数及旋流数对天然气燃烧特性的影响研究

针对天然气在O2/N2氛围下扩散燃烧时,过量空气系数和旋流数对WNS型燃气锅炉燃烧室内的温度分布、速度分布及NOx生成的影响,利用CFD软件,采用标准k-ε湍流模型、P-1辐射模型和涡耗散模型进行数值模拟。基于旋流对流动特性的影响,采用旋流数S来表示入口空气的旋流强度。结果表明：在过量空气系数α从1.0增大到1.3的过程中,火焰直径逐渐变小,排烟温度降低,燃烧室出口处NOx的质量分数逐渐减小;在空气旋流数从0提高到0.8的过程中,燃烧室内形成了中心回流区,火焰的径向流动分布逐渐改善,燃烧室内的温度分布更加均匀;旋流燃烧的火焰中心轴线温度分布高于直流射流燃烧,提高空气旋流数可以有效降低NOx的质量分数。     

基于反扩散火焰的低NOx旋流燃烧器数值模拟

采用非预混稳态小火焰模型（Steady Flamelet Model,SFM）耦合110步甲烷燃烧简化机理和Realizable k-ε模型对反扩散-旋流低氮燃烧器进行模拟,对比分析了不同旋流角度（30°,45°和60°）及过量空气系数（1.05,110,115和1.20）下燃烧时燃烧室内各截面轴向速度分布、中心截面温度及NOx质量浓度分布。详细研究了燃烧室内天然气与空气的燃烧特性及NOx的排放规律。模拟结果表明：随着旋流叶片角度逐渐增大,燃烧室内回流作用逐渐增强,导致火焰长度变短、燃烧室内最高温度及出口NO质量浓度逐渐降低;在旋流叶片角度为60°时,出口NO质量浓度仅为114 mg/m3;随着过量空气系数逐渐增大,火焰末端温度逐渐提高,导致燃烧室出口NO排放量逐渐增大;在过量空气系数为1.2时,出口NO质量浓度达到294 mg/m3,相比于过量空气系数为1.05时,其NO排放量增加153%。     

旋流数对某环管型燃烧室内燃烧及NOx生成特性的影响

采用数值模拟的方法对主喷嘴不同旋流数下某重型燃气轮机环管型燃烧室内流场、温度场和热力型NOx生成规律进行分析。结果表明：燃烧室内主喷嘴出口形成主回流区,根部贴近壁面处形成外部回流区;值班喷嘴出口处形成中心回流区;值班喷嘴出口扩散火焰区域与外部回流区温度较高,热力型NOx生成速率明显加快;旋流数增大,主回流区范围增大,外部回流区范围减小,中心回流区消失;燃烧峰值温度略有降低,高温区范围明显减小,热力型NOx生成速率降低;适当增大主喷嘴旋流数有利于控制NOx排放。     

燃气轮机燃烧室内NOx生成影响因素的数值研究

低NOx燃气轮机燃烧室的燃烧特性受到旋流的强烈影响，旋流特性的分析对燃烧室的设计和优化具有非常重要的作用。本文对燃气轮机燃烧室的旋流燃烧流动，应用商用程序FLUENT进行了数值模拟，并分析了旋流数、压强、湍流度对燃烧室内燃烧特性和NOx生成特性的影响。模拟结果表明，随着压强的增加，NOx排放逐渐增加，随着燃料入口湍流度的增加，NOx排放将减少，而随着旋流数的增加，NOx排放先是增加而后减小，同时，NOx随压强变化呈指数规律变化，但不同的燃烧组织形式对指数值有较大的影响。     

旋流强度对F级燃气轮机燃烧稳定性影响分析

旋流器是目前燃烧室中常用的稳定火焰的结构,主要通过气体经过旋流器后在下游形成的回流区来稳定火焰。一般采用旋流数表征旋流器的旋流强度。旋流数一方面会影响空气和燃料的掺混,另一方面会影响回流区的尺寸,从而对火焰的长度和稳定性产生影响。针对某重型燃气轮机的燃烧器,采用数值模拟的方法分析了旋流数变化对热态温度场的影响,同时采用三维有限元方法分析了旋流数对燃烧稳定性的影响。结果表明:旋流数增加,会使得火焰更加紧凑,长度缩短,同时使得燃烧室二阶周向模态稳定性恶化,不稳定的风险增加;降低旋流数会使得火焰长度增加,轴向模态稳定性恶化。该研究结果可为类似机组的相关设计研究提供参考和借鉴。     

火焰稳定器对直喷式燃烧室污染物生成影响的研究

研究了不同火焰稳定器对直接喷射式燃烧室燃烧和污染物排放的影响.实验中所用的火焰稳定器为30°、45°和60°旋流角的旋流器和三种开孔率不同的多孔板.采用Testo360燃气测试仪测量不同工况条件下相应的燃烧室出口温度,以及NOx和CO生成量.通过对采用不同火焰稳定器燃烧室所得到的燃烧与排放性能的分析比较,得到了多孔板的开孔率和旋流器的旋流角度对污染物排放的影响结果.     

某1.2MW小型燃气轮机用DLE燃烧室的设计和试验

燃气轮机满足排放要求的关键是低污染燃烧室的研制。本文以项目组研发的适用于某MW级小型燃气轮机的低污染燃烧室为研究对象,针对研发过程中的原型燃烧室结构在整机实验中存在的问题进行分析,在整体结构尺寸、燃料及点火器布置方式、旋流器设计及掺混孔设计提出改进措施并进行了常压试验,采用单旋流器能够避免因为多旋流器之间流体流动相互影响造成的动力学不稳定现象;同时,点火器的插入位置会影响主燃区火焰分布,不当的结构误差会造成额外回流燃烧区,导致壁面局部高温区,增大NOx排放。最后利用数值模拟,从出口均匀性方面,验证了改进后结构的可行性。     

大气温度对某型燃气轮机燃烧稳定性和 NOx排放影响的数值研究

为了对比扩散和预混两种不同燃烧模式下大气温度对燃气轮机燃烧稳定性和NO_x排放的影响规律,针对某重型燃气轮机燃烧室,对多旋流喷嘴燃烧室的燃烧稳定性和NO_x排放进行了数值研究。结果表明:对于扩散燃烧,大气温度升高,燃烧室内高频脉动增强,燃烧稳定性变差;对于预混燃烧,大气温度升高,有利于提高燃烧的稳定性;在扩散燃烧模式下燃烧室燃料喷嘴下游回流区的温度最高,NO_x生成量最大;预混燃烧下燃烧室头部温度分布较均匀,燃烧室NO_x生成主要集中在驻涡回流区和燃烧室中下游位置,燃料喷嘴下游回流区NO_x生成量很小;随着大气温度的升高,扩散燃烧和预混燃烧下燃烧室内NO_x的生成量均增加。研究结果可为指导燃气轮机运行提供参考。     

旋流器安装角对低旋流燃烧流场的影响

分别采用粒子速度影像（PIV）技术和数值模拟方法研究低旋流燃烧器出口下游冷态流场,分析旋流器安装角对低旋流流动结构的影响．结果表明：旋流器安装角与流场中产生回流区时的临界旋流数无关,高旋流与低旋流的分界点约为0．47;安装角较大的旋流器下游流场的发散角和低速区较大;随着轴向距离增大,中心轴线上无量纲轴向速度衰减很快,并且两个旋流器的衰减速率基本相当,左右有两个峰值,安装角较大的旋流器两个峰值衰减速率较大并且峰值之间的距离增大幅度较大;径向速度随着中心射流流速的增大而增大,安装角较大旋流器的径向速度较小;旋流器安装角为40°时后方的流场具有较高的湍动能,火焰传播速度更高．     

采用可变斜轴涡流系统的四气门汽油机缸内斜轴涡流特性的试验研究

研制了一种四气门汽油机可变斜轴涡流系统,在稳流气道试验台上研究了该系统对进气道流通特性和斜轴涡流特性的影响。研究结果表明,在任意可变斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角情况下,流通系数和无因次斜轴涡流比随着阀片开度的增大而逐渐减小。当斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角、阀片开度为0°时,流通系数达到最大值为0.82,流通系数调节范围为0.13~0.82。当斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角为30°、阀片开度为0°时,斜轴涡流强度达到最大值为0.54,斜轴涡流比调节范围为0~0.54。当斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角为30°、阀片开度为0°时,斜轴涡流倾角达到最大值为86.8°,斜轴涡流倾角调节范围为0°~86.8°。     

涡流特性对汽油机燃烧压力循环变动的影响

利用所研制的四气门汽油机可变斜轴涡流系统,在稳流气道试验台上研究了该系统产生的涡流特性,并在发动机试验台上利用CB-466燃烧分析仪研究了涡流特性对缸内燃烧压力循环变动的影响.研究结果表明,低转速时,平均指示压力循环变动率随涡流比的增加逐渐减小,涡流比为0.43时的平均指示压力循环变动率最小,与涡流比为0.26时的平均指示压力循环变动率相比减小了8.2%.中等转速时,平均指示压力循环变动率随涡流比的增加而逐渐增加,当涡流比达到0.39时,平均指示压力循环变动率最大,与涡流比为0.26时的平均指示压力循环变动率相比增加了20.5%.低负荷时,平均指示压力循环变动率随涡流比的增加变化较为显著,但随着负荷的增加,变化的幅度逐渐减小.     

柴油机进气涡流调节形式及阀板尺寸对进气特性的影响

设计了Z1132柴油机带涡流调节阀的双进气道,并在稳流气道试验台上对该组气道进行了试验。分析了新设计的进气道流量系数和涡流比随调节形式及阀板尺寸的变化规律。试验结果证明,转阀具有导向作用,采用转阀对进气涡流进行调节比用挡板具有更大的调节范围。     

旋流数对旋流煤粉燃烧器NOx生成影响的研究

用数值模拟方法研究了旋流数改变对旋流燃烧器煤燃烧N0x生成的影响，给出了热N0x和燃料N0x生成的详细信息。预报结果表明，当二次风旋流数从0．204增加到0．414时，可以降低燃烧器出口区域燃料N0x的生成，同时可以保持煤粉颗粒较高的燃尽率，另外，模拟结果也表明，燃烧器出口区域的N0x生成主要是由燃料N0x的生成机理来控制，因此，适当提高旋流燃烧器的旋流数可以提高燃烧效率，降低N0x的生成。     

一种新型旋流燃烧器的工作特性研究

提出了一种具有新型结构的浓淡式旋流燃烧器,其出口射流由浓淡一次风、内外二次风组成,喷口为特制结构.采用热线风速仪对燃烧器模型出口空气动力场参数进行了测试,同时以颗粒捕集法为手段对一次风粉混合物在经过燃烧器后的气固分离效果进行了试验研究.结果表明：新型燃烧器具有优越且稳定的空气动力场,能够强化回流,提高轴线附近湍动度水平,有利于改善着火条件,抑制NOx污染物的形成;煤粉浓缩装置对实现浓淡分离的作用显著,燃烧器出口浓淡比可达4∶1以上.     

旋流预混合燃烧器基本性能的冷态试验研究

针对多联产系统中热值较低、成份可变的弛放气和粗煤气的燃烧利用,设计了可调旋流强度预混合燃烧器来获得弛放气和粗煤气的高效、低污染稳定燃烧.利用电子微压计和热线风速仪分别对影响燃烧器阻力特性及喷口旋流强度的各个因素进行了冷态试验研究,得到了各种因素对旋流燃烧器基本性能的影响规律.结果表明:对于30°、45°、60°倾角的旋流叶片,燃烧器进入第二自模化区的临界雷诺数为11 000,对应的阻力系数分别为0.209、0.269、0.428;对于3种倾角旋流叶片,当芯管离开喷口缩口断面的无量纲距离不小于0.25~0.5时,喷口处气体旋流强度不再改变.     

汽油机可变涡流进气管对缸内涡流特性的影响

研制了一种阀片式可变涡流进气管,采用嵌入该结构的1.4 L汽油机三维模型,分析了汽油机可变涡流进气管对进气流通特性和缸内涡流特性的影响.计算结果表明,该结构可以对缸内涡流运动强度进行调节,能够使进气终了涡流比最大达到1.8;随着涡流强度增大,流量系数减小,满足了发动机不同工况对于流量系数和涡流运动的要求.经过稳流试验验证,计算结果与试验结果吻合较好.     

外二次风旋流数对燃烧室内湍流燃烧与NOx生成的影响

建立了采用分级进风方式的旋流燃烧室实验装置。在此实验装置上分别对天然气进行了湍流旋流燃烧的实验研究。在保持过量空气系数不变的条件下,测量了在不同外二次风旋流数下,燃烧室内烟气的时均温度场,O2,CO2,CO和NO浓度场的分布。由实验结果分析讨论了二次风旋流数对旋流燃烧室内湍流燃烧及NOx生成的影响。     

Effects of Prandtl number on three‐dimensional mixed convection in a horizontal square duct with heated and cooled side walls

We examined the effects of Prandtl number on three‐dimensional mixed convection in a horizontal square duct with heated and cooled side walls numerically. Non‐dimensional governing equations were solved for Re = 100, Pr = 0.1–10, and Ri = 36.44 by the SIMPLE method. The numerical results show that the swirl flow was generated along the flow direction, and its pitch lengthened with the increase of Pr. We also examined the strength of swirl flow using the swirl number, S, and we discuss heat transfer behavior as it corresponded to the flow. Heat transfer was promoted by the swirl flow with all Pr, and the optimum value existed within these Pr. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/htj.20319