旋流条件对燃气轮机叶片流动传热特性的影响

燃烧室出口旋流度对透平一级静叶的流动传热有影响。本文对RANS模型应用于旋流计算中的效果进行研究,并分析燃烧室出口旋流形式和强度。针对实心叶片以及全气膜冷却叶片进行分析,研究了不同强度旋流条件对于叶片和气膜冷却系统覆盖效果的影响。结果表明:燃烧室出口旋流形式分为"C"型和"O"型,强度范围0.～0.8。旋流使叶片表面传热局部有增加,流动损失增加。旋流强度对气膜冷却系统有一定影响,前缘的冷却受影响较为显著。     

基于FGM的旋流预混燃烧室超大涡模拟

针对航空发动机燃烧室等复杂工程中的预混燃烧问题发展高精度、高效的数值预测方法,本研究发展了火焰面生成流型(FGM)详细化学反应建表方法结合超大涡模拟方法(VLES),对工程中的GE LM6000预混旋流燃烧室燃烧开展了高精度数值研究,并与实验结果进行了比较。计算结果表明,VLES-FGM方法可以较准确地预测出旋流预混燃烧室内的流场及温度场分布。为了进一步模拟航空发动机真实的燃烧工况,对原始单头部燃烧室使用周期性边界条件来类比全环燃烧室。计算结果表明,VLES-FGM方法计算得到的周期性燃烧室流场回流区相比较固壁边界燃烧室较小,并且固壁边界燃烧室温度场具有明显的颈部结构,燃烧室下游的高温区分布更为均匀。本文计算结果表明基于FGM燃烧模型的自适应湍流模拟方法VLES对于模拟复杂航空发动机相关的旋流预混燃烧具有很大的应用潜力。     

一次风旋流数对燃烧室内湍流燃烧与NOx生成的影响

本文在分级进风旋流燃烧室的实验装置上进行了湍流燃烧的实验研究。测量了在不同的一次风旋流数下,气体的时均温度、O2、CO2、CO和NO浓度的分布。利用实验测量结果分析了一次风旋流数对燃烧室内湍流燃烧及NOx生成的影响。     

燃气轮机合成气双旋流非预混燃烧室的设计及实验测试

本文针对上海交通大学25 kW燃气轮机性能试验台的合成气燃烧室开展了设计研究,完成了燃烧室样机的加工与实验测试。研究过程中,首先对合成气燃烧室开展了结构设计;采用双旋流结构的燃烧器进行合成气燃烧火焰组织;采用了燃烧室头部贫燃方式(低当量比)设计以保证燃烧室低排放特性;利用双层壁冷却方式进行火焰筒壁面冷却。在燃烧室结构设计的基础上,利用数值方法系统分析了合成气双旋流非预混燃烧室工作特性,完成了合成气非预混母型燃烧室的设计优化。根据优化方案,完成了燃烧室样机的加工、安装,并进行了实验性能测试。实验结果表明实验工况该燃烧室燃烧稳定,NO_x排放小于25 mg/m~3@15%O_2。     

管内旋流器燃烧流场的数值研究

一、引言 Andrews等人已对用于燃气轮机燃烧室的轴向旋流器进行大量的试验研究。实验结果表明旋流可增强火焰稳定性和燃烧强度,降低氧化氮NO_x的污染。为了更好地了解旋流器的燃烧机理和对此种稳定器进行最佳设计,本文对它的燃烧流场进行了数值研究。     

旋流燃烧室内同向和反向旋转射流湍流流动的数值模拟

针对发展高效低污染旋流燃烧技术的需要,对旋流燃烧室内两股同轴旋转射流相互作用的湍流旋流流动进行了数值模拟.计算中采用了一种新的代数Reynolds应力模型和QUICK离散格式.在两股射流同向旋转和反向旋转两种条件下,将模拟得到的燃烧室内湍流旋流流动的时均气体轴向速度场、切向速度场和静压场与实验数据进行了比较.     

湍流旋流燃烧与NO_x生成的实验测量

本文设计了采用分级进风方式的旋流燃烧室,建立了湍流旋流燃烧热态实验装置系统。对分级进风旋流燃烧室内的湍流燃烧与NO_x生成进行了实验测量,获得了在不同的分级进风流量比率即二次风率下燃烧室内气体温度和O₂.CO₂、CO与NO浓度的分布。     

旋流燃烧室内湍流燃烧的PDA实验研究

本文建立了采用分级进风的旋流燃烧室实验台，实现了用三维激光粒子动态分析仪（ＰＤＡ）测最湍流旋流燃烧的热态瞬时速度场。在一次风旋流数为０．６９的工况下，衍到了燃烧室内气体时均轴向与切向速度和轴向与切向脉动速度均方根值的分布。     

分级进风对旋流燃烧室内湍流燃烧的影响

本文在分级进风旋流燃烧室的实验台上,测量了在不同的分级进风比率或二次直流风率条件下,湍流旋流燃烧的时均温度场、O_2、CO_2、CO和NO浓度场的分布。通过实验测量结果分析了分级进风对旋流燃烧室内湍流燃烧过程及NOx生成的影响。     

QUICK格式在湍流旋流流动数值模拟中的应用

为研究不同精度的离散格式对湍流旋流流动数值模拟结果的影响,同时应用QUICK格式和混合格式对同轴射流旋流燃烧室内的湍流流动进行了数值模拟.在采用k-ε湍流模型的条件下,QUICK格式计算得到的燃烧室内气体轴向与切向速度及轴向脉动速度均方根值分布与实验数据符合较好,而混合格式给出的数值模拟结果则与实验有一定的偏差.     

柴油机加氢降低多环芳烃的数值研究

为实现柴油机节能减排目标,结合燃料热解方法向柴油机中加入微量氢气是一种新思路.本文以数值研究方法,基于简化的包含多环芳烃生成的正庚烷氧化反应机理,通过三维CFD模拟方法研究了不同微量氢气添加量下柴油机燃烧室内的温度、压力曲线,以及典型多环芳烃生成曲线.计算研究结果表明,加入适当的微量氢气明显改善了柴油机燃烧室内的燃烧特性,并且可以使多环芳烃排放水平在一定数量级程度上得到减少.     

高温环境下柴油喷雾的燃烧特性

在高增压柴油机及陶瓷隔热柴油机的研制中，往往因柴油机燃烧室内压缩终了的温度参数较高（一般＞９００Ｋ），燃烧过程恶化，而导致达不到预期的功率、燃油经济性与排放指标。本文概括了我们在定容燃烧装置中模拟高强化柴油机燃烧室内的高温高压条件下，对柴油喷雾燃烧过程的研究结果。利用计算机对高速摄影图象处理并结合热力学分析计算，定量地考察了温度条件对着火，火焰发展和空气卷吸过程的影响，根据实验结果总结了柴油喷雾在高温条件下燃烧过程恶化的重要原因。     

旋流杯燃烧室流场的数值与试验研究

本文在任意曲线坐标系下对旋流杯环形燃烧室冷态和两相燃烧全流程流场进行数值研究。采用RNG k-ε湍流模型,EBU-Arrhenius燃烧模型和六通量辐射模型模拟湍流燃烧过程;采用颗粒轨道模型模拟两相流动。为了验证数学模型与计算方法,本文还采用PIV测量燃烧室火焰筒内冷、热态流场,利用温度耙测量燃烧室出口温度径向分布,所得的计算值与试验数据符合较好,表明所用的各数学模型合理、计算方法可行,所得研究结果可为该类燃烧室的优化设计提供有用的依据。     

多点喷射燃烧室冷态流场特性研究

首先用可实现κ-ε湍流模型(RKE)和雷诺应力湍流模型(RSM)对双径向旋流杯下游流场进行数值模拟,并将计算结果与实验值对比.结果显示,在大部分区域计算值与实验值比较一致,RKE模型和RSM模型的最大误差分别为5%和3%,RKE模型可以用于旋流杯燃烧室计算.此后,用RKE模型对单头部燃烧室和多点喷射燃烧室的流场进行数值模拟.对于同样的燃烧室衬套结构,多点喷射燃烧室旋流器出口附近每个旋流器都有各自的回流区,并在下游逐渐融合,在主燃孔附近多点喷射燃烧室和单头部燃烧室的回流区结构类似.对于同样的多点喷射燃烧室头部,没有主燃孔时,回流区在原主燃孔位置前结束,有主燃孔时,单个的回流区在主燃孔附近又形成新的回流区.     

管内非限制性旋流运动特性的研究

本文应用实验方法和数值分析研究了具有不同初始旋流强度的气流在圆管内的旋流特性,得出了不同雷诺数下、沿管子长度不同截面上的速度分布、旋流强度及其衰减规律。数值分析结果与实验资料符合良好。     

旋流多级气动喷嘴设计和喷雾特性研究

本文针对可调加热器用燃烧室的需要，设计了两种新型旋流多级气动雾化喷嘴，并对雾化性能进行了实验研究，探讨了影响喷雾特性的主要因素，评价了喷雾场．研究了最佳喷嘴结构形式，在模拟工况下雾化性能良好，适合小流量燃烧室工作需要，ＳＭＤ接近 ２５ μｍ．     

一种抵抗旋流扰动的端壁气膜孔分布

旋流发生器被广泛用在贫燃式燃烧室中稳定火焰和减少NO_x的排放。透平进口的强旋流会吹离传统横排式布孔的端壁上附着的冷却气膜,降低冷却效率。为了抵抗旋流对端壁气膜的吹离作用,参考沿等压线布孔的冷气孔设计准则,用CFD手段优选出一种端壁冷气孔布置方案。实验证明,当吹风比在一定范围内,优选方案的端壁气膜冷却效果比横排布孔的端壁更好,而且受旋流扰动的影响更小。     

旋流排气管的一维非定常流动计算

动力机械装置中广泛存在着非定常旋流流动现象．本文根据质量、动量、能量和旋流动量矩守恒方程，建立了管内非定常旋流流动的一维计算模型，并应用特征线方法推导出了其数值计算格式，是管内非定常一维流动计算的扩展．应用于一台四缸涡轮增压柴油机旋流排气管的计算，通过与实测压力波的比较，表明计算模型有较好的计算精度．     

混合时间对燃烧稳定性影响的实验研究

燃烧振荡是不稳定燃烧过程与燃烧室内声波耦合产生的一种现象,在燃气轮机的贫预混燃烧室中较为常见,其发生易损坏燃烧室结构及缩短运行寿命。本文通过模型燃烧室进行系列实验研究燃料与空气的混合时间对旋流预混燃烧稳定性的影响规律。实验中通过改变预混长度和空气流速来改变混合时间,通过变当量比获得燃烧振荡与稳定的范围。实验结果表明混合时间对燃烧稳定性有重要影响,仅当混合时间处于一定区间内时才有可能发生燃烧振荡,发生燃烧振荡的当量比范围也与混合时间有关。本文同时还研究了燃烧振荡频率、振幅与当量比和空气流速的关系。     

燃气透平进口旋流对热斑迁移及动叶热负荷影响的研究

燃烧室出口旋流及热斑对下游透平叶栅气热特性产生显著影响,本文针对该现象,研究受不同方向和不同进口时序位置的旋流影响下的燃气透平内热斑迁移规律及动叶热负荷特性。结果表明:叶片压力面侧流速较低,流动方向较容易被改变,反向旋流与通道涡的联合作用使热斑核心区向上端壁迁移,而正向旋流作用相反,但两种旋流均使热斑核心区径向范围减小,周向范围增大;旋转的动叶通道使进入的残余旋流因掺混而迅速削弱,对热斑高温流体的径向驱动能力减弱;当热斑与旋流正对流道中心时,并未受到静叶前缘的切割,形态保持相对稳定,且核心区的径向范围较大;进口旋流的存在削弱了进口时序位置的影响,旋流方向对热斑迁移及动叶热负荷的作用更为显著。