燃料供给方式对稀态预混燃烧特性的影响

稀态预混燃烧技术已被用于工业燃气轮机,其NO_x排放可低于50 mg/m~3,然而容易发生热声振荡问题。本文通过数值模拟和实验结合的方法研究了燃料供给方式和值班比对燃烧室动态和污染物排放特性的影响。模拟表明:三种燃料供给方式使燃烧室内呈现出三种典型的燃料分布形式。实验表明:当值班比由0%增加到15%时,NO_x排放近似线性增加,而热声振荡的声压级会先升高而后降低。结果表明预混段内的燃料分布对污染物和热声振荡产生具有很大影响。     

湍流预混火焰中的浮力效应

本文利用数值模拟研究了浮力对湍流预混V形火焰平均速度场的影响,发现浮力效应主要体现在远场区域,而在火焰刷附近非常有限;利用落塔和 OH-PLIF 方法在正常重力和微重力下观测了火焰皱褶,发现浮力压制火焰皱褶的程度与湍流强度密切相关。分析表明斜压机理是浮力影响火焰皱褶的重要原因。     

甲烷-空气湍流预混V形火焰特性的数值模拟

应用RNG K-ε湍流模型和EBU-Arrhenius燃烧速率模型,模拟了湍流预混V形火焰的起燃过程。数值模拟首先得出了圆柱形稳定杆后的卡门涡街,并进一步给出了火焰锋面在传播中的特征。在火焰点燃的初期,火焰的形状受到稳定杆尾流的卡门涡街的很大影响。随着火焰向前传播,涡街渐渐消失。火焰锋面的传播过程与差分干涉方法得到的实验测量值吻合较好。     

微型燃烧器预混腔内催化重整、积碳及流动特性模拟

因微型燃烧器内微尺度燃烧易熄火,燃烧效率不高,存在催化重整过程中的积碳、微尺度等问题,可利用甲烷和湿空气中水蒸汽预混催化重整产氢来强化燃烧,对预混腔内催化重整,积碳及流动特性进行模拟,探讨了微型预混腔中甲烷、水蒸汽重整过程中水碳比、质量流量和催化壁面温度对催化重整、积碳、流动等的影响.     

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。     

突扩燃烧室湍流预混反应流的数值模拟

对突扩燃烧室这一典型工程燃烧装置内的湍流预混反应流进行了数值模拟。时平均控制方程组的封闭采用k-ε湍流输运模型和EBU-Arhenius湍流反应模型。模拟结果给出了突扩燃烧室内湍流预混反应流的气体时均流场、组分浓度场与温度场的分布。通过数值模拟结果与实验的比较对EBU-Arhenius模型进行了讨论与评价。     

辐射传热对微重力环境下预混火焰传播特性的影响

1引言在火焰中，辐射过程是一种重要的传热方式。对该过程尽可能精确的计算，对于改进燃烧设备的设计、改善设备的运行性能十分有益。在正常重力环境下，与其它的释热现象相比，预混火焰中的辐射热损失十分微弱，因而，过去对预混火焰的分析中，往往忽略了辐射热损失的影响。近年来，对微重力（ug）环境下的预混火焰的研究结果表明，可燃极限与＃s最小点火能无关，自媳灭火焰（SEFs）发生时；其释放的能量比通常观察到的点火极限时的能量大几个数量级山，因此火焰伸张并不能解释“g环境下观察到的实验结果，辐射热损失可能是影响＃g火焰可…     

双层多孔介质内预混燃烧的实验和二维数值模拟

对双层多孔介质燃烧器内丙烷/空气预混燃烧进行实验和数值研究.实验对多孔介质燃烧器内固体温度场分布进行测量分析;数值计算利用商业软件FLUENT6.2,通过添加用户自定义标量方程和用户自定义函数,对有壁面散热的双层多孔介质内预混燃烧进行了二维模拟,并与实验结果进行了比较.结果表明,双层多孔介质燃烧器具有良好的稳定燃烧范围和较低的污染物排放;壁面散热对多孔介质燃烧的影响不可忽视.     

预混燃烧中CMC亚模型的先验性分析

本文用直接数值模拟的方法对各项同性湍流中的H_2/air平面火焰进行了研究。模拟了当量比分别为0.6和1.0的两种预混火焰,采用了9种组分19步反应的详细机理.对预混燃烧中的CMC亚模型进行了先验性分析.发现clipped Gaussian和Beta function两种方法都能定性描述过程变量的概率分布,但是Beta function的结果与直接数值模拟更接近.AMC和Girimaji两种模型都能较好地模拟标量耗散率的条件平均分布,在贫燃的情况下模型预测的结果更接近直接数值模拟的结果。     

基于AdapChem方法的甲烷预混和非预混燃烧数值计算

采用自适应化学理论AdapChem的方法对两种CH4/空气部分预混、非预混火焰的燃烧过程开展了数值模拟工作.计算得到了两种燃烧工况下,几种重要的主量成分、非主量成分的浓度值;同时对反应放热和HCO之间的潜在关系进行了分析.通过对两种工况下模拟结果的比较,AdapChem方法合理预报了甲烷预混和非预混燃烧过程的各种物理化学特性,并达到了节约计算时间的目的.     

H2/air旋流预混燃烧的流场特性和火焰结构分析

本文采用完全可压缩的N-S方程,对当量比为1.0的H₂/air旋流预混火焰进行了直接数值模拟研究。氢气和空气的化学反应采用9种组分19步的详细机理。模拟结果表明,强旋流流场中存在回流区,碗形旋流火焰稳定在回流区的外围。在火焰面上沿火焰法向提取了局部火焰结构,将局部湍流火焰结构与层流预混火焰的火焰结构进行了比较,发现局部湍流火焰比层流预混火焰更薄,燃烧强度更高。     

某1＋1／2对转涡轮的气动设计及分析

针对某1＋1／2对转涡轮进行了气动设计及流场分析。在设计中,以降低高压转子通道中激波损失为目标,低压级载荷系数选择了较高和较低两种方案。分析表明,虽然第二种方案可以降低高压转子出口马赫数,但该方案亦具有过渡段损失较大等劣势,故本文最终选择了第一个方案。利用该方案,本文完成了1＋1／2对转涡轮的气动设计并对该涡轮进行了三...     

单级高负荷向心透平三维黏性非定常计算

对一台单级高负荷向心透平进行了三维黏性定常和非定常计算,计算得到的动叶出口以及下游的周向平均流场与文献提供的实验结果符合良好。在此基础上对流动的非定常特性进行了分析,发现由于动叶转速较高,且动叶下游不存在下一级静叶的干涉,流动的非定常效应主要体现在叶片排之间的区域以及动叶通道进口,动叶出口以及下游流动的非定常特性并不明显。非定常计算结果透平的级效率随时间的波动幅度达到了1.3%。     

向心透平级内流动的数值研究

本文基于三维N-S方程组,采用结构化网格,用数值方法模拟了一台75 kW微型燃气轮机中涡轮级内的流动。湍流模型采用Baldwin-Lomax模型,计算方法基于Jameson格式。结果表明:静叶流道在吸力面一侧,沿子午流线的前25％区域气流快速膨胀,而压力面在60％以后逐渐膨胀。一定的气流入口角能有效控制导叶内横向二次流动,并使得气流出口角更加均匀,其出口气流的落后角也有明显的减小。在叶轮流道内部的损失区主要集中在吸力面一侧,叶顶间隙的泄漏流动使得吸力面与叶顶间的角隅区的损失有明显加大,控制叶轮的径向间隙对控制流动损失有明显作用。     

微燃机气封装置的数值模拟

为了将旋转部件与静止部件之间不同压力的空间隔开,微燃机中采用了气封装置以减少泄流量。泄漏流量的大小,以及其对主流的干扰,微燃机设计时必须加以认真考虑。工作时通过间隙而泄漏的流量过大,必然会对其整体效率产生重大影响。通常,在间隙处采用特殊结构来控制泄流量的大小,减少间隙对微燃机总体效率的影响。本文采用三维数值模拟对微燃机压气机与透平之间的间隙流动进行模拟分析,通过不同工况的比较以及对其内部流场进行分析,研究了气封内部流动特性,使得微燃机总体计算可考虑间隙引起的泄流对微燃机总体效率的影响。     

叶轮顶部间隙对向心透平总体性能影响的研究

对微型燃机向心透平叶轮顶部间隙流动在级环境下进行了全三维粘性数值模拟．研究结果表明:顶部间隙小于 2％时,间隙每增加1％,级效率降低1．5％,而级通流能力有所降低;径向与轴向间隙变化对级性能影响有很大差别, 径向间隙增加对级效率降低的影响是轴向间隙增加的8．3倍,径向间隙增加使通流能力增强的程度是轴向间隙增加使通流能力减弱的4．2倍。此外,将间隙流场与文献报道试验结果进行了比较,差别主要在工作轮顶部区域。     

微燃机稳压箱的计算分析

本文对自行设计的100 kW微型燃气轮机的稳压箱进行了数值模拟,并将结果与国外某75 kW微型燃气轮机的稳压箱的数值模拟结果进行了对比。然后对结果进行分析,从中发现,自行设计的微型燃气轮机的稳压箱与国外同功率级的稳压箱相比,总压恢复系数有所提高,流动损失较小,因此具有更优良的气动性能。计算表明,进口处流动方向变化较大,流动损失也较大,并且流动复杂,有漩涡产生,流场具有复杂的结构,必须在设计时引起足够的重视。     

Double-Layer Micro Porous Media Burner from Lean to Rich Fuel Mixture: Analysis of Entropy Generation and Exergy Efficiency

Porous media burner (PMB) is widely used in a variety of practical systems, including heat exchangers, gas propulsion, reactors, and radiant burner combustion. However, thorough evaluations of the performance of the PMB based on the usefulness of entropy generation, thermal and exergy efficiency aspects are still lacking. In this work, the concept of a double-layer micro PMB with a 23 mm cylindrical shape burner was experimentally demonstrated. The PMB was constructed based on the utilization of premixed butane-air combustion which consists of an alumina and porcelain foam. The tests were designed to cover lean to rich combustion with equivalence ratios ranging from ϕ = 0.6 to ϕ = 1.2. It was found that the maximum thermal and exergy efficiency was obtained at ϕ = 1.2 while the lowest thermal and exergy efficiency was found at ϕ = 0.8. Furthermore, the findings also indicated that the total entropy generation, energy loss, and exergy destroyed yield the lowest values at ϕ = 1.0 with 0.0048 W/K, 98.084 W, and 1.456 W, respectively. These values can be stated to be the suitable operating conditions of the PMB. The findings provided useful information on the design and operation in a double-layer PMB.