燃气轮机燃烧室预混燃烧不稳定性的数值研究

针对燃气轮机燃烧室内预混燃烧不稳定现象,应用湍流燃烧CFD的方法进行了数值研究,并着重对发生自激振荡时的火焰动态特性和燃烧室内的速度、压力和温度的振荡特性进行了分析.计算表明:非稳态雷诺平均Navier Stokes(URANS)方法和基于重整化群的RNG k-ε湍流模型以及有限速率/涡漩耗散(FR/EDM)燃烧模型对于燃烧不稳定性的研究是适用的.将预测结果与实验结果进行比较可以看出,数值计算精确地捕捉到了自激振荡燃烧过程中火焰的动态行为,还给出了燃烧室内速度、压力和温度值波动的幅值和频率.结果表明:燃烧室内低频压力振动主要是轴向的振动,热释放的波动与压力波动的频率是一致的,燃烧室内火焰的频率与燃烧室内压力和温度的波动频率也是一致的.     

燃烧室压力对燃油喷雾和燃烧的影响研究

采用CHAMKIN模拟分析燃烧过程,基于自行设计的可视化定压燃烧系统试验研究燃烧室压力对燃油喷雾和燃烧的影响。结果表明:随着压力的升高雾化效果逐渐变差;进气旋流可以改善雾化效果;如果进气旋流是高温气体,则改善情况更明显。压力的增加仅加快了反应速率,缩短了着火延迟时间,并没有引起着火过程中温度的很大变化。随着燃烧压力的增加,火焰逐步向燃油喷嘴处移动,可通过提高烟气卷吸率增强气旋效果,使火焰更长,燃烧更均匀,避免烧坏油头及燃烧室内部分温度过高等不良后果。     

球型燃烧室柴油机燃烧过程的研究

通过对球型燃烧室柴油机燃烧机理的分析，针对４９５Ａ型柴油机，利用正交试验，在尽可能小的变动范围对该机供油系统某些参数作适当调整，以期改善柴油机的经济性。实践证明，改进后的同消耗率在标定和最大扭矩两工况下的均减少６．８ｇ／（ｋＷ．ｈ）左右 ，外特性油耗曲线趋于平坦，同时降低了低转速下的烟度。此外，还对其燃烧特性进行了分析讨论，给韦伯特性参数，为预测同类发动机性能和工作循环计算提供参考。     

汽油机燃烧室催化燃烧试验研究

本文阐述了利用分子束和电子能谱技术对催化材料进行筛选后，选用Ｃｕ２Ｏ作催化剂，涂在汽油机燃烧室表面，进行的性能对比试验及试验结果分析。     

汽油机燃烧室催化燃烧试验研究

本文阐述了利用分子束和是有谱技术对仙化材料进行筛选后，选用Ｃｕ２Ｏ作催化剂，涂在汽油机燃烧室表面，进行的性能对比试验及试验结果分析。     

燃气轮机催化燃烧室的实验研究

介绍了预混和催化燃烧相结合的燃烧室原理,对此种燃烧室进行实验研究,分析了影响催化燃烧的主要因素。预混与催化燃烧相结合能延长催化剂的使用寿命,改善燃烧室的可靠性,更经济地降低燃气轮机ＮＯｘ的排放。     

燃烧室形状对燃烧过程的影响研究

针对燃烧室形状对燃烧过程的影响进行了研究,得到了喉口直径对喷雾贯穿距离、索特平均直径(SMD)、湍动能、涡流强度、缸内压力、放热规律以及NO-SOOT的影响规律,并通过三维对比分析了燃烧反应率场、温度场、浓度场以及速度场的变化趋势.分析表明:在本次研究中燃烧室喉口直径的合理范围是100～120 mm.     

湍流燃烧模型在燃气轮机燃烧室模拟中的运用与对比

利用Fluent商业软件,对燃气轮机燃烧室C16H29非预混燃烧流场进行数值模拟。针对燃烧室的额定工况,分别采用简单概率密度函数模型、涡耗散模型、涡耗散概念模型的2步反应和5步反应过程,对湍流燃烧流场进行对比数值分析,同时,考察燃烧室Thermal和Prompt NOx排放性能。通过比较发现,有吸热反应过程的EDC-5步模型所得流域内燃烧区温度较低;出口温度均匀性最好,最大不均匀度28%;NOx排放量最少。结果表明,该模型能够更合理地预测燃烧室的流场分布。     

燃烧室中涡流对甲醇燃烧的影响

本文对Ｘ１１０５柴油机燃烧室中的涡流状态进行了测量，并分析了涡流强度对甲醇燃烧的影响。分析结果表明，为使甲醇顺利着火燃烧，应将火核置于弱气流中：为使火焰快速传播，我们在强涡流运动的流场中，利用钝体稳定的原理，造成了局部弱流场，使甲醇燃烧得以顺利进行。     

湿度对HAT循环燃烧室旋流扩散燃烧特性的影响

为研究湿度对燃烧特性的影响,采用湍流雷诺应力模型和层流小火焰模型,对湿空气透平(HAT)循环燃气轮机带有旋流器的燃烧室内甲烷扩散燃烧过程进行了数值模拟对比了在4种不同空气含湿量(0、100、200、300g／kg(DA))情况下的燃烧室内部温度场、速度场以及NO组分分布的情况,分析了湿度对HAT循环燃烧室扩散燃烧特性的影响结果表明,加湿降低了整个燃烧室的温度,并使其内部温度分布更加均匀;加湿使燃烧室的NO浓度大大降低;加湿减小了回流区长度。     

燃烧室内自激励振荡燃烧的数值研究

采用数值方法研究了Langhorne型燃烧室内自激励燃烧驱动振荡的不稳定现象．应用非稳态雷诺平均法、雷诺应力紊流模型和涡团耗散燃烧模型,捕获了该类型燃烧室内两种当量比条件下的不稳定燃烧特性．数值模拟结果给出振荡燃烧发生时燃烧室内的压力振荡频率和幅值,并同实验结果进行了比较．证明了在两种当量比下分别存在着“强振荡”和“弱振荡”,并给出了两种当量比条件下不稳定燃烧时火焰的周期影像,详细分析了振荡发生时燃烧室内的火焰发展情况．     

预混燃烧室热声不稳定性的数值分析

不稳定燃烧过程将引起燃烧室内高幅度的压力振荡,这对燃气轮机设备的安全运行危害很大。应用湍流燃烧CFD(计算流体力学)的方法对燃气轮机预混燃烧进行了数值分析,着重研究了发生自激振荡时的火焰动态特性和燃烧室内热、声学特性。数值计算精确地捕捉到了整个激励循环中火焰前锋的变形和分离过程,并且与实验结果很好地吻合。通过数值计算还对不稳定燃烧过程中燃烧室内的压力和热释放进行了分析,研究表明燃烧室内的压力和热释放以相同的频率振荡,并且与火焰的振荡频率也相一致。研究发现在数值分析中可根据燃烧的化学反应动力学得到燃烧的局部热释放率,这提供了一种计算局部燃烧热释放率分布状况的方法。     

湍流预混燃烧器燃烧自激振动的数值研究

对湍流预混燃烧器的燃烧不稳定现象应用湍流燃烧CFD的方法进行了数值研究。计算模拟了Krueger等人的实验研究,并着重对自激振动的频率和火焰动态特性进行了分析。计算表明,非稳态雷诺平均Navier Stokes(URANS)方法和基于重整化群的RNGk-ε湍流模型以及有限速率/涡漩耗散(FR/EDM)燃烧模型是适用的。将预测结果与实验结果进行比较可以看出,数值计算得到的燃烧室内压力振动的频率和幅值与实验很好地吻合,自激振动过程中火焰的动态行为也被计算很好地捕捉到,可以在计算的流动域的图像中看到整个激励循环的火焰前锋的变形和分离过程。同时从计算结果中还可以看出热释放的波动与压力波动的频率是一致的,这也进一步验证了瑞利准则。所得结果为进一步深入研究燃烧不稳定性产生的驱动机理和对燃烧不稳定的控制奠定了基础。     

狭长圆柱型燃烧室内的燃烧不稳定性

研究了狭长圆柱型燃烧室内的喷雾火焰燃烧的不稳定性。为了更清楚地了解火焰的构造,首先测量了火焰的温度场,在较大的一次风和二次风变化范围内,测量了压力的振荡特性,得出其均方根值图。结果表明,火焰的稳定是由回流区完成的,在较小的一次风燃料当量比和中等的二次风量时,振荡强度达到100Pa左右。其频率为200—230Hz,与空气/燃料比值关系不大,分析还表明燃烧室中的振荡是轴向驻波振荡。     

内燃机燃烧压力振荡对燃烧过程影响的模拟研究

结合可视化发动机、高速摄影和激光剪切干涉测量设备拍摄的燃烧过程照片和获得的燃烧二维温度场,建立了燃烧室空腔模型,并将空腔声学模型划分为未燃区和已燃区,通过空腔声模态和瞬态响应研究,获得了燃烧室空腔在多点激励下的声场变化情况,结果表明,燃烧室空腔在多点激励下在未燃区产生局部压力集中现象,燃烧压力振荡可能是引起燃烧过程未燃区出现局部自燃现象的根本原因。     

直喷式柴油机燃烧压力高频振荡与燃烧噪声的关系

应用声响应法和Sysnoise声学软件进行模态实验和模态分析,研究燃烧噪声高频激励机理．通过有限元方法计算燃烧室空腔在点声源激励下的声压响应,确定了燃烧室空腔在激励力作用下产生较强烈的压力振荡的频率．通过测量发动机缸内压力和噪声,研究燃烧压力高频振荡频率和幅值与时间窗获取的燃烧噪声的关系．燃烧压力高频振荡频率与燃烧噪声高频成分具有很好的对应关系,较高的振荡幅值对应的燃烧噪声值较高．研究结果表明,燃烧压力振荡频率和幅值是影响燃烧噪声高频成分的主要因素．     

弯尾管Helmholtz型无阀自激脉动燃烧器压力特性

建立了弯尾管Helmholtz型无阀自激脉动燃烧器实验系统,研究了燃烧室内的压力振荡特性,分析了尾管结构参数、热负荷和过量空气系数对燃烧室内压力振幅的影响.结果表明:所设计的弯尾管脉动燃烧器能产生稳定的脉动燃烧,脉动压力振幅较大、频率较低,压力振荡波形接近正弦曲线;压力均值和压力振幅沿90°弯尾管展开长度方向减小,弯尾管内的压力分布与1/4波形管分布接近;燃烧室内的压力振幅随尾管弯曲角度的增大而减小,弯曲位置在尾管出口处时的压力振幅较在尾管入口处时小;在不改变燃烧器结构参数的条件下,压力振幅随热负荷和过量空气系数的增大而增大,实验结果与理论预测值定性一致.     

内燃机缸内压力与燃烧噪声

利用小波包分析提取缸内压力和测量噪声的时频信息，结合频谱分析技术，对缸内压力和测量噪声特性进行了研究．结合缸内压力和测量噪声的传递函数及相干分析，讨论了测量噪声各频带活塞拍击噪声和燃烧噪声的情况，并对缸内压力和燃烧噪声各频带所占能量进行了计算和研究．结果表明，通过缸内压力和噪声的时频及频谱分析，能获取更加详细的燃烧噪声和活塞拍击噪声信息，为燃烧噪声的分离以及机理研究提供了技术支撑．     

发动机燃烧特征参数逐循环实时计算方法实现与验证

基于逐循环实时计算方法对多缸发动机缸内压力和转角信号采集处理方法及燃烧算法进行研究分析,采用FPGA+ARM总体架构设计开发CPM-C20缸压监测系统,实现对发动机每缸每循环缸压内压力的采集、处理、燃烧计算等,并进行模拟平台和实机平台的试验验证。结果表明,缸压监测系统在2 500 r/min以下转速范围内,具备对最高20缸发动机进行每缸每循环燃烧特征参数进行计算和处理的能力,并具有较高的准确性和实时性,为燃烧闭环控制系统实现对发动机燃烧的柔性控制目标提供了数据基础。