三旋流雾化装置中预燃级喷雾特性的实验研究

为深入研究三旋流分级燃烧室中预燃级的喷雾特性,采用煤油为工质,在接近贫油熄火状态时对某三旋流雾化装置中预燃级的雾化特性进行了实验研究。利用相位多普勒测速仪对雾化装置下游的整体喷雾场以及近场区喷雾进行了研究和分析。结果表明:下游喷雾场主要有中心回流区、高速区和喷雾边缘区,但是在X=10mm截面上高速区中存在着台阶低速区。喷雾结构由空心锥结构渐渐转变为全锥形。线平均后的液雾索泰尔平均直径SMD沿轴向增加,气流压降是液滴平均尺寸的主要影响因素。雾化装置中的雾化过程符合复合式空气雾化。在X=10mm截面的近场区,径向上各点处的液滴轴向速度基本与液滴尺寸无关,而液滴径向速度与尺寸的关系与径向位置有关。对文献中提出经验预测公式进行了修正,得到适用于该雾化装置的液滴尺寸关系式,发现在空气压降为4kPa时可忽略第三级旋流气流,一二级旋流气流是近场区液滴平均尺寸的主导因素。

湍流燃烧模型在燃烧室数值计算中的对比分析

对比分析了不同燃烧模型对某型回流式燃气轮机燃烧室流场的影响,建立了描述燃烧室流场的控制方程组,采用Realizable k-ε湍流模型,湍流燃烧模型分别为涡耗散模型(ED)、涡耗散概念模型(EDC)、简单概率密度模型(PDF)和稳态小火焰模型(SFM)。对比分析了不同燃烧模型下燃烧室的温度场、速度分布以及NOx排放量,并与该燃烧室实际工作性能做了对比。结果表明:ED与EDC模型均高估流域最高温度,造成NOx排放过高,而PDF与SFM均合理地模拟出燃烧室内部流场,尤以SFM模拟的效果最佳;四种模型均合理模拟出口温度场和速度场。

主燃级喷嘴和燃油分级后雾化特性实验研究

为优化高温升主燃烧室燃烧性能,对三级旋流主燃烧室开展雾化特性试验研究。预燃级喷嘴采用离心喷嘴压力雾化和气动雾化相结合,主燃级采用预膜式气动雾化。试验采用相位多普勒粒子分析仪对主预燃级喷嘴和燃油分级后的雾化特性进行研究,对比分析了不同头部压降和燃油流量在不同轴向截面和径向位置的液滴粒径分布,并利用高速摄像对不同工况下的喷雾形态进行了记录。试验结果表明:主燃级油雾粒径为50~80μm,气液比达到3.5即可达到良好的雾化水平。随着轴向距离延长,喷雾粒径变大,喷雾浓度变得均匀。燃油分级比增加可降低整体粒径约10μm,且主要影响中心区域,对雾锥外侧粒径影响不大。

微型涡喷发动机燃烧室优化与试验研究

在微型涡喷发动机甩油盘式折流燃烧室自主设计的过程中,遇到由高转速向设计转速过渡时发动机骤熄的问题。通过对骤熄原因逐个排查并结合Fluent软件对不同转速下燃烧室流场的数值计算结果进行研究,最终查明问题缘由并开展针对性的优化。试验显示优化后的火焰筒成功解决燃烧室骤熄的问题,发动机各项性能达标。结果显示解决发动机骤熄的关键因素在于:维持头部多涡流场结构不变,主燃区进气量约32%,头部多采用密集并且直径小于2mm的小射流孔以及沿火焰筒轴向渐进式小气量供气。

致密发散孔冷却环形折流甩油盘燃烧室设计研究

为了研究致密发散小孔冷却环形折流燃烧室的设计方法,根据火焰筒头部无冷却时的流场形态及期望引导的流场形态,对头部壁面发散小孔进行了两种对比性设计。为对比两种方案的优劣,对设计后的燃烧室进行了数值模拟。结果表明通过增加发散小孔,调节内外环射流孔的气量分配,可成功诱导出期望的多涡流场,且方案2的发散小孔冷却效果更佳。证明通过调整内外环发散小孔开孔数量来调节射流孔的射流穿透深度,并结合甩油盘油雾诱导理想的主燃区流场形成是可行的;采用孔倾角为钝角的发散小孔可更好地保护热负荷压力大的前几排火焰筒壁面;通过在高温区增大孔阵疏密度,把高温区处的发散小孔孔径由原先的0.68mm减小至0.3~0.55mm,可实现在不改变冷气流量的前提下,增强换热,降低壁面温度。

燃烧室一维微元法设计和三维校核研究

按照一维设计加三维优化的设计思路,对某型燃气轮机燃烧室进行设计优化.首先通过化学反应器网络法对燃烧流场进行一维分区,确定能最大化降低NOx排放的最佳配气规律,进而使用微元法求得火焰筒各燃烧段特征长度.之后通过三维全尺寸进行校核,确定主燃孔、掺混孔和旋流器等部件的详细尺寸,确保得到最优化燃烧流场.最后根据三维流场重新细化网络图分区,使之与真实流场相一致,从而得到准确的燃烧室出口NOx、CO等污染物的排放量.

多级旋流耦合流场值班级雾化性能

多级旋流耦合燃烧技术引进了分区燃烧、贫油燃烧和预混燃烧的概念,具有极大降低NOx排放的潜力,但与常规燃烧室的单纯扩散燃烧模式有较大的差异.耦合流场中,主燃级气流在上游对值班级燃油有进一步的雾化作用,但对燃油的扩散有一定的抑制作用,在下游能够使更大粒径的颗粒回流,并使燃油分布更加均匀;台阶高度越小,上游区域的雾化颗粒平均直径越大,下游区域雾化颗粒平均直径越小;主燃级旋流强度越大,上游区域的燃油颗粒越大;主燃级进出口压降分配对燃油颗粒大小无显著影响.

微小型甩油盘式燃烧室若干关键技术研究

微小燃烧室设计技术是微型涡轮发动机核心技术之一。研制成功了一款微小型叶片式甩油盘燃烧室,对研制过程进行分析,突破的关键设计技术有:火焰筒容积应足够大,保证停留时间不低于5ms,容热强度在经验范围内;合理设计甩油盘,保证全工况雾化质量良好;构造多涡小涡的主燃区流场结构,控制射流强度和深度;合理分配流量,主燃区稍富油,其后采取小气量逐渐进气方式给气。

基于LabVIEW的燃气轮机发电机组测控系统设计

采用基于NI CompactRIO控制器开发的燃气轮机发电机组测控系统,利用LabVIEW语言开发了具有燃机启动控制、闭环式转速控制及温度保护功能软件,对开发的测控系统进行突增和突降燃机25%负荷的试验。结果表明,本测控系统在突增或突降负荷时,使燃机最大瞬时减速或增速不超过设定转速的7%,能够在负荷变化很短时间内恢复到与最终稳态转速的偏差小于1%,满足船舶燃气轮机通用规范的要求。

非均匀速度来流条件下液体射流喷雾特性

实验研究了非均匀速度来流条件下液体横向射流喷雾特性。实验利用多孔板实现速度的不均匀,应用片光照相得到喷雾中心截面照片,使用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)测量液滴的直径和速度。实验结果表明:在非均匀速度来流中,射流的弯曲和破碎机理有所不同,导致穿透深度和雾化特性发生改变。与均匀速度来流相比,正速度梯度来流时射流穿透深度更大,液柱破碎高度增大,浓度场分布更加均匀,射流呈现平抛形态;负速度梯度时喷雾场整体内移,浓度场呈明显分层结构,射流尾迹区增长,射流为坍塌形态。初步提出适用于非均匀速度来流条件下的射流穿透深度经验公式。非均匀速度来流可以改善雾化及均匀度,其中负速度梯度来流时液雾的索太尔平均直径(SMD)最小。