高温空气燃烧NOx排放特性的试验研究

通过两种结构烧嘴的热态燃烧试验对比,研究了烧嘴结构、燃气射流速度、过量空气系数对高温空气燃烧过程氮氧化物排放的影响特性。研究结果认为:在燃气喷口两侧布置两个矩形空气喷口的烧嘴,氮氧化物排放量低于圆形空气喷口烧嘴;随着燃气射流速度的提高,高温空气燃烧过程排放的氮氧化物逐渐减少。与普通燃烧过程不同的是,随着过量空气系数的提高,在一定范围内高温空气燃烧的氮氧化物排放量不断增加。分析认为,高温空气燃烧氮氧化物排放量与火焰体积、炉内氧气与燃气混合过程以及燃气射流和空气射流对炉内烟气的卷吸量有关。     

高温空气煤粉直燃技术的数值模拟

本文通过数值计算的方法,对高温空气煤粉直燃燃烧器的多种运行工况进行了数值试验研究,分析了煤粉气流入口速度、煤粉浓度和高温空气速度等主要因素对煤粉气流着火的影响,模拟结果还可以反映出高温空气无油点火燃烧器内的流动、燃烧和传热情况。与试验数据的对比分析表明,数值模拟结果与试验数据趋势一致。研究结果对此燃烧器的结构及运行参数的优化提供了指导。     

煤粉高温空气燃烧与氮氧化物生成特性

借助循环流化床在高过剩空气系数下燃烧提供高温低氧空气的工艺,在直径为220 mm高为3000 mm的实验台上研究褐煤、烟煤和无烟煤在高温低氧空气下的燃烧特性和氮氧化物生成特性.实验结果表明,褐煤、烟煤和无烟煤在高温低氧空气下燃烧稳定性好,温度波动小;高温低氧的气氛降低了褐煤、烟煤、尤其是无烟煤燃烧的氮氧化物排放;褐煤、烟煤和无烟煤燃烧的氮氧化物排放值分别为440 mg/m3,390 mg/m3和332 mg/m3.     

高温空气燃烧炉内耦合传热的数值模拟

用自行开发的三维湍流流动、燃烧、辐射传热和NO_x湍流生成的计算程序,用离散坐标方法(DOM)模拟炉内的辐射传热并与其它传热方式相耦合,与各个输运方程共同求解,对燃烧室内的温度场进行了数值模拟.通过改变高温空气的预热温度,数值分析了高温空气燃烧炉内采用燃气直接喷射技术(FDI)的温度分布特性,检验了所采用的耦合数值模拟技术的有效性.模拟计算结果表明,提高空气预热温度,炉内温度的峰值相应增大,温度梯度降低,温度分布更均匀,火焰更长.相关的实验结果与数值预报的结果对比表明了相一致的规律.     

高温空气燃烧炉内湍流混合特性的数值研究

应用自行研发的三维流动、燃烧、传热和污染物NO_x湍流生成的数值模拟程序,对高温空气燃烧实验模型炉进行了湍流扩散燃烧混合特性的数值模拟.数值预报了燃烧室内气体燃料和空气的混合物分数及其湍流脉动的三维分布.数值研究结果表明:在一定的几何条件和气体动力学条件下,高温空气燃烧的湍流混合在更广泛的区域内以较小梯度的进行;混合物分数的脉动主要分布在燃烧区,这表明高温空气燃烧的火焰厚度更大,具有燃烧释热更趋均匀的特性.数值模拟结果与相关的实验结果有相同的规律.     

旋流喷雾燃烧的直接数值模拟

对三维旋流喷雾燃烧进行了初步的直接数值模拟,其中液滴蒸发采用无限热传导蒸发模型描述,气相燃烧采用自适应单步反应机理,液滴的跟踪在拉格朗日框架中进行。模拟结果表明,喷雾燃烧的火焰结构十分复杂,仅采用传统的非预混燃烧模型是不够的。在蒸发和燃烧共存并存在强烈相互作用的区域,组分与混合物份额之间存在着复杂的关联,这给发展精确的湍流喷雾燃烧模型带来了挑战。     

分流技术强化超声速混合及燃烧的数值模拟

本文提出一个利用分流技术强化超声速横侧射流混合及燃烧的新方法,即通过一个细小通道连通燃料喷口上下游,上游高压流体部分分流到下游,从底部抬高燃料穿透深度.应用修正可压缩性的 k-ε湍流模型,对不同喷射压力下冷态及燃烧流场进行数值模拟.有无采用分流技术的结果对比表明,分流技术能有效增大混合效率和燃烧效率,分流孔位置是一重要影响因素.观察到两类强化混合及燃烧的机制,合理布置分流孔位置可使燃烧效率相对提高 25% 以上.     

不同工况下旋流液雾燃烧的直接数值模拟

采用有限差分方法对不同工况下三维旋流液雾燃烧进行了直接数值模拟,其中液滴的跟踪在拉格朗日框架中进行,液滴的蒸发相变采用无限热传导蒸发模型描述,气相燃烧采用自适应单步反应机理,模拟中采用的模型燃烧器尽可能逼近真实的燃气轮机旋流燃烧器.结果发现,旋流液雾燃烧流动和火焰结构受到旋流方式和当量比的影响,流场中出现了反平行排列的...     

超音速氢气燃烧火焰结构特性的直接数值模拟

在课题组前期工作的基础上,对一马赫数为1.2的三维超音速氢气射流抬升火焰进行了直接数值模拟研究,其中空间离散采用波带优化的四阶WENO格式,时间积分采用带有TVD性质的三步三阶龙格库塔格式,边界条件采用了无反射特征边界条件,总的计算网格数达到9.75亿。结果表明:超音速射流氢气燃烧火焰可分为根部层流状的高温高热量释放率稳燃区、高度褶皱的湍流剧烈混合区和远场燃烧区。火焰自燃稳燃点出现在喷口附近的x/D=0.86处,对应着最易反应混合分数。在此下游,预混燃烧和扩散燃烧两种模式同时存在,其中在剧烈混合区和远场区火焰以扩散燃烧为主,但在火焰根部的局部区域预混燃烧热量释放率达到35%左右。     

甲烷微尺度催化燃烧的数值模拟

本文联合使用计算流体力学软件FLUENT和可以计算表面反应的化学反应动力学软件DETCHEM对有逆流换热的微尺度燃烧器进行了数值计算。计算中忽略空间反应。燃料-空气混合物的当量比为0.4,反应器壁面采用等温边界条件。计算结果表明,采用催化燃烧可以实现微尺度下通常情况下无法实现的甲烷稳定燃烧。通过适当设置催化表面,可以实现燃料低温、高效转变。甲烷的总转变率受流动状态、反应温度和催化表面的大小等因素的影响。     

预热温度影响甲烷高温空气燃烧特性的数值分析

为了深入认识近年发展起来的一种新型燃烧技术－高温空气燃烧的机理和超低氮氧化物排放特性,本文将扩散燃烧模型、热力ＮＯ生成模拟与完全湍流Ｎ－Ｓ方程相结合,数值研究了甲烷高温燃烧的火焰特性、空气预热温度对燃烧特性和ＮＯ排放浓度的影响规律。研究结果与实验数据符合良好,为在我国发展这项技术提供了依据。     

燃煤锅炉燃烧过程与NOx排放的模型与数值计算

本文以一台前墙布置有24只旋流燃烧器的350 MW燃煤电站锅炉为研究对象,对锅炉在100%、95%、85%、70%和50%额定负荷下的流动、燃烧和NOx排放进行了全炉膛数值模拟。模拟结果与锅炉运行和实测数据进行了全面比较并发现,除50%负荷外,其余工况两者符合情况良好。文中提出并采用了NOx模拟中相关的模型参数;对炉内空气量、炉温与NOx生成关系的计算结果表明, NOx的最终排放对温度的敏感性更强。     

燃气轮机燃烧室空气加湿燃烧的实验研究

空气加湿燃烧是HAT循环的关键技术。本文通过中压全尺寸燃气轮机燃烧室空气加湿燃烧实验,研究了加湿度对燃烧特性的影响。实验中发现,燃烧室内温度分布、出口温度场、污染物生成(即NOx、CO、UHC)及燃烧稳定性都受到加湿度的影响。研究结果表明,空气加湿燃烧导致NOx排放显著下降, CO和UHC排放略有上升,燃烧室中压力振荡的频谱产生了变化,燃烧室出口温度场畸变加剧。作者从水蒸气影响燃烧的机理出发对实验结果进行了分析和解释。     

锂（1）／六氟化硫（g）气—液浸没有反应射流和燃烧的数值研究

本文对Ｌｉ（１）／ＳＦ６（ｇ）气－液浸没有反应财流流动和燃烧采用单流体模型及ｋ－ε－ｇ湍流燃烧模型进行了数值研究。针对现有研究的一些不足，本文在物理平面内采用全隐向后积分及乘方格式差分求解了基本方程。得到了速度、温度、密度和气相体积分数等物理量比较合理的详细分布及穿透区形状。从而较深入地揭示了气－液浸没有反应射流流动的流动特征。并由计算结果给出了穿透区长度与其主要影响因素之间的关系式，与相关的一些实验结果是一致的。     

直喷式柴油机燃烧数值计算研究

以KIVA-3为计算平台,对4气门直喷式柴油机的早喷燃烧、预喷燃烧和传统燃烧三种燃烧方式工作过程进行了模拟计算,得以下结论:早喷燃烧方式因喷到缸壁的油量较多,受进气涡流影响较少,同时利用喷射效应改善缸内氧气分布,因此早喷燃烧比较完全。预喷燃烧方式仍以扩散燃烧为主,预喷油燃烧改变了主喷初期油注周围的组分分布与温度分布,从而改变主喷燃油的燃烧历程。进气涡流造成的缸内流场不均匀性是影响传统燃烧方式燃烧不完全的主要因素之一。     

溶有CO2燃油发动机NOx和碳烟排放的数值研究

本文在KIVA程序的基础上,建立了溶有CO2燃油低温着火模型、碳烟模型,修改了油滴的蒸发模型,并根据实测数据对溶有CO2燃油在缸内的喷射、蒸发、燃烧和燃烧排放物的生成过程进行了数值模拟,溶气燃油喷射时CO2析出过程产生的"微爆"作用促进了燃油的雾化,计算表明溶气燃油喷射形成的可燃混合气分布更均匀,从而改善了缸内局部高温和氧浓度分布不均的条件,减少了NOx和炭烟的生成.     

爆炸聚能压缩装置的研究

 用流体网格法（Fluid in Cell）对气体在锐角几何条件下的压缩做了二维轴对称不定常流体动力学数值模拟。研究了压缩室内气体的侧向及轴向压缩规律；讨论了导出管中高温等离子体的流动特性；给出了等离子体参数的空间分布及随时间变化的定量数据；研究了结构几何尺寸及气体介质初始密度对最终参数的影响，并与文献报道的实验数据作了比较，结果基本符合。