纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体对超声速燃烧室中凹腔性能的影响

为考察纳秒脉冲介质阻挡放电(NP-DBD)等离子体对超声速燃烧室中凹腔性能的影响,在凹腔后壁面上部区域布置表面介质阻挡放电激励器产生等离子体,基于NP-DBD等离子体高斯分布热源模型,采用3维数值模拟方法研究了等离子体作用下燃烧室壁面压力、凹腔阻力、质量交换率以及燃料分布的变化。研究结果表明,NP-DBD等离子体虽然降低了对称面处凹腔后缘波系强度,但结合凹腔后壁区域温度分布特征知等离子体热效应较弱,故整个凹腔波系受到影响较小;凹腔质量交换能力获得大幅提高,其阻力则略有减小;等离子体缩小了凹腔上方燃料的分布范围,凹腔下游燃料掺混效率有小幅提升。     

多孔介质表面火焰最小稳燃空间实验研究

为考察以多孔介质壁面为进气壁面的微燃烧器的最小稳燃空间,该文以多孔介质表面平面火焰为对象,以甲烷/空气预混气为燃料进行点火及熄火实验研究。实验中采用与多孔介质表面平行的可控温铜板来模拟燃烧室壁面,详细考察了不同燃料当量比和预混气流速时,铜板壁面温度对点火距离和熄火距离的影响。实验结果表明：当量比处于0.9～1.0之间最容易点火;在相同的当量比下,随着预混气流速的增大,点火距离先逐步减小后增大。随着平板壁面温度的提高,点火距离和熄火距离同时减小,分析认为,热熄火是其熄火的主要因素。     

进口参数对等离子体点火过程影响的数值模拟

为了研究进口参数对等离子体点火过程的影响规律,建立了燃烧室等离子体点火的数值计算模型,对燃烧室内等离子体点火时的化学反应和流场进行了数值模拟。进而分析了等离子体点火器喷出的射流速度、射流温度和混合气的进口速度等进口参数的变化对燃烧室等离子体点火过程的影响规律。结果表明:在等离子体点火器喷出的高温射流进入燃烧室后,燃烧区域向上游的扩展程度远大于向下游的扩展程度,首先在上游形成稳定燃烧;等离子体射流速度对点火延迟时间的影响相对较小,但可以增强等离子体射流的穿透能力;混合气的点火延迟时间随射流温度的升高而减小,随混合气进口速度的增大而增长。     

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。     

起动机驱动过程中微型燃气轮机燃烧室变工况燃烧特性

针对起动机驱动过程,基于由单级离心压气机、贫预混旋流燃烧室、单级向心涡轮和空冷变频起动机/发电机组成的单轴微型燃气轮机样机,进行了整机实验研究,以获得燃烧室在该运行过程中的变工况燃烧特性变化趋势。研究表明:由于燃烧室内燃气温度较低,NO生成量近似为零,CO2排放浓度与燃烧效率随转速增加的变化趋势基本一致,而与CO排放浓度变化趋势正好相反。由于燃烧室出口平均温度主要受燃烧室进口空气温度、燃烧效率和当量比的影响,因此在起动机驱动过程中,燃烧室出口平均温度呈现与三者波动不一致的趋势。随着起动机转速增加,燃烧室总压恢复系数由于热阻损失和流动损失增加而减小。燃料化学反应过程不仅会影响压气机背压,并导致燃烧室进口空气温度和总压增大,而且会促使燃烧室进出口总压波动变大。燃烧室设计流阻系数在文中所涉及的运行参数和燃烧室无量纲结构参数条件下取值为35,可以满足燃烧室设计要求。     

燃气轮机燃烧室预混燃烧稳定性数值研究

为充分理解燃气轮机燃烧不稳定特性,以某型燃气轮机旋流燃烧室为模型,对其预混燃烧过程进行了数值研究。结果表明:燃料/空气当量比会影响燃烧不稳定形成过程及其压力振荡特性,燃料/空气当量比越大,触发燃烧不稳定的时间越短,燃烧室内压力脉动主频越高,压力脉动主频振幅越大;距燃烧室喷嘴越近,燃烧室压力脉动振幅越大;涡旋脉动导致的火焰面面积变化极可能是引起燃烧室压力高频脉动的主要原因。     

合成气燃气轮机燃烧室的试验研究

对某分管型燃气轮机燃烧室及其两个用于燃烧中热值合成气的改造方案在中压全尺寸试验台上进行了考核和实验研究。试验采用的等容积流率模化准则,即采用与真实燃烧室相同的尺寸、燃料、过量空气系数以及燃料和空气进口温度,而空气的总压和流量以及燃料的流量取为真实参数的1/6。试验结果表明2个改造方案的性能参数,包括燃烧效率、总压损失、出口温度分布、火焰筒壁面温度分布和火焰的稳定性(贫燃料熄火极限)都能够满足设计要求。此外,与原型燃烧室燃烧轻柴油的工况相比,2个改造方案在燃烧合成气时燃烧室主燃区的火焰筒壁面温度升高,而燃烧室的NOx排放大大降低,火焰的稳定性得到明显改善。因此保持火焰筒开孔规律不变,增大气体燃料喷射孔面积并增强旋流对燃烧室进行改造,使其能够高效洁净地燃烧中热值合成气,该方法是可行的。     

微细直管燃烧器的散热损失研究

为了解微细直管燃烧器散热损失的大小，采用内径为0.6mm的微细陶瓷管进行氧气和甲烷气体的燃烧实验，测量了微细直管外壁面的温度，研究了氧气和甲烷的总流量和质量比对壁面散热的影响，以及不同总流量下直管壁面温度的动态变化过程。研究结果表明，混合比小于当量混合比时，随着混合比的增加，燃烧放热功率增加，壁面温度升高，管壁的散热功率增加；管壁的散热量占了很大一部分燃烧放热量，文中测量的管壁散热量最大为燃烧放热量的42%；在管壁散热量中，辐射散热量占很大一部分，最大达到总散热量的65%；随着总流量的增加，燃烧反应区的长度增加，轴向的壁面温差减小，壁面升温速率增大。     

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。     

值班燃料比对环形燃烧室内NO_x生成影响的数值研究

采用数值方法分析了值班燃料比对某重型燃气轮机环形燃烧室内热力型NO_x生成的影响规律,分析表明:在一定范围内调整值班燃料比,控制燃烧室内温度及高温区分布,是降低NO_x排放的有效手段。增大值班燃料比使得值班扩散火焰温度升高,有利于燃料气流的着火与稳定燃烧,但也导致中轴线附近区域热力型NO_x生成速率升高。增大值班燃料比使得预混燃料化学当量比减小,壁面附近区域火焰温度降低、高温区范围减小,热力型NO_x生成速率降低。因此,存在最佳值班燃料比使得该重型燃机NO_x排放最低。值班火焰采用扩散燃烧方式,继续增大值班燃料比则将导致NO_x排放浓度迅速升高。     

微型缩放喷管中氢气/空气预混燃烧实验研究

在最大内径2mm,喉部内径1mm的微型缩放喷管中进行氢气/空气的预混燃烧实验,获取稳燃范围、壁面温度、火焰起始位置等燃烧特性。缩放的喷管结构相比于等直径的圆直管和T形管拓展了稳燃范围,合适的当量比下,入口流速在3.4~41.4m/s的范围内火焰根部能稳定在缩放段燃烧。壁面温度和火焰位置受到流速和当量比的双重影响。壁面温度最大值出现在燃料稍有富余,当量比为1.4时。火焰起始位置随流量的增大向下游移动,随当量比的增大先向上游移动后向下游移动。通过选择合适的当量比和流速,能控制微喷管内的燃烧温度和位置,为微推进、微喷射等系统的设计和改进提供依据。     

预燃式等离子体射流点火器特性实验研究

常用的电火花点火器对飞机空中点火包线的扩展能力有限,等离子体射流点火器能量大,能显著扩大发动机点火边界,但耗电功率大,射流刚度不足。为提高点火器点火能量,降低所需驱动功率,本文使用甲烷/空气混合气作为放电介质,设计了预燃式等离子体射流点火器,通过实验研究了预燃式等离子体射流点火器的射流特性、放电特性及光谱特性,发现增加甲烷/空气质量流量比R能显著增加射流长度,最大增幅超过160%,增加驱动电流不能有效增加射流长度,但能够产生大量CH、CN等活性粒子,利于加快反应速率,有助于点火。     

改装ΤΠΠ-210A型锅炉乏气燃烧器提高无烟煤燃烧效率

制粉系统的乏气排入炉膛,引起燃烧室断面上的热量不均匀和降低了火焰温度,是燃烧无烟煤时机械不完全燃烧热损失增大的原因之一。为了保证燃烧低于20 MJ/kg的无烟煤,稳定的着火和燃烧,必须长期用高发热燃料(重油或天燃气)助燃。     

声场作用下甲烷部分预混火焰不同当量比和流速对NOx生成的影响

采用Rijke型脉动燃烧试验台,利用火焰直拍图像、NOx采集系统,对声场作用下甲烷部分预混火焰在不同当量比和流速下的NOx生成特性进行了比较和分析.结果表明,随着当量比的增大,在3.3～4处NO排放因子(NOemissionindex,EINO)出现拐点φEI,当量比小于φEI时,EINO随当量比的增大而先增后减;当量比大于φEI时,EINO随当量比的增大而增大.当量比在2～4时,混合气流速对EINO的影响较小;当量比大于4时,EINO随着流速的增加而增加,但相对于稳态燃烧,EINO随流速增加的速率明显减小,原因在于,流速的增大致使火焰长度增加,燃料在高温区域停留时间变大,而相对于稳态火焰,脉动声场的作用使火焰长度变短.     

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。     

CH_4/O_2/He混合气体作大气压介质阻挡放电处理后其燃烧特性的改变

低温等离子体助燃技术在提高燃烧效率和拓展燃烧极限方面表现出良好的应用前景。为此,利用大气压介质阻挡放电对CH4/O2/He混合气体进行处理,对低温等离子体增强燃料燃烧的特性开展了研究。建立了介质阻挡放电助燃装置,对预混燃烧火焰图像进行采集并从中提取火焰燃烧锋面,采用本生灯法对等离子体作用下预混火焰传播速度进行测量,并与等离子体关闭时火焰传播速度进行比较分析,以此评价等离子体增强燃烧的效果。结果表明:在不同当量比(Ф)工况下,无论有无等离子体作用,随着Ф增加,火焰传播速度均先增加后减小,Ф=1时达到最大值;对CH4/O2/He混合气体进行等离子体放电处理后,其火焰传播速度在不同当量比作用下都有所增强,在当量比为0.85~1.15的范围内,燃烧速度增加17%~35%,因此可以认为等离子体对预混甲烷燃烧有显著强化作用。     

直流电源驱动的等离子体点火器的点火特性

为获得等离子体点火器点火特性,使用自行设计的等离子体点火装置,对不同进口氩气压力和工作电流条件下的等离子体点火器高温射流特性和放电特性进行了实验研究,利用光谱仪对点火器出口处的发射光谱特征进行了测量,并根据光谱特征计算了等离子体的激发温度。结果表明:等离子体点火器的高温射流长度随进口氩气体积流量的增大先增大后减小,随工作电流的增大而增大;等离子体点火器的弧电流随进口氩气体积流量的增大而减小,随电源输出电流增大而增大;等离子体点火器出口射流的激发温度随工作电流的增大而增加,随氩气体积流量的增大而减小,所得结果对等离子体点火系统在航空发动机的实际应用具有一定的指导意义和参考价值。     

当量比对干式低排放燃烧室燃烧及NO_x生成影响的数值研究

采用数值模拟方法研究了干式低排放(DLE)燃烧室的流场结构及不同当量比对燃烧室内燃烧及污染物生成特性的影响。结果表明:中心回流区的高温回流燃气形成稳定的点火源,保证了燃料的着火和稳定燃烧;随着当量比的增大,燃烧室内流场变化较小,整体轴向速度略有增加,回流区范围基本不变;温度场变化较大,高温区明显扩大,整体温度上升,出口截面温度分布出现不对称的现象,下半侧高温区域面积略大于上半侧;出口NO_x排放摩尔分数明显上升,整体NO_x摩尔分数迅速上升,中心回流区附近增幅最为明显;旋流器的导向作用使燃烧室温度和热力型NO_x分布不均;降解当量比对控制DLE燃烧室NO_x排放有利。     

脉动燃烧特性随去耦室压力的变化(英文)

给出了自激脉动燃烧系统产生的燃烧振荡的实验结果。稳定的燃料和空气供给仍能产生燃烧振荡,并且可以通过调节去耦室压力来控制燃烧振荡,而不需要机械阀或空气阀。风机用于控制去耦室内相对压力,调节范围从-10～10kPa。测量了燃烧器沿轴向的温度和压力以及尾管出口处的烟气成分。实验观察及测量表明:在功率和当量比不变时,燃烧室及尾管温度、燃烧室平均压力、燃烧器的热效率随去耦室压力升高而升高;当去耦室压力高于或低于大气压力时,尾管中的传热系数可以提高10%～28%。     

无烟煤粉经循环流化床预热后燃烧特性及NO_x排放特性实验研究

为提高无烟煤燃烧效率和降低NOx的排放,提出借助循环流化床在低空气当量比下燃烧的技术将无烟煤粉预热到800℃以上再进入到下行燃烧室中燃烧的新工艺。在小型实验台上对预热后无烟煤粉的氮氧化物排放特性进行了实验研究。热态实验以阳泉无烟煤为燃料,实验台由提供高温预热燃料的循环流化床和用于预热燃料燃烧的下行燃烧室组成。实验结果表明,预热过程中约有36.9%的煤氮被还原为N2。随着还原区空气当量比和过量空气系数的增加,NOx的排放增加;随着煤粉在还原区停留时间的增加,NOx的排放减少。煤粉预热技术和分级燃烧技术相结合能有效降低无烟煤粉燃烧中NOx的排放。实验中,预热后无烟煤粉的燃烧效率最高能达到97.5%。