燃气轮机合成气燃烧室燃料气加湿实验研究

本文针对一种燃用合成气的40MW级燃气轮机燃烧室,进行了该型燃烧室的全压燃料气蒸汽加湿试验研究,得到了燃烧室在基本负荷下随加湿量变化污染物排放、燃烧室内动态压力、火焰筒壁面温度等重要参数的变化规律,分析了燃料气加湿对燃气轮机总体性能、污染物排放、火焰筒壁温及燃烧稳定性方面的影响,探讨了燃料气加湿对合成气燃烧中Nox生成的机理性作用. 研究表明燃料气加湿是降低燃用合成气的燃气轮机氮氧化物排放的有效方式.     

不同喷嘴结构合成气燃烧室动态特性的实验研究

通过中压全尺寸燃气轮机燃烧室测试平台的合成气燃烧试验,对单喷嘴和多喷嘴燃烧室的动态特性进行了比较分析.在本文的测试工况下,燃烧室没有产生强烈的热声振荡,所有的燃烧过程都很稳定,说明喷嘴的设计是合理的.多喷嘴燃烧室在相似工况下动态压力幅值比单喷嘴燃烧室要小一半以上,功率谱曲线相对平滑,说明多喷嘴燃烧室确实能降低燃烧噪声....     

微平板式燃烧室内催化燃烧的试验研究

采用催化材料铂加工的微平板燃烧室,与碳化硅材料加工的微平板燃烧室在相同条件下进行了试验对比,分析了不同流量、不同当量比和不同燃烧室尺寸条件下催化燃烧对微燃烧性能的影响。试验结果表明,同样流量下,采用催化燃烧时的外壁面测点温度均比采用无催化的碳化硅燃烧室的高,且温度分布更均匀;不同于无催化的碳化硅燃烧室,铂加工的燃烧室在当量比为1时内部燃烧已经比较充分;催化燃烧能提高微尺度燃烧的稳定性,扩展燃烧极限。     

JF12激波风洞高Mach数超燃冲压发动机实验研究

针对高Mach数（Ma ≥ 7）超燃冲压发动机高气动阻力下的燃烧组织问题,提出一种双突扩燃烧室结构方案.使用数值模拟方法考察了射流与双突扩燃烧室组合方式的混合燃烧特性.设计了双突扩超燃冲压发动机模型,在力学研究所JF12长试验时间激波风洞内,开展了Ma=7.0和Ma=9.5的氢燃料点火和燃烧试验对比.在风洞有效试验时间100 ms内,实现了Ma=7.0和Ma=9.5超燃冲压发动机的成功点火与稳定燃烧.在Ma=7.0情况下,进气道采用三维压缩,燃烧室入口设计Mach数Ma_c=2.5,壁面压力分布实验结果显示燃烧放热靠近燃烧室扩张段上游;在Ma=9.5情况下,进气道采用二维压缩,燃烧室入口设计Mach数Ma_c=3.5,由于燃烧室流动速度特别高,燃烧放热靠近燃烧室扩张段下游.      

压缩比对缸内热化学燃料改质发动机的影响

本文基于一台四缸点燃式涡轮增压天然气发动机,在第四缸进行加浓燃烧并将其排气(重整气)直接引入进气总管,以实现缸内热化学燃料改质。在此基础上开展了11和13压缩比下的缸内热化学燃料改质过程和整机燃烧与排放特性的研究。研究发现,压缩比增加,第四缸循环变动降低,重整气中CH4含量减少而H2和CO含量增加,缸内热化学燃料改质过程得到优化。同时,提高压缩比会使有效燃气消耗率降低,缸内最高燃烧压力增加,滞燃期和燃烧持续期缩短,整机稳定性增强。然而压缩比的增加引起THC排放增加。高压缩比下CO排放在小负荷时较低,在大负荷时较高。而NOx排放在第四缸当量比较低时随压缩比增加而增加,但在第四缸当量比较高时随压缩比增加而降低。     

超音速等离子体点火过程的三维数值模拟

为了研究等离子体点燃超音速混合气流的过程,设计并验证了超音速燃烧室的三维计算模型,计算出了燃烧室等离子体点火时的流场参数和化学反应规律,分析了等离子体点火对燃烧室内燃烧的影响。计算结果表明:高温等离子体射流的滞止作用通过增加混合气在燃烧室内的停留时间提高了点火效率; 等离子体点火时燃烧区域的压力扩散比较充分,内部为压力相对平衡的低速流动; 高温等离子体射流高速射向混合气流时产生的速度矢量偏移扩大了点火面积,从而使点火效率得到提高; 氢气、空气燃烧的燃烧产物主要是水,燃烧区域局部温度主要受局部放热反应的影响。     

在燃气轮机试验燃烧室内提高水煤浆燃烧强度的途径和燃烧效率的测定

本文给出了一个卧式常压燃烧装置,以CWS为燃料的试验研究结果。并根据本装置结合CWS的燃烧,给出了通过测量燃烧室出口烟气中CO_2％,以计算出燃烧效率的方法。     

多孔介质中液体喷雾燃烧的实验研究

本文通过自行研制的多孔介质燃烧实验系统,研究了液体燃料在热多孔介质中的燃烧可行性及其燃烧特性.燃烧系统包括燃烧室、供气系统、供油系统和测量系统等,该系统分别以气体和液体作为燃料,先通过多孔介质内的预混合燃烧对多孔介质固相进行预热,然后喷入液体燃料,实现燃烧,实验证实了液体燃料在热多孔介质内汽化及自维持燃烧的可行性,并讨论了空气量和喷油量等对燃烧室温度的影响.     

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。     

基于乙烯或氢气的吸气式旋转爆轰发动机实验

基于氢气的旋转爆轰发动机研究较多,而碳氢燃料与空气混合较为困难,导致基于乙烯的旋转爆轰发动机燃烧技术难度很高.使用宽视野范围的可视化燃烧室观察旋转爆轰波的研究在国内尚未开展.在同一燃烧室内进一步开展了乙烯或氢气的吸气式旋转爆轰实验,来流总温为283~284 K,燃烧室壁面有140°石英玻璃观察窗,便于观察旋转爆轰波运动过程.空筒燃烧室爆轰环腔外径为100 mm,轴向长度为151 mm.燃料通过150个直径0.8 mm圆柱孔进入燃烧室,空气通过喉部1 mm宽的收敛扩张环缝流入环腔.高速摄影和低高频压力传感器均验证了旋转爆轰波的存在和速度值.以氢气为燃料的旋转爆轰波速度最高可达理论值的101%,爆轰波增压效应可达40%左右,乙烯旋转爆轰波速度可达理论值的89%.旋转爆轰波结构容易发生变化,不规则.氢气旋转爆轰的维持对燃烧室的结构要求比碳氢燃料要低,比乙烯旋转爆轰波更加稳定.      

雾化角对液体火箭发动机燃烧室压力振荡的影响

针对液氧/煤油火箭发动机模型燃烧室实现了三维非稳态两相燃烧过程的数值模拟,得到的燃烧室截面平均压力和平均速度与实验吻合。在初边值条件不施加任何扰动的情况下,得到了燃烧室压力自激振荡过程,并研究了液氧和煤油喷嘴雾化角对燃烧室压力振荡的影响。计算结果表明:当雾化角为40°或120°时,由于燃料与氧化剂喷雾锥重叠区域较小或较大,导致了推进剂混合很差或很好,不易在燃烧室头部出现局部爆炸性的可燃混气团,致使燃烧室压力振荡强度较弱;而当雾化角为中间值65°时,易于出现爆炸性的可燃气团并导致剧烈的压力振荡,使燃烧室中出现燃烧不稳定性。因此,雾化角的合理设计是抑制燃烧不稳定性的一种途径。     

烧蚀支板对超燃冲压发动机燃烧室性能的影响

为了提高超燃冲压发动机燃烧室的性能,本文提出了燃料喷注支板与烧蚀支板组合的燃烧室新方案,并研究了新方案对超燃冲压发动机燃烧室性能的影响。相比于单燃料喷注支板方式而言,加入烧蚀支板后,虽然燃烧室内的总压恢复系数有所下降,但燃烧室内燃料与空气的混合效率、燃烧效率均有显著提高,燃烧效率的提高弥补了燃烧室内总压损失所带来的机械能损失,使得燃料喷注支板和烧蚀支板组合方式下的燃烧室比冲高于单燃料喷注支板时的比冲。     

DME/LPG混合燃料HCCI燃烧模拟

根据碳氢燃料化学反应系统具有层次结构的特性,本文通过分析二甲醚(DME)与液化石油气(LPG)的详细化学反应机理,构建了反映DME／LPG混合燃料均质压燃(HCCI)燃烧的详细化学反应机理．采用该机理应用单区燃烧模型对DME／LPG混合燃料HCCI燃烧的化学反应动力学过程进行了数值计算．计算结果与试验结果对比表明,所构建的DME／LPG混合燃料氧化的详细化学反应机理能够准确预测DME／LPG混合燃料的两阶段放热特性,对低温和高温着火始点的预测很好;但高温反应过程预测欠佳,高温反应机理需要改进．     

重型合成气燃气轮机掺烧高氢弛放气的实验研究

中国首座煤气化之多联产示范工程已经运行2年多,基于该系统迄今累积的运行实践,计划将甲醇合成过程产生的弛放气掺入合成气中供给燃气轮机作为燃料,以达到优化工艺流程和节能减排的目的。燃气轮机燃料的改变,需要修改合成气喷嘴并进行燃烧室性能试验,本文在中压全尺寸燃烧室试验台上,对该型合成气燃烧室(修改型)掺烧高氢弛放气进行了燃料耐受性试验。试验结果表明,燃烧室头部锥罩温度和火焰筒壁温都位于允许的范围,燃烧室出口温度场品质有略微降低,燃烧稳定性有略微改善,NO_x排放浓度呈现增加趋势。     

AVC中钝体布置与燃烧室流动特性研究

先进旋涡燃烧室具有高燃烧效率、低污染物排放和总压损失小等优点,其性能明显优越于其他贫燃料预混合燃烧设备.本文对不同钝体布置方式下,先进驻涡燃烧室中三维冷态气流的流动特性进行了数值模拟研究,得出了燃烧窜流阻、驻涡结构及其稳定性受前、后钝体距离和后钝体宽度两个几何参数影响的规律,为对先进驻涡燃烧室流动和燃烧特性的深入研究打下了基础.     

微型摆式发动机内丙烷/空气单次燃烧实验研究

在厘米尺度百瓦级微型摆动式发动机样机上进行了单次燃烧实验,燃用当量比φ=0.9~1.2的丙烷/空气预混合气时,对燃烧室内的火焰传播形态、气体动态压力和摆臂运动进行测量,获得了平均火焰传播速度、燃烧持续时间、燃料质量燃尽率、压力和摆臂止点角度随当量比变化的规律特性。结果表明:在进气初始温度300 K、压力0.13 MPa条件下,φ=1.0~1.2工况时,微摆发动机内燃烧为湍流燃烧,燃烧持续时间在5 ms以内,压力峰值高于8个大气压;随当量比增加,燃烧持续时间缩短、平均火焰传播速度加快和压力峰值升高,更接近定容燃烧,有利于提高输出功率。     

不同燃烧当量比对二甲醚燃烧的影响研究

利用分子束质谱结合真空紫外同步辐射光电离技术研究了低压层流预混二甲醚/氧气/氩气火焰.通过测量火焰物种的离子信号强度随燃烧炉位置的关系曲线,计算了主要火焰物种的摩尔分数曲线.分析了燃料当量比(φ)为0.8,1.0和1.5时主要火焰物种的摩尔分数曲线,阐述了燃烧当量比对低压层流预混二甲醚/氧气/氩气火焰化学结构的影响.研究为进一步认识二甲醚燃烧提供了实验数据.     

含湿量对甲烷湿空气自热重整积碳特性的影响

微动力装置中碳氢燃料催化燃烧被认为是有效的方法,但燃烧室内燃料催化重整普遍存在由积碳导致的催化剂失活等问题.本文采用数值方法研究了微细腔中甲烷湿空气在镍基催化剂上的自热重整反应,重点分析含湿量对甲烷自热重整反应及积碳特性的影响.结果表明:含湿量将增强甲烷重整反应;自热反应散热量和表面积碳浓度均随含湿量增加而降低.混合物...     

进气温度对微燃机燃烧室燃烧特性的影响分析

本文通过实验研究了在保持微型燃气轮机燃烧室出口排气温度不变的情况下,改变进口空气温度对燃烧室燃烧特性的影响.结果表明,随着燃烧室进气温度的增大,燃烧效率提高,燃烧室出口温度不均匀性系数减小,热阻增大,总压恢复系数有所降低.同时,实验结果还表明,随着燃烧室进口空气温度的增大,燃烧室出口处CO及未燃烬碳(UHC)排放浓度显著降低,但NO排放浓度则增大.根据实验结果,本文还分析了进气温度的改变对燃烧室燃烧特性的影响规律,为今后微型燃气轮机燃烧室的研制及改进提供了参考依据.     

熔融盐循环热载体无烟燃烧体系的选择

介绍了一种全新的燃烧系统-熔融盐循环热载体无烟燃烧技术。本技术将燃料与助燃空气的燃烧分为氧化剂的生成和燃料与氧化剂接触反应两个过程。并且这两个阶段通常在两个反应室中进行,在氧化剂生成室,空气中的氧全部被氧载体吸收,剩余的高纯度氮气则被回收利用;在燃烧室,氧载体把自身的一部分或全部氧传递给燃料,完成燃烧过程。在燃烧室中,若燃料完全反应,那么只有高纯度的CO2生成,也可以直接回收用作化工原料。因为N2从燃烧系统中分离出去,且硫和重金属元素被熔融盐吸收而不被烧掉,所以燃烧过程没有NOx、 CO2、和SO2等污染物的排放。本文对几个典型的无烟燃烧系统进行了分析,并与传统燃烧过程进行了比较,对熔融盐循环热载体无烟燃烧体系的选择具有指导意义。