航空发动机燃烧室叉排波瓣喷嘴的分级喷射及气动特性

搭建了由13个波瓣喷嘴采用5?5叉排方式布置的航空发动机分级燃烧室水模型实验台,通过改变各喷嘴的分级喷射方式实现不同的工作载荷。对30%及巡航两种载荷下的模型燃烧室,分别采用2级和3级两种燃烧组织方式下的空气动力学流场特性进行了水模拟示踪实验和数值模拟研究。对两种分级燃烧方式,通过实验和数值模拟研究了改变两种载荷下的油气比时,各级波瓣喷嘴所诱发的复杂涡系结构和涡量的大小、形态、相互作用和演变规律等气动特性。结果表明,两种分级喷射方式的涡系结构均可分为初始段、过渡段和发展段;各涡系之间历经了从独立到合并重组、再变成新涡系等演变和相互作用过程;增加油气比对两种分级喷射的过渡段影响均较大。空气模型、水模型流场的计算结果与实验结果吻合良好,验证了研究结果的可行性和可信度。     

异形喷嘴撞击流混合器涡特性及混合性能数值模拟

为了研究撞击流混合器不同形状喷嘴的流场涡特性及混合效果,利用数值模拟方法对不同工况下的流场进行分析,得到不同喷嘴撞击流混合器的速度场、涡量场、涡结构以及浓度变异系数的变化规律,揭示不同形状喷嘴对撞击流混合器混合效果的影响。结果表明：喷嘴出口截面为圆形、等边三角形和正方形的撞击流混合器轴向速度为“V”形分布;喷嘴截面为圆形和正方形的撞击流混合器径向速度为“M”形分布。等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器产生的流向涡数量多、强度大并且产生的涡旋结构的连续性更高,分布范围更广。相同工况下等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器混合效果明显优于圆形喷嘴和正方形喷嘴混合器,最快达到混合均匀。     

典型煤碳燃烧特性研究和数值模拟

本文以三种典型煤的碳燃烧为研究对象，分别采用简单一维沉降燃烧方式和等温加热燃烧方式，实验研究了煤在快速加热条件下，其碳的初期和中，后期燃烧过程。以实验为基础，建立了煤的碳燃烧模型，变工况数值模拟了煤的碳燃烧过程，揭示了煤不同条件下的单颗粒碳燃烧特性。     

煤粉低尘燃烧器内燃烧特性的数值模拟

介绍了一种用于中小型工业窑炉的新型煤粉低尘燃烧技术,利用计算机数值模拟考察了煤粉低尘旋流燃烧器的特性. 在合理选择气相流动、固相流动、煤燃烧及NO的生成等模型的同时,针对旋流燃烧场中固体颗粒在壁面附近的碰撞及熔融特性,探讨了煤粉在壁面处的运动模型,并以此为基础考察了燃烧场的两相流动特性,模拟了燃烧器内煤粉的燃烧过程及各物理量的分布. 在与实验比较的基础上,对燃烧器的结构进行了改进. 结果表明,在低化学计量比下,改进后的燃烧器性能更好,颗粒在燃烧器内充分燃尽,在保证液排渣效果的同时,NO的排放远低于常规液排渣旋风器的NO排放量.     

多喷嘴射流式分离器内气固流动特性的数值模拟

基于商用软件Fluent 6.3.26,采用雷诺应力模型及DPM离散相模型并结合理论分析,对基于喷嘴造旋的射流式分离器内两相流动特性进行了模拟计算,得到了较为全面的两相流动规律与细节.结果显示,分离器内部切向速度峰值可达160 m·s^-1,自由涡区的切向速度约为130 m·s^-1,旋流强度明显高于传统旋风单管;沿轴向下,下行流流量逐次减少,其中稳流体顶部下行流降低最为明显,下行流减少致使颗粒卷入内旋流概率增加,分离效果下降;分离器内部局部存在顶部贴壁射流、射流区二次流及灰斗口旋涡流等次级流动;分离器压降约为27.43 kPa,喷嘴区内外旋流能耗分别为4.57 kPa(21.8%)、5.76 kPa(27.6%),稳流体区内外旋流能耗分别为5.85 kPa(27.6%)、4.01 kPa(18.9%);分离器对应的切割粒径较小,约为1.6 μm,极限粒径约为10 μm,符合工业应用要求;基于所建颗粒受力模型及模拟条件下,分离空间可分离的临界粒径为1～2 μm,3 μm及以上颗粒的逃逸浓度小于 0.15 g·m^-3,满足下游烟机对气流的净化要求.     

可调式空气喷射器的数值模拟

针对喷射器变工况调节的需求,对四喷嘴及带有喷嘴位置调节功能的可调式空气喷射器进行了数值模拟研究。分析了同时工作喷嘴个数和喷嘴出口距离对喷射器喷射系数的影响规律。结果表明,采用多喷嘴设计及调节喷嘴出口距离可实现喷射器变工况调节;同时工作喷嘴数目越多,喷嘴出口距离越大,喷射系数越高;工作喷嘴数目过少时,会出现引射能力不足,喷射系数接近于0,喷嘴出口距离过小时会出现气体倒流,喷射系数为负的情况。可调式空气喷射器需通过合理设计结构并测试得出性能曲线,按照性能曲线实现变工况调节。     

磨料水射流喷嘴的流场数值模拟

运用fluent软件对磨料水射流喷嘴的流场进行了数值模拟.采用κ-ε和RNGκ-ε两种湍流模型进行模拟并把计算结果与实验数据进行对比,结果表明RNGκ-ε模型更适合高压水射流,磨料水射流最佳的切割距离在2.0～4.0倍喷嘴出口直径范围内.在不同锥角下对喷嘴流场进行分析,结果表明锥角越小,流动越稳定,紊流耗散越少,有利于减少喷嘴磨损.     

内混式喷嘴流场的数值模拟研究

喷嘴的结构对燃油锅炉、加热炉的燃烧效率有着至关重要的影响。为了进一步提高燃油锅炉、加热炉的燃烧效率,提出了一种内混式蒸汽雾化燃油喷嘴结构,介绍了内混式雾化喷嘴雾化工作原理。建立了内混式喷嘴物理模型,采用CFD软件对内混式喷嘴的流场进行了数值模拟,探讨了内混式喷嘴雾化室的长度、气液比对雾化粒径的影响规律;同时,对喷嘴下游不同截面的雾化粒径大小分布规律进行了研究;并将平均雾化粒径模拟结果与常规内混式喷嘴经验公式的计算结果进行了比较。研究结果表明:内混式喷嘴的混合室长度最佳值是70~80 mm;随着气液比的增大雾化粒径减小;液体燃料第二次雾化主要发生在燃料离开喷嘴100 mm之内;同时,研究结果表明新型的内混式喷嘴的雾化粒径小于常规的内混式喷嘴的雾化粒径。     

真空相变加热炉内燃烧特性模拟

真空相变加热炉具有排烟温度低、热效率高等特点。针对某油田用300 kW真空相变加热炉内燃烧进行模拟研究,分析不同负荷下炉内温度场、NO_x浓度场和速度场的分布特性。结果表明：各负荷在截面高约1.7 m处平均温度均达到峰值,且排烟温度在148.2—177.1℃之间;额定负荷下出口NO_x排放质量浓度为52.4 mg/m³;在120%负荷下炉内高温区域扩大,NO_x排放增大为72.4 mg/m³;炉内高温烟气呈螺旋上升状,中心区域可引射烟气回流,从而降低中心火焰温度;该结构炉膛底部存在流体滞留区,通过模拟发现将炉膛底部和燃烧器改为12°倾斜结构,可消除底部滞留区,并在额定负荷下NO_x排放质量浓度降低为45.7mg/m³,满足排放标准。为优化真空相变加热炉结构设计提供了参考。     

双喷嘴喷射成形柱状坯传热过程模拟

利用移动边界条件,对双喷嘴喷射成形柱状坯不同时刻热过程做出了表征,模拟了两组不同工艺参数下得到沉积坯的传热过程.研究结果表明,稳定生长条件下得到的柱状沉积坯除底部区域外各处温度比较均匀,且温度随时间变化趋势相似,可得到整体性能良好的沉积坯;非稳定生长条件下得到的沉积坯除中心区域外其余各处温度相差较大,顶部和底部冷却速度明显大于中心部分,得到沉积坯整体性能较差.利用数值模拟方法可以理解喷射沉积动态热过程,有效优化沉积工艺,对获得优质沉积材料具有一定指导意义.     

CH4掺混H2的燃烧数值模拟及掺混比合理性分析

本工作针对天然气掺氢燃烧技术在燃气锅炉的最佳掺混比开展数值模拟研究,以小火焰燃烧器为研究对象,计算了在空气氛围、恒定过氧系数、不同甲烷掺混氢气比条件下,掺氢比对燃料燃烧温度、燃烧速率、主要污染物排放浓度的影响.其中燃烧机理采用GRI-MECH 3.0简化机理,该反应包含24个基元反应,涉及17种组分.计算结果表明,随掺...     

Numerical simulation of the two-dimensional flow in high pressure catalytic combustor for gas turbine

The objective of this paper is modeling the mechanism of high pressure and high temperature catalytic oxidation of natural gas, or methane. The model is two-dimensional steady-state, and includes axial and radial convection and diffusion of mass, momentum and energy, as well as homogeneous (gas phase) and heterogeneous (gas surface) single step irreversible chemical reactions within a catalyst channel. Experimental investigations were also made of natural gas, or methane combustion in the presence of Mn-substituted hexaaluminate catalysts. Axial profiles of catalyst wall temperature, and gas temperature and gas composition for a range of gas turbine combustor operating conditions have been obtained for comparison with and development of a computer model of catalytic combustion. Numerical calculation results for atmospheric pressure agree well with experimental data. The calculations have been extended for high pressure (10 atm) operating conditions of gas turbine.     

气体辅助注射成型过程的数值模拟技术

本文描述了气体辅助注射成型过程中熔体充填及气体穿入的数学模型,采用有限元／控制体积法计算充填阶段的压力场,确定两类移动边界,熔体前沿和熔体－气体边界。并对典型制件进行模拟验证了模型的可行性。对不同成型参数如熔体充填百分比及气道直径的影响进行了研究,结果表明熔体充填百分比不够,使气体吹入薄壁,较高的充填比又会阻止气体进入气道;较大直径的气道较小直径的气体不易进入薄壁处。     

Numerical simulation of the influence of over fire air position on the combustion in a single furnace boiler with dual circle firing

The Computational fluid dynamics (CFD) code PHOENICS is applied to simulate and evaluate the combustion process within the furnace of a 1,000 MW dual circle tangential firing single furnace lignite-fired ultra supercritical (USC) boiler. The dependence on overfire air (OFA) positioning on the combustion process is studied. The results show that the highest temperature appears on the upside of the burner zone close to the front wall, and the high temperature zone rises with elevated OFA positions. However, the temperature field distributions are similar despite differing OFA positions. The char content near the rear wall is higher than that near the front wall, and below the furnace arch, coal particles concentrate towards the front wall. Also with elevated OFA positions, nitrogen oxide (NO _x ) concentrations at the outlet fall, but char content increases. In regard to NO _x emission and char burnout, the suggested optimal distance from the OFA center to the center of the uppermost primary air nozzle should be 6 meters. This work was presented at the 7 ^th China -Korea Workshop on Clean Energy Technology held at Taiyuan, Shanxi, China, June 26–28, 2008.     

Numerical and experimental study of water/oil emulsified fuel combustion in a diesel engine

Numerical and experimental studies were made on some of the chemical and physical properties of water/oil emulsified fuel (W/OEF) combustion characteristics. Numerical investigations of W/OEF combustion's chemical kinetic aspects have been performed by simulation of water/n-heptane mixture combustion, assuming a model of a homogenous reactor's concentric shells. The injection and fuel spray characteristics are analyzed numerically also in order to study indirectly the physical effects of water present in diesel fuel during the combustion process. The experimental results of W/OEF combustion in the DI diesel engine are also presented and discussed. The results of engine testing in a broad field of engine loads and speeds have shown a significant pollutant emission reduction with no worsening of specific fuel consumption.     

旋流燃烧室内冷态和热态流场的三维数值模拟分析

采用RNGk-ε湍流模型以及有限化学反应速率涡破碎模型(Eddy break up)对Allied Signal公司75 kW微型燃气轮机旋流燃烧室内冷态和热态时气流三维流动过程进行了模拟计算。结果表明,燃烧室火焰筒内热态时与冷态时的流场相似,烧室火焰筒内都有3个回流区,3个回流区的存在将有助于燃料的连续点火和火焰的稳定;燃烧室内热态三维流场的中心回流区长度小于冷态时的中心回流区长度,气流的轴向速度也大于相应的冷态轴向速度,而且掺冷孔空气射流对环向速度分布的影响小于冷态时的影响。     

Numerical simulation of flow field and residence time of nanoparticles in a 1000-ton industrial multi-jet combustion reactor

In this work, by establishing a three-dimensional physical model of a 1000-ton industrial multi-jet combustion reactor, a hexahedral structured grid was used to discretize the model. Combined with realizable k–ε model, eddy-dissipation-concept, discrete-ordinate radiation model, hydrogen 19-step detailed reaction mechanism, air age user-defined-function, velocity field, temperature field, concentration field and gas arrival time in the reactor were numerically simulated. The Euler–Lagrange metho...     

蒸汽喷射器用双喷嘴结构性能的数值研究

运用CFD数值模拟的方法研究了第二喷嘴进出口截面大小对喷射效率的影响,并对比研究了不同工作流体压力下普通喷嘴结构和双喷嘴结构对蒸汽喷射器操作性能的影响。计算结果表明,在相同的操作条件下,双喷嘴结构能有效地提高喷射器的喷射系数。同时,第二喷嘴进出口截面以及第二喷嘴出口长度存在一最佳值,对应于最大喷射系数。并且这种喷嘴结构能有效改善由于工作流体压力降低而造成的设备操作性能恶化,提高蒸汽喷射器运行的稳定性。