径向分级低污染燃烧室燃烧性能试验

以某型径向三级燃烧室为研究对象,采用天然气为燃料,通过试验研究了各级不同燃料比例及燃烧模式下燃烧室的贫油点火、贫油熄火、出口温度场、污染物排放等燃烧性能。结果表明:在环形区扩散燃烧、主燃区预混燃烧模式下,贫油点火油气比为0.027 0～0.040 1,贫油熄火油气比为0.006 9～0.005 5,环形区改为预混燃烧模式后,点火油气比和熄火油气比均有所增大;随主燃区预混燃料当量比(当量比)的增加,出口温度系数逐步改善,至当量比0.54时则有所恶化,环形区改为预混燃烧模式后,主燃区当量比为0.51时,出口温度系数改善明显;随主燃区当量比的增加,CO、未燃碳氢(UHC)、NO_x及碳烟排放均呈下降趋势,但当量比为0.54时,NO_x排放有所增加,环形区改为预混燃烧模式后,各污染物排放指数降低,但未达到预期。建议径向分级燃烧室在低负荷工况下采用环形区扩散燃烧、主燃区预混燃烧模式,在高负荷工况下均采用预混燃烧方式。     

微型燃气轮机燃烧室性能试验测试

设计了一种以天然气为燃料的微型燃气轮机燃烧室,并对燃烧室的燃烧性能进行了试验测试。所设计的燃烧室为单级旋流器+主燃孔的折流式单管燃烧室,采用L型燃气导管实现气流在燃烧室内的180°转角;燃料喷嘴为多孔式,2排孔的喷射角度分别为120°和90°;通过掺混孔和燃气导管冷却孔相互配合的方式来满足燃烧室出口温度场的要求。测试结果表明:在设计点燃烧室的冷、热态压力恢复系数分别为0.955、0.940;点火燃空比为0.005～0.007,具有较好的点火特性;对贫油熄火特性影响较大的因素是燃烧室入口温度,当大气温度由-30℃升至30℃时,贫油熄火燃空比由0.0026降低至0.0023;排放及燃烧效率未能达到要求,尤其是CO排放较高,体积分数达到300×10~(–6);燃烧室出口温度分布的热点指标低于0.15,满足要求,但空气流量分配不合理导致火焰筒局部温度过高。     

低排放塔式同轴分级燃烧室旋流器性能研究

针对一种气态燃料–低排放塔式同轴分级燃烧室(low emission tower-type coaxial-staged combustor for gaseous fuel,LETCC-GF),采用数值模拟耦合实验设计(design of experiment,DOE)的方法分析了2级旋流数和流量分配比例对该燃烧室性能的影响规律,阐明了各参数对燃烧性能影响的耦合关系。研究结果表明:高流量分级比,两级强旋流结构和低流量分级比,主燃1级弱旋流,主燃2级强旋流结构旋流器的燃烧性能最优,在总压损失达标,NO_x排放较低的同时,燃烧效率达到99.8%。主燃2级旋流数是影响燃烧效率的主要因素,在0.55～1.1范围内,随着旋流数的增加,燃烧效率显著提升。燃烧流场分析表明,火焰张角主要受到主燃2级旋流数的影响,主燃1级旋流数主要影响火焰根部形态及火焰锚定位置。     

垃圾填埋气微型燃气轮机低排放燃烧室燃烧性能实验

为研究一种采用中心分级贫燃预混技术的低排放垃圾填埋气微型燃气轮机燃烧室,采用单头部燃烧室,以2种垃圾填埋气LFG1、LFG2和天然气为燃料,进行了燃烧性能实验。考察了3种燃料的点火特性以及在发动机全负荷状态下,不同主燃级喷口位置、值班级与主燃级燃料分配比例(燃料分配比)对燃烧室污染物排放、燃烧效率的影响。结果表明:在所选空气流量0.15～0.50 kg/s范围内,天然气的点火燃空比为0.000 65～0.002 50,2种垃圾填埋气的点火燃空比为0.004 04～0.006 20,均符合低污染燃烧室的设计标准;随着燃料分配比在0.2～0.5变化,3种燃料存在不同的燃料分配比,使得燃烧效率更高,污染物排放水平更低;选用燃料分配比0.3与0.4的工况下,主燃级喷口位置由旋流器前调整为旋流器中间位置后,提高了LFG2与天然气的燃烧效率,但增加了LFG1与天然气的污染物排放。     

某型燃气轮机燃烧室改进试验

针对燃气轮机低污染排放要求,对某型常规航空发动机燃烧室进行了增大主燃孔直径及掺混孔提前的改进,试验以0号柴油为燃料,进行了点火、熄火特性、出口温度场、污染物排放、燃烧效率研究。结果表明:主燃孔孔径由Φ9 mm增大到Φ11 mm,进气量由26.2%增大到39.1%,主燃区余气系数由0.95增大到1.10,常温常压贫油点火油气比由0.025 50~0.032 44变为0.024 46~0.036 25,但优于0.05的低污染燃烧室设计标准;出口温度分布系数由0.226 4降为0.207 1,提高了温度场品质;CO及未燃烃UHC排放指数有所提高,但NO_x排放指数由2.26 g/kg减小到1.34 g/kg,降低了40.7%;燃烧效率由0.984 2略有降低为0.982 3;在此基础上将掺混孔提前,但各项指标未见改善。研究结论为低污染燃气轮机的设计及常规燃烧室改型提供了参考。     

分级旋流火焰贫熄火特性试验与数值研究

依托分级旋流燃烧器,对3种旋流强度、3种空气分级比及4个预燃级当量比的熄火特性进行实验研究和数值研究。固定预燃级当量比,逐渐降低主燃级燃料流量直至熄火获得熄火边界。研究结果表明:预燃级当量比较高的分级旋流火焰,由于其火焰根部能够在很宽的范围内保持较为稳定的状态,因此该情况下的分级火焰熄火边界较宽。熄火主要经历火焰拉长、角涡回火、火焰沿轴向窜动等几个主要过程。采用数值方法能够捕捉到熄火过程的主要特征现象。对3种熄火极限预测方法进行讨论,选取特征温度法,制定新的熄火极限判定标准。得到适用于本研究分级旋流火焰的熄火极限预测方法。     

燃氢燃气轮机燃烧室结构改进

以燃用天然气的燃气轮机燃烧室作为基础,通过对比天然气和氢气的物理性质差异,采用热力学设计计算方法,对环管型燃气轮机燃用氢气后的燃烧室结构进行了改进,提出了将燃气轮机燃烧室的腔体长度、扩压器长度、火焰管直径和火焰管长度等结构尺寸变为燃用天然气时的1.414倍,燃烧室的最大横截面积变为原来的2倍,主燃孔、补燃孔等到旋流器的距离变为燃用天然气时的1.414倍。验证结果表明:改变燃烧工质对燃烧室内不同结构的影响程度不同,为达到最佳燃烧工况和燃烧效率,燃烧室不同结构处的改进程度需协调解决。     

合成气微型燃气轮机旋流燃烧特性数值模拟

以某合成气微型燃气轮机为例,通过改变其燃烧室旋流喷嘴的角度增加旋流强度,并采用数值模拟的方法从主燃区旋流强度及值班区旋流强度两方面对比分析了微型燃气轮机的旋流燃烧特性,结果表明:随着主燃区旋流强度的增加,回流区面积明显增大,燃料、空气均匀混合并迅速燃烧;但并非旋流强度越大越好,当主燃区旋流强度增大到一定程度时,回流区已经影响到了燃烧室出口处的气流流动,不利于流场的稳定,因此存在最佳的旋流角度使燃烧达到最佳的效果;值班区旋流强度的改变对燃烧流场影响不大。     

燃气轮机燃烧室压力对火焰辐射换热影响的模拟计算与分析

采用数值方法对燃气轮机在燃烧室油气比和进口气流温度一定时,燃烧室压力分别为0.6、1.0、1.2、1.4MPa工况下的火焰辐射换热进行模拟计算。结果表明,随着燃烧室压力增加,主燃区烟颗粒浓度、火焰筒壁的辐射热流量明显增加;主燃区温度随压力增加呈下降趋势;燃气温度沿火焰筒轴向逐渐下降,主燃区至中间区急剧下降,其下降速率随压力增加而变快,而掺混区受压力变化影响较小。     

两级动叶可调式轴流风机前后级异常叶片干涉现象的研究

针对某电厂SAF 36-25-2两级动叶可调式轴流引风机,借助Fluent研究了引风机前后级动叶片发生不同角度异常偏离时,风机性能参数的变化规律及前后两级异常叶片的相互干涉关系。研究结果表明:第二级异常叶片偏离角度Δβ2=+8°时风机整体性能要优于Δβ2=-8°时风机性能;保持Δβ2不变,随着第一级异常叶片偏离角度Δβ1从-12°增加到+12°,风机整体性能呈现先增大后减小的变化趋势,且在Δβ1=-12°时风机全压和效率在全流量范围内恶化最为明显,异常叶片对风机性能影响最大,而Δβ1=+8°时异常叶片对风机性能影响最小;第一级异常叶片对第二级叶轮性能的干涉影响随异常叶片偏离程度的增大而增强。