过贫当量比下贫预混旋流燃烧室点火燃烧特性

为确保贫预混旋流燃烧室能在过贫当量比条件下具有良好的点火性能,基于不同的点火燃料比,对贫预混旋流燃烧室在过贫当量比为0.013~0.502条件下的点火燃烧特性进行了实验研究.结果表明:在点火燃料比为10%、15%和20%条件下,贫预混旋流燃烧室能够分别在当量比区间为0.063~0.251、0.042~0.377和0.050~0.502内成功点火,并通过实验结果拟合计算出最小点火当量比分别为0.063、0.039和0.011;而燃烧室在点火燃料比为5%条件下均点火失败;随着当量比的减小,由于空气流量的增加而导致燃烧室出口温升逐渐减小,燃烧室烟气排放中CH4和CO浓度增加,燃烧效率也随之降低;虽然燃烧室在高点火燃料比时能够在更贫的当量比条件下点火成功,但由于过多的空气流量而导致燃烧室燃烧效率降低和污染物排放增多.保持一定的点火燃料流量对贫预混旋流燃烧室在过贫当量比条件下高效快速启动十分有利.     

中心分级贫油直喷(LDI)燃烧室流动及污染排放特性研究

对中心分级贫油直喷燃烧室流动和污染排放特性进行了数值模拟研究,分别在慢车和起飞工况下研究了燃烧室冷态和热态的流动特性,分析了燃烧释热对流场形态的影响,得到了主油喷射角度对污染排放的影响规律。计算结果表明:副模采用旋流角为32°的中等强度旋流仍然能够在冷态和热态条件下形成稳定的中心回流区,但是热态下回流区尺寸和回流量较冷态显著增大;随着主油喷射角度的减小,燃烧反应区向下游方向移动,缩短了高温燃气在燃烧室内的停留时间,有利于降低燃烧室氮氧化物的生成量。     

大加速度场中层流预混火焰流场的数值计算

通过对大加速度场中层流燃烧室流场的数值计算,建立了大加速度场中二维层流燃烧的数学模型,对控制方程组进行离散,采用SIMPLE算法和交错网格设计并调试程序,对丙烷和空气在大加速度场中的预混燃烧过程进行了数值模拟。计算结果表明,沿燃烧室轴线方向的大加速度场确实会对预混火焰的速度场和温度场等产生明显影响。     

大加速度场中层流预混火焰流场的数值计算

通过对大加速度场中层流燃烧室流场的数值计算，建立了大加速度场中二维层流燃烧的数学模型，对控制方程组进行离散，采用SIMPLE算法和交错网格设计并调试程序，对丙烷和空气在大加速度场中的预混燃烧过程进行了数值模拟。计算结果表明，沿燃烧室轴线方向的大加速度场确实会对预混火焰的速度场和温度场等产生明显影响。     

基于Level set的小火焰模型在湍流预混燃烧中的应用

较详细地分析了基于Level set方法的小火焰模型应用于湍流预混燃烧的原理及特点.并且以矩形突扩燃烧室中甲烷/空气湍流预混燃烧为例,应用数值模拟方法计算其组分浓度和温度在火焰内部的分布.计算结果与实验结果吻合良好,这表明此模型能较好地模拟湍流预混燃烧.     

QD128燃气轮机燃烧室NO_x排放分析

为了解决燃气轮机燃烧室NO_x排放预估问题,以QD128燃气轮机为研究对象,应用数值模拟方法研究同种类型燃气轮机燃烧室流动特性、温度分布及NO_x排放规律;然后基于进口压力Pin、空气质量流量ma、主燃区温度Tpz等3个参数拟合NO_x排放预估公式。结果表明,结合数值计算结果得到的NO_x排放预估公式能够有效反应Pin、ma、Tpz对NO_x排放的影响,为轻型燃气轮机燃烧室的设计提供可靠的参考依据。     

混合气形成的多维数值研究

改进设计了高压共轨直喷式柴油机缩口型燃烧室,利用FIRE软件针对不同燃烧室结构对燃烧室内气流特性的影响进行了多维数值模拟。研究了高压共轨喷射系统与缩口直喷式燃烧室匹配时不同喷射参数对燃烧室内流场、浓度场和温度场分布特性的影响,以及混合气形成过程的微观特性。研究结果表明：改进后的缩口直喷式燃烧室能够合理地利用喷雾的动能,提高燃烧室内的气流强度及其保持性,从而加强燃烧开始后燃油与空气的混合能力,促进扩散燃烧过程。因此,合理的燃烧室形状配合喷射时刻和压力的有效控制能在提高发动机性能的同时降低排放,是高压共轨直喷式柴油机实现高效率低排放的有效途径。     

高压共轨直喷柴油机缩口燃烧室内混合气形成的多维数值研究

改进设计了高压共轨直喷式柴油机缩口型燃烧室,利用FIRE软件针对不同燃烧室结构对燃烧室内气流特性的影响进行了多维数值模拟。研究了高压共轨喷射系统与缩口直喷式燃烧室匹配时不同喷射参数对燃烧室内流场、浓度场和温度场分布特性的影响,以及混合气形成过程的微观特性。研究结果表明:改进后的缩口直喷式燃烧室能够合理地利用喷雾的动能,提高燃烧室内的气流强度及其保持性,从而加强燃烧开始后燃油与空气的混合能力,促进扩散燃烧过程。因此,合理的燃烧室形状配合喷射时刻和压力的有效控制能在提高发动机性能的同时降低排放,是高压共轨直喷式柴油机实现高效率低排放的有效途径。     

当量比天然气发动机燃烧和排放的优化研究

为改善天然气发动机燃烧,降低NO_x排放,采用数值模拟方法研究了缩口燃烧室与喷水温度对天然气发动机燃烧和排放的影响。研究发现：缩口结构促使缸内混合气形成良好的贴壁流动,有利于燃料和空气混合。这些因素提高了火焰传播速度,增加了NO_x排放。相比原机,方案一的缩口角度增大26°,燃烧持续期缩短,NO_x排放增加32.3%。进气道的蒸发量随着喷水温度升高而增多,这导致更多的水进入缸内。采用缩口燃烧室并提高喷水温度有利于加快缸内燃烧速率,降低燃烧温度和NO_x排放。     

航空发动机催化燃烧技术发展趋势

针对民用航空发动机污染物排放的现状,介绍了催化燃烧技术在航空发动机上应用的发展趋势。基于污染物生成机理及控制原理阐述了催化燃烧的污染物控制方法,回顾了催化燃烧技术的发展现状,并分析了催化燃烧技术在民用航空发动机上应用的可行性。采用催化燃烧技术的催化-预混分级燃烧室已经进行了常压和加压的实验测试,其排放达到了超低排放水平,证明了催化燃烧室的发展潜力。要实现催化燃烧技术在民用航空发动机上的应用还需要在地面试验台上对各种运行工况进行测试,并建立可预测催化剂性能的数学模型,对燃烧室内的混合、流动、燃烧及他们之间的相互作用开展深入的研究,建立可对催化剂老化性能进行预测的数值模型。     

蒸发型双腔燃烧室和单管燃烧室排气污染性能的比较

为了探讨蒸发型燃烧室的排气污染性能及其生成特点,本文对两种类型的实用燃烧室——蒸发型双腔燃烧室和单管燃烧室进行了排放试验研究。采用常规测试方法,对贫油条件下两燃烧室排气成分中的氮氧化物(NO_x=NO NO_2)和二氧化碳(CO_2)浓度及燃烧室的燃烧效率进行了测量。结果表明:在实验条件下,蒸发型双腔燃烧室的排气污染性能优于单管燃烧室;前者中的NO_x与T_3~*呈非指数关系,即随T_3~*增加,NO_x的上升速率变小,从而有利于抑制较高温度下NO_x的产生。     

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。     

应用推迟点火、废气再循环及过稀混合气降低稀燃甲醇发动机NO_x排放

为降低稀燃时NO_x排放及改善燃油消耗率-NO_x排放"(be-NO_x)"折中关系,以一台基于柴油机改制的进气道喷射点燃式甲醇发动机为试验对象,在1400r/min、4.52kg/h甲醇消耗量工况条件,以及1.5过量空气系数和21°CA BTDC点火提前角的基础上,研究了推迟点火、废气再循环(EGR)及过稀混合气3种策略对稀燃甲醇发动机燃烧和NO_x排放的影响。结果表明:3种策略均能在机内有效净化NO_x排放,实现接近零排放的效果。在相同NO_x排放水平下,与过稀混合气策略相比,EGR策略的燃烧滞后和延长程度有所减弱,循环变动降低,而推迟点火策略的燃烧更为滞后,但燃烧持续期和循环变动减小。对比而言,EGR策略能获得更佳的"be-NO_x"折中关系;推迟点火策略的"be-NO_x"折中性能虽较EGR策略有所降低,但排气温度有所升高,有利于提高样机在低负荷时后处理器的转化效率,从减小排放角度具有一定应用潜力。     

超紧凑燃烧室燃烧组织方式影响燃烧性能的数值研究

以试验室的超紧凑燃烧室设计模型为研究对象,用Realizable k-ε湍流模型模拟高速旋转湍流,用非预混燃烧的混合分数/PDF模型模拟燃烧反应。通过超紧凑型燃烧室在贫油燃烧、化学当量比燃烧和富油燃烧等不同燃烧组织方式下的燃烧温场、出口温度场品质、燃烧效率以及污染物排放等燃烧性能的对比分析,研究了不同的燃烧组织方式对超紧凑燃烧室的燃烧性能影响。贫油燃烧组织方式对环形凹腔内燃烧影响较大,对于当量比增大的富油燃烧组织方式,火焰在凹腔底部连通,并通过叶片径向斜槽与一次空气流混合并实现完全燃烧;贫油燃烧方式的燃烧效率、出口温度品质和污染物排放等燃烧性能较好。计算结果与他人试验结果在燃烧室中央区域符合较好,对UCC燃烧室设计具有参考价值。     

二级环流对双级贫预混火焰熄火边界的影响

为改善预混火焰的燃烧稳定性,提出双级贫预混燃烧的火焰组织思路,对预混气流进行不同当量比的径向分级,使其能在较低当量比时稳定燃烧.以一定流动条件下直管射流火焰和双级贫预混火焰的中心气流所能达到的最小稳燃当量比作为熄火边界,实验测量并分析火焰不同组织方式和环流条件变化对熄火边界的影响.结果表明:布置在射流火焰外围的环流对火焰根部附近的浓度和速度分布有一定影响;双级贫预混火焰的二级预混环流能够通过减弱外界环境气氛对锋面前预混气的稀释作用而拓宽火焰的熄火边界;环流的预混当量比是影响火焰熄火边界的关键.与均一当量比的直管射流火焰相比,双级贫预混火焰能够在更低的当量比条件下稳定燃烧,对工业上控制NOx排放有着重要的意义.     

双蓄热燃烧器结构和预热对环形炉特性的影响

采用RNGκ-ε湍流模型、非预混(PDF)燃烧模型以及各向异性散射的P-1辐射传热模型,对双预热蓄热式环形炉内的火焰特性进行了模拟分析,比较了不同空气喷入角和不同预热温度对火焰特性的影响.结果表明:空气喷入角为5°时火焰体积较大,但燃烧不完全损失较多;喷入角为30°、40°时火焰体积相对较小,最高燃烧温度较高;喷入角为10°～20°时综合特性较好.预热温度的增加提高了燃烧稳定性,使得最高燃烧温度和燃烧室平均温度明显增高.     

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。     

不同ω形凹坑燃烧室内湍流特性的计算

内燃机缸内流动是及其复杂的三维湍流流动,其流动具有强压缩性、强旋转和各向异性的特点。模拟和分析内燃机的燃烧和排放,需要对缸内湍流运动描述和模拟。把采用了应力张量和应变张量的三阶相关关系的一个非线性涡粘度湍流模型进行修正后应用于内燃机缸内湍流流动计算,用此模型对几种ω形凹坑燃烧室内燃机汽缸内的流动进行计算,特别考查不同结构燃烧室内各处的湍能的变化,给出了燃烧室结构对缸内湍能影响结果,结果表明,凹坑结构对内燃机缸内湍能的分布和平均湍能的大小影响很大,可适当调整燃烧室结构来改变缸内湍流结构。     

渐变型多孔介质中预混燃烧试验研究

提出了渐变型多孔介质（GVPM）中燃烧的设想，使多孔介质中流动及传热特性与燃烧规律相匹配，实现高效燃烧和低污染物排放的结合。对天然气在渐变孔径的多孔介质中预混燃烧进行了试验，得出了燃烧室温度分布和污染物排放结果，并与两种单孔径的均匀型多孔介质（HPM）中燃烧结果进行了对比。试验结果表明，渐变孔径的多孔介质燃烧器可以使燃烧室温度分布更加均匀，燃烧更加稳定，对于当量比的变化有更大的调节范围，CO和NOx等污染物排放更低。渐变型多孔介质结合了不同孔径的均匀型多孔介质的流动及传热特性，对燃烧室上下游热量分布进行合理调配，使得最高燃烧温度有所降低；由于孔径的变化，使火焰的稳定性增强。     

燃烧室形状对柴油-甲醇双燃料发动机碳烟排放的影响

为研究燃烧室形状对柴油-甲醇双燃料发动机混合气的形成,温度分布和碳烟排放的影响,应用KIVA-3V程序对不同几何形状的燃烧室内的燃烧和碳烟排放进行三维数值模拟。计算结果表明：燃烧室的形状对柴油-甲醇双燃料发动机的燃烧过程有着重要影响,缩口燃烧室能够产生较大的旋涡,这有利于混合气的形成,可以进一步加速扩散燃烧,产生较低的碳烟排放。直口燃烧室基本不能够产生旋涡,碳烟排放较高。