F级燃气轮机环形燃烧室设计方法的研究

采用总压恢复系数方法并结合数值模拟验证,进行了F级重型燃气轮机环形燃烧室的设计计算。根据燃烧室设计参数完成了环形燃烧室的总体设计方案,以及旋流器和火焰筒等部件的设计方案。采用数值模拟对设计完成的燃烧室进行性能分析,得出最优的值班燃料入口和预混燃料入口的旋流速度设定。在最优的入口旋流设定下,环形燃烧室内部流场能够形成两个旋转方向相反的回流区,保证了燃烧的稳定。此时燃烧室内的温度场、速度场和气体组成分布均能满足燃烧室的设计要求。     

燃气轮机燃烧室燃烧气体燃料的数值模拟

采用数值模拟方法对燃气轮机环形燃烧室燃烧天然气、中低热值燃料进行燃烧性能的数值分析。根据该燃机的结构特点建立了包括扩压器、机匣等部件计算几何模型;计算中采用SIM-PLE算法,可实现k-ε双方程湍流模型,六通量辐射模型、非绝热概率密度函数(PDF)燃烧模型及热力型NO模型对其进行燃烧数值模拟,分析了燃气轮机环形燃烧室燃烧3种燃料性能。计算结果表明:该燃机燃烧天然气、中热值燃料燃烧性能均能达到设计状态,而燃烧低热值燃料燃烧室出口温度较低,表明燃烧过程的数值模拟可为进一步优化燃烧室的结构,改善流场结构提供有用的设计依据,适合于工程应用。     

一次气与二次气流量比对三元旋流燃烧室头部温度场的影响

本文叙述了带旋流器和主燃孔的模型燃烧室温度场实验研究结果,实验中采用乙炔气为燃料,在几个稳定状态下,用高温热电偶测量了燃烧室头部的温度分布,研究了余气系数,一次进气和二次进气对燃烧室内温度分布的影响,获得了一些规律性的认识。本文公布的数据可供验证数值计算结果和研制燃气轮机燃烧室作参考。     

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。     

轴对称结构RBCC燃烧室超燃模态燃烧性能研究

针对以支板火箭作为点火和火焰稳定源,燃料支板喷射燃料的轴对称结构RBCC燃烧室,采用数值模拟和直连试验的方法研究了不同燃烧室构型下燃料喷射方案的变化对超燃模态燃烧性能的影响。结果表明:在燃料支板结合壁面喷射方式下,随着燃料支板喷射量的增加,燃烧室的性能逐渐提升;燃料支板结合中心支板喷射方式下的燃烧性能要优于燃料支板结合壁面喷射的性能;凹腔的加入能在一定程度上促进燃料的燃烧,提升燃烧性能,其内推力是燃料支板结合后向台阶作用下的1.1倍;燃料支板高度的增加可增强燃料与空气的燃烧组织效果,燃烧室产生的推力能完全抵消支板高度增加带来的阻力损失。     

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.     

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。     

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。     

具有等离子化学辅助装置燃烧室的放热特性研究

等离子化学辅助装置是一个包含等离子发生器和直流反应器的单元，等离子化学反应器的产物中包含大量活化燃烧所需的活性原子、幅射及带电粒子，所研究的对象在反应段空气过量系数为０．２～０．４，燃烧温度为２０００～３０００Ｋ。本文从理论和实验证明，等离子化学强化燃烧技术是提高应用燃料在动力装置燃烧室中燃烧效率的方向之一。它通过热、动能和紊流影响在燃烧室内导致主燃料的氧化反应增强，降低废气的毒性以及提高燃烧的充分性和燃烧过程的稳定性。     

燃料可燃组分变化对BC/IGCC燃气轮机燃烧室(火用)效率的影响分析

通过对生物质气、煤气及不同比例生物质气和煤气混合气体组成可燃成分对B/IGCC(或BC/IGCC)燃气轮机燃烧室效率影响的计算,定性地分析了燃料可燃组分对燃烧室效率的影响规律。结果表明:生物质燃料气比高、中、低热值煤气在燃烧室中的效率都高;燃料组分的相对含量对效率的影响程度较大,当H2体积百分含量在某一范围内时,燃料组分中CO的相对含量对燃烧室效率的影响程度比H2的影响大,在相同体积百分含S量条件下,CO在燃烧室中的效率比CH4高,在燃气轮机初温的提高受限的条件下,将含C量相同的燃料转化为CO气体比转化为CH4更有利于提高燃烧室效率。     

燃料可燃组分变化对BC/IGCC燃气轮机燃烧室效率的影响分析

通过对生物质气、煤气及不同比例生物质气和煤气混合气体组成可燃成分对B/IGCC(或BC/IGCC)燃气轮机燃烧室效率影响的计算,定性地分析了燃料可燃组分对燃烧室效率的影响规律。结果表明:生物质燃料气比高、中、低热值煤气在燃烧室中的效率都高;燃料组分的相对含量对效率的影响程度较大,当H2体积百分含量在某一范围内时,燃料组分中CO的相对含量对燃烧室效率的影响程度比H2的影响大,在相同体积百分含S量条件下,CO在燃烧室中的效率比CH4高,在燃气轮机初温的提高受限的条件下,将含C量相同的燃料转化为CO气体比转化为CH4更有利于提高燃烧室效率。     

双台阶超燃冲压发动机燃烧室流场数值模拟

采用RNGκ-ε湍流模型以及有限速率化学动力学模型,求解了二维Navier-Stokes方程,分别以氢气和乙烯为燃料数值模拟了具有双台阶单凹槽的超燃冲压发动机燃烧室的流场,并与试验数据进行了对比。计算结果表明:双台阶下游和凹槽处出现了有利于燃烧和火焰稳定的回流区;在隔离段入口马赫数2.0左右时,该燃烧室可以实现在亚燃和超燃两种模态下工作,燃烧效率在0.7以上;数值模拟壁面压力分布的结果与相应的试验结果吻合良好。     

脉冲燃烧燃气轮机热力学性能分析

根据热力学方程及燃气轮机的特性，对定转速脉冲燃烧燃气轮机为热力循环性能及变工况性能进行了分析，考察了脉冲燃烧室的主要参数对其变工况性能的影响，计算结果表明，脉冲燃烧燃气轮机与常规的定压燃烧的燃气轮机相比，在循环效率上均有大幅度的提高。     

三级旋流器的设计及其流场模拟

利用UG软件建立三级旋流器模型燃烧室的几何模型,采用四面体非结构网格划分方法,生成网格计算模型,应用Realizable k-ε湍流模型对该模型燃烧室的冷态流场进行数值模拟。研究结果表明:与旋流器其它参数相比,各级旋流器之间的流量分配对三级旋流器的流场特性(如回流区范围和中心速度分布)有较大的影响。深化了对三级旋流器各种设计参数的认识,有助于实现三级旋流器的进一步优化设计。     

超紧凑燃烧室的超重力旋转流动特性

航空燃气轮机超紧凑燃烧室所产生的超重力旋转流能极大强化传热传质和燃烧化学反应速率,而超重力旋转流特性对强化热质传递过程和燃烧稳定性有重要影响。以试验室UCC燃烧室的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。改变周向布置的二次空气射流条件,采用数值仿真研究了超紧凑型燃烧室旋转流动的流速分布、超重力效应、湍流动能局部突变效应、轴向加速效应、和速度径向迁移效应等气动性能和雾化燃油颗粒行为。二次射流对UCC凹腔内涡轮间通道内的气动性能影响较大,但不在同工况下有各自的相似性。二次射流对涡轮间径向速度影响不大。燃油液雾散布具有环带形的斜向高斯分布特性。研究结果与相关试验有相同规律,对UCC燃烧室的设计分析和应用有参考价值。     

柱状燃烧室内旋流喷雾过程的数值模拟

采用Eulerian-Lagrangian方法对不同空气旋流强度下柱状燃烧室内的旋流喷雾过程进行了数值模拟.空气旋转射流将诱使燃烧室内产生中心回流区和角回流区,随着旋流数S的增大,中心回流区呈轴向缩短、径向膨胀的趋势,而角回流区则逐渐减小.喷雾射流与中心回流边界层内,存在强烈的动量交换,随着轴向距离的增加,两相平均速度由多峰分布逐渐转变为单峰分布;随着旋流数S的增大,中心回流对喷雾射流的压迫作用有所减弱.旋流数S过小将造成小颗粒碰壁、燃料高浓度区集中于燃烧室前部,旋流数S过大则导致大颗粒穿透混合边界层、燃料高浓度区严重后移,都可能恶化燃烧效果.对于气泡雾化喷嘴,选取S=1.41的旋流配风装置可以取得良好的空气/液雾混合效果.     

汽车安全气囊气体发生器

汽车安全气囊气体发生器是安全气囊系统的核心部件,是一种燃烧产气装置,依靠燃烧室中的燃料燃烧产生气体而迅速充气,一般由金属壳体、气体发生剂、点火装置和过滤装置等组成。在汽车发生碰撞时,点火装置接收到来自控制部件的信号,迅速引燃气体发生剂,燃料燃烧产生的气体通过过滤装置充进气袋,使气袋迅速膨胀,以保证车内乘客的生命安全。该产品的全部作用过程可在50ms内完成。     

单轴燃气轮机模块化仿真模型及其运行特性研究

基于STAR-90仿真支撑平台,采用模块化建模思想,建立了单轴燃气轮机压气机、燃烧室、燃气透平等主要部件的动态仿真模型,模型考虑了用压气机抽气冷却透平叶片对系统的影响。以PG9351FA型燃气轮机为研究对象,对其压气机导叶转角扰动和增投燃料过程进行了仿真研究。结果表明所建立的仿真模型可以正确反映燃气轮机的运行特性。     

某重型燃机燃烧室热态流场数值模拟

为了更好地了解燃机燃烧室中燃烧过程的细节以及流场特性,以重型燃机为研究对象,建立燃烧室的三维模型,采用单步化学反应机理对该燃机燃烧室热态流场进行数值模拟。结果表明:燃烧室轴向中心截面的最高温度和最大速度约为2 500 K和120 m/s;燃烧室的速度场、温度场、反应物、生成物分布能较好地反映出该燃机燃烧室的实际情况,计算得到的出口温度分布与理论值近似,为同类燃机燃烧室的数值模拟研究提供了参考价值。     

逆向式蓄热高温空气燃烧换向的动态分析

模拟了逆向式蓄热高温空气燃烧换向的动态燃烧特性．研究表明,随着时间的推移,炉膛内火焰的最高温度降低,平均温度升高,炉膛温度变得更加均匀;随着氧气质量分数的降低,氮氧化物质量分数随时间变化产生的变化幅度减小,燃烧变化更加平稳;随着预热空气温度上升,炉膛内的最高温度和平均温度都有不同程度的上升,氮氧化物生成量也相应增加,但随着氧气质量分数降低,影响逐步减小．在燃料速度为0．25、0．5 m／s对比分析中,综合考虑了温度场、氮氧化物和二氧化碳的质量分数,在低氧条件下应优先采用燃料速度为0．25 m／s的燃烧方式．