淬熄高度和空气分配比例对RQL燃烧室燃烧特性的影响

基于富油/淬熄/贫油(RQL)技术原理,设计一种燃气轮机低排放燃烧室.在保持燃烧室进口参数不变的前提下,研究不同淬熄结构高度及空气流量分配比例对燃烧室内流场、温度场及污染物生成特性的影响.结果表明:淬熄结构高度和空气分配比例是影响燃烧室燃烧性能的重要参数,随着淬熄结构高度的降低,燃烧室出口氮氧化物NO_(x)的排放量增加;随着富油区主燃孔与淬熄空气质量流量的空气分配比例降低,燃烧室出口NO_(x)的排放量先降低后增加,存在一个最佳的空气分配比例使NO_(x)排放量最低;热力型NO_(x)的生成量与温度高于1900 K的区域大小和最高燃气温度存在直接关系.基于此设计的燃烧室在所研究的工况下,最低NO_(x)排放量可低于35 mg/m^(3),达到了低污染燃烧室排放标准.

基于“新工科”理念的航空发动机性能实验教学体系优化研究

随着国家两机专项实施,航空发动机行业需要毕业生不仅具有扎实的专业基础知识,还必须具备较强的创新意识、团队合作精神和工程实践能力。本文根据航空发动机性能实验教学现状,结合“新工科”理念和“工程教育专业认证”标准要求,在实验教学体系优化、实验教学内涵建设、实验教学模式改革和实验教学考核模式创新等方面进行了探索与研究。航空发动机性能实验教学体系优化对提高学生科学素养和实验素质,培养学生解决复杂工程问题的能力和创新能力具有重要的现实意义和突出的示范作用。

“课程思政”视域下研究生专业课程建设探索与实践——以“航空发动机原理及运行”为例

课程思政是真正实现高等院校“三全育人”人才培养目标的重要抓手和有效途径。本文以“航空发动机原理及运行”课程为例,从“课程思政”视角出发,顶层设计了教学体系、教学模式,优化了课程思政内涵,通过重构课程思政教学目标、强化学思结合、构建思政价值典范、提升课程思政教学吸引力和实效性等方面的探索,实施了研究生价值塑造、能力培养和知识传授“三位一体”的专业课程教学改革,将思政教育隐形融化在显性知识传授之中。

应用型人才培养视域下流体力学“五位一体”教学模式探索

文章以应用型人才培养为背景,在流体力学课程中提出“五位一体”的教学模式,包括层次化的课程目标、线上线下混合式的教学方式、具有专业偏向性的教学内容、涵盖过程考核的评价体系和以科学观培养为导向的思政融入等五个方面。教学效果显示,新的教学模式可实现知识传授、能力培养与科学观引领相结合,有效提升学生自主学习和终身学习的能力。

三级旋流器旋流角匹配影响双环预混旋流燃烧室燃烧性能试验

为研究地面用燃气轮机以0号柴油为燃料时的燃烧特性,对装有值班级直射式喷嘴和5种旋流器组合方案的双环预混旋流(Twins Annular Premixing Swirler,TAPS)燃烧室的特性进行了实验测试,获得了5种旋流器组合方式下燃烧室的流阻性能和燃烧性能。研究结果表明:双环预混旋流燃烧室的总压恢复系数都在0.97以上,高于经典的单环腔燃烧室;值班级采用直射式喷嘴会导致燃烧室的点火和CO排放性能下降,点火油气比在0.04以上,CO排放高于36g/kg;随值班级旋流角增大,可改善点火性能,最低点火油气比可达到0.04左右,加宽贫油熄火边界,慢车贫油熄火边界可低至0.0058;燃烧室入口温度升高可以使燃烧室点火油气比下降30%,贫油熄火油气比下降35%;5种旋流器组合方式下,NO_x和UHC的排放最低达到了1.1g/kg和3.85g/kg,满足低排放燃烧室的要求,冒烟指数达到了无烟燃烧室的标准,CO排放最高达到了51.84g/kg远高于要求值,燃烧效率最高为0.987,低于先进燃气轮机对燃烧效率的要求。

某重型燃气轮机NO_x排放性能反应动力学数值计算

借助耦合CH4反应动力学模型与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)计算软件,对某重型燃气轮机燃烧室单个火焰筒的燃烧过程进行了研究,分析了导致NO_x排放超标的原因,调整了不同燃烧区的燃料分配,分析了燃料分配对NO_x排放的影响.结果表明,导致NO_x排放超标的原因为环形区、均匀区燃料/空气混合的不均匀性和值班区、均匀区燃料流量过大导致的局部温度过高;将值班区燃料和均匀区燃料的体积流量比例分别调整为4%和30%,会导致主燃烧区温度升高,NO_x排放由标准状态141.7mg/m^3升高至175.5mg/m^3;将值班区燃料和均匀区燃料比例分别调整为2%和26%,会降低主燃烧区温度,使NO_x排放降低至119.5mg/m^3,其中66.3mg/m^3来自于环形区.单纯地进行燃料调节,不能满足NO_x排放要求,还需要对环形区和均匀区结构进行调整,以增加混合的均匀性.

生物质-燃料电池/燃气轮机发电系统特性研究

对生物质气化-固体氧化物燃料电池/燃气轮机发电系统的特性及不同运行参数对系统性能的影响进行了分析。生物质气化为以水蒸气为气化介质的基于UNIQUE概念的流化床气化、高温净化系统,建模中采用了化学动力学模型,并以萘作为焦油成分。基于所建立的系统模型,分析了生物质含水率和燃料利用率等参数对系统性能的影响。结果表明,与其他生物质应用技术相比该系统具有较高的能量转化效率,在200 kW规模,生物质含水率为20%时,电效率可以达到47%。生物质含水率增加会降低系统的输出功率,系统效率下降明显;SOFC燃料利用率提高时系统输出功率变化不明显,但系统效率会明显提高。

以柴油为燃料的旋流杯燃烧室燃烧性能研究

为分析燃料和燃烧室结构对燃烧性能的影响,对地面用燃气轮机采用旋流杯燃烧室以0号柴油为燃料时的燃烧性能进行了试验研究,同时研究了主燃孔尺寸和掺混孔轴向位置对燃烧性能的影响。试验结果表明:使用柴油为燃料后,由于粘度增加燃烧室的点火和熄火特性变差,常温点火油气比高于0.034,慢车贫油熄火油气比高于0.005,提高燃烧室入口气流温度至240℃可使最低点火油气比降至0.023;在相同油气比和入口条件下燃烧室温升超过900℃,高于相同入口条件下航空煤油温升,燃烧效率达到了98%以上,出口温度分布系数最高为0.2324满足出口温度分布均匀性要求,CO,NO_x和UHC排放最高值分别为76.57,56.73和626m L/m3,都满足污染物排放要求,SN4为11.9,达到了无烟燃烧室标准。主燃孔直径增大至11mm,使主燃区空气流量增加2%会导致燃烧室的点火油气比升高约5%,熄火油气比升高约3%;掺混孔前移导致贫油熄火油气比升高10%、燃烧效率下降1.3%,出口温度分布系数升高至0.2324,但会使NO_x和CO的排放分别降低49%和18%;掺混孔后移,会使出口温度分布系数降至0.197,NO_x排放降低26%。

不同控制方式对熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机混合动力系统运行特性的影响

对不同控制方式下熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机(molten carbonate fuel cell/micro-gas turbine,MCFC/MGT)混合动力系统非设计工况下的运行特性进行了分析。为使混合动力系统在部分负荷时有好的运行特性,提出了不同的控制方式,并将系统和部件在不同控制方式下的运行特性进行了比较。结果表明,在不同的控制方式下系统的特性会发生明显的变化。其中,变转速控制使系统有较好的性能,但这种控制方式会导致压气机在低转速下发生喘振。对燃气轮机的分析结果表明,由于压损的增大以及压气机和透平效率的下降,最终导致燃气轮机的输出功下降。

低热值燃料对微型燃气轮机运行特性的影响

生物质气具有热值低、可燃成分不同的特点,这种特点导致生物质气在微型燃气轮机上的应用存在问题。为天然气设计的微型燃气轮机应用低热值燃料时,会导致工质流量和热力学特性的变化,从而导致燃气轮机运行特性的变化。为将这种低热值燃料应用于微型燃气轮机,提出了几种对微型燃气轮机进行调整和改进的方法,使微型燃气轮机能适应这种低热值的燃料。应用数学模型,计算出了在应用这些方法后对微型燃气轮机运行特性的影响。结果表明,应用低热值燃料后微型燃气轮机的运行特性会发生明显的改变,在调节和改进方法中对压气机和透平进行改进以适应新的流量匹配是最适合的方法。除匹配外,还提出了一些应用低热值燃料有待解决的问题。

熔融碳酸盐燃料电池热力特性研究与实验分析

基于质量、能量和动量守恒原理和热力学特性,建立了一维熔融碳酸盐燃料电池的数学模型,应用容阻特性将复杂的偏微分方程转换为适用于快速仿真的差分方程组求解,并对燃料电池进行了实验分析.该数学模型考虑了电化学反应,反映了燃料电池的分布参数特性.利用该模型分析某一工况下熔融碳酸盐燃料电池的性能,通过与实验数据的对比表明,容阻特性的建模方法在燃料电池系统中是可行的,该模型可以反映熔融碳酸盐燃料电池的特性.

电池联接方式对燃料电池／燃气轮机混合动力系统性能影响

为了研究不同电池联接方式对混合动力系统性能的影响,应用模块化建模的方法建立了混合动力系统模型.利用该模型分析了电池的燃料和氧化剂都采用串联以及燃料串联氧化剂并联2种不同电池联接模式下燃料电池及整个混合动力系统性能的变化.将所有电池都并联的联接方式作为参考,不同联接方式的结果与参考工况进行了比较.结果表明,将电池的燃料和氧化剂都串联后电池堆可以被更好地冷却,电池堆内的温度分布更加均匀,系统的特性会有明显改善.

微型燃气轮机燃烧室性能试验测试

设计了一种以天然气为燃料的微型燃气轮机燃烧室,并对燃烧室的燃烧性能进行了试验测试。所设计的燃烧室为单级旋流器+主燃孔的折流式单管燃烧室,采用L型燃气导管实现气流在燃烧室内的180°转角;燃料喷嘴为多孔式,2排孔的喷射角度分别为120°和90°;通过掺混孔和燃气导管冷却孔相互配合的方式来满足燃烧室出口温度场的要求。测试结果表明:在设计点燃烧室的冷、热态压力恢复系数分别为0.955、0.940;点火燃空比为0.005~0.007,具有较好的点火特性;对贫油熄火特性影响较大的因素是燃烧室入口温度,当大气温度由?30 ℃升至30 ℃时,贫油熄火燃空比由0.002 6降低至0.002 3;排放及燃烧效率未能达到要求,尤其是CO排放较高,体积分数达到300×10–6;燃烧室出口温度分布的热点指标低于0.15,满足要求,但空气流量分配不合理导致火焰筒局部温度过高。

熔融碳酸盐燃料电池/燃气轮机混合动力系统启动停机过程特性分析

对增压型熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机混合动力系统(molten carbonate fuel cell/micro-gas turbine,MCFC/MGT)在启动停机过程中的运行特性进行分析。为使混合动力系统顺利启动和停机,对启动和停机过程中引起部件破坏的因素进行分析,并提出相应的保护措施。对应用了保护措施后的混合动力系统的启动停机特性进行计算。结果表明,应用所提出的系统启动和停机策略,系统可以有较好的运行特性,同时也发现由于燃料电池自身的特性,这种混合动力系统不适合频繁的启动停机。

熔融碳酸盐燃料电池容阻特性建模与仿真

基于守恒原理和热力学特性,建立熔融碳酸盐燃料电池一维分布参数模型。建模中考虑质量、动量、能量和组分守恒原理以及电化学特性,考虑气体特性沿电池长度方向的变化,能反映燃料电池的分布参数特性。应用容阻建模和集总–分布参数方法,将所建立的复杂偏微分方程组转化为常微分方程组,避免压力和流量的迭代计算,可满足实时动态仿真需求。利用该模型分析了熔融碳酸盐燃料电池稳态和动态特性。结果表明,这种建模方法是可行的,可用于熔融碳酸盐燃料电池的性能仿真。

燃料分级比例对双燃料燃烧室燃烧性能的影响

通过数值与试验相结合的方法对一种双燃料低污染燃烧室的流场和燃烧特性进行了研究.利用Fluent软件对该低污染燃烧室进行了数值模拟,对燃烧室的点火、熄火特性进行了试验测试,在燃烧室进口参数一定的情况下,改变值班级和主燃级燃料能量的分配比例,对比分析主燃级能量比例对燃烧特性的影响.结果表明,所研究的低污染燃烧室头部存在中心回流区、角落回流区以及唇口回流区;燃烧室的点火、熄火特性满足要求;燃料分级比例对污染物排放具有较大的影响,在双燃料的设计点和单独使用气体燃料时,CO和NO_x排放均达到了燃烧室的设计要求.

燃料电池-燃气轮机混合动力系统的燃烧与系统性能分析

对熔融碳酸盐燃料电池/燃气轮机(Molten Carbonate Fuel Cell/Micro-Gas Turbine,MCFC/MGT)混合动力系统中催化燃烧室(Catalytic Combustion Burner,CCB)的反应特性及影响因素进行了分析,并基于燃气轮机的设计方法进行了混合动力系统的设计.在对催化燃烧室的数值模拟中采用了塞子流模型及CH4在催化剂Pt上的详细反应机理,在实验中对3种不同催化剂的反应特性进行了分析.混合动力系统设计中,以燃料电池的温度为限制条件,采用基于现有燃气轮机对燃料电池进行匹配的设计方法,确定了混合动力系统的设计点参数.分析结果表明,所建立催化燃烧室模型可以反映燃烧室的特性,以钙钛矿和金属氧化物为助剂的催化剂活性要比贵金属的差,基于燃气轮机设计的混合动力系统虽然效率低但更具有实际意义.

燃料电池/燃气轮机混合动力系统中催化燃烧室特性分析

对熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机(MCFC/MGT)混合动力系统中的催化燃烧室进行了实验和理论分析,确定了燃烧室入口温度、燃料浓度对燃料转化率的影响,在非设计工况下运行时催化燃烧室入口条件会发生变化,应用数学模型分析了各主要因素对催化燃烧室运行特性的影响。结果表明,计算结果与实验结果的最大误差在4%以内。在混合动力系统的运行范围内催化燃烧室入口温度高于770K时燃料转化率达99%以上,而入口流速和燃料浓度的变化对转化率的影响不明显。

垃圾填埋气微型燃气轮机低排放燃烧室燃烧性能实验

为研究一种采用中心分级贫燃预混技术的低排放垃圾填埋气微型燃气轮机燃烧室,采用单头部燃烧室,以2种垃圾填埋气LFG1、LFG2和天然气为燃料,进行了燃烧性能实验。考察了3种燃料的点火特性以及在发动机全负荷状态下,不同主燃级喷口位置、值班级与主燃级燃料分配比例(燃料分配比)对燃烧室污染物排放、燃烧效率的影响。结果表明:在所选空气流量0.15~0.50 kg/s范围内,天然气的点火燃空比为0.00065~0.00250,2种垃圾填埋气的点火燃空比为0.00404~0.00620,均符合低污染燃烧室的设计标准;随着燃料分配比在0.2~0.5变化,3种燃料存在不同的燃料分配比,使得燃烧效率更高,污染物排放水平更低;选用燃料分配比0.3与0.4的工况下,主燃级喷口位置由旋流器前调整为旋流器中间位置后,提高了LFG2与天然气的燃烧效率,但增加了LFG1与天然气的污染物排放。

甲烷在蜂窝状堇青石基催化剂表面的催化燃烧及氢气辅助催化

为实现超低热值燃料的有效利用、改善贵金属催化剂高温稳定性差及价格昂贵等缺陷,对添加了助剂的催化剂进行了实验研究.搭建了催化燃烧室中试实验平台,采用了4种负载催化剂Pb和不同助剂的蜂窝状堇青石基整体式反应器,分析了超低热值燃料的反应特性,并对氢气对超低热值燃料的辅助催化作用进行了研究.结果表明,添加了不同助剂的催化剂表现出不同的反应特性,但其反应活性稍差于贵金属催化剂;氢气在低温下反应放出热量,提高了催化剂的温度,从而降低了对燃烧室入口温度的要求,氢气的加入确保了超低热值燃料的点火.