O_(3)对射流火焰燃烧特性影响的数值研究

针对等离子放电生成O_(3)对燃烧稳定性的复杂影响,基于数值模拟方法研究了不同O_(3)浓度条件下的甲烷/空气射流火焰形态和典型燃烧组分变化规律。结果表明,O_(3)的强氧化性可以使燃烧反应氧化区提前,火焰向来流方向发展从而起到稳定燃烧的作用;O_(3)的存在能够降低火焰后方的CO浓度,加快热力型NO和快速型NO的生成速率,促进低温燃烧区内NO被氧化为NO_(2),而N2O中间体机理对O_(3)的影响不敏感。

正庚烷/甲烷混合燃烧特性数值分析

针对燃气轮机的双燃料混合燃烧问题,采用直接关系图法对NUI(National University of Ireland)机理进行简化(含204组分,902步反应),在此基础上数值研究了甲烷质量分数和体积分数对正庚烷/甲烷混合燃烧特性的影响。结果表明:提高甲烷体积分数会使混合燃料的着火延迟时间非线性增加,层流火焰速度、绝热火焰温度、一氧化碳排放下降;当甲烷体积分数超过70%时,混合燃料的层流火焰速度和着火延迟时间对甲烷体积分数较为敏感。此外,对于采用正庚烷/甲烷的环形燃烧室,在保持混合燃料热值不变的条件下,两种燃料的火焰锋面位置基本相同,且随着甲烷质量分数的升高,火焰长度和托举高度逐渐增加,燃烧效率、总压损失、一氧化碳和氮氧化物排放逐渐下降;当甲烷质量分数低于30%时,火焰呈“V”型,高于30%时火焰呈“M”型。

甲烷/空气燃烧NOx排放数值模型对比

为明确不同NOx数值模型对甲烷/空气燃烧NOx生成特性的适用性和差异性,以射流扩散火焰、旋流预混火焰、燃气轮机燃烧室为研究对象,分析了NOx后处理模型法、解耦详细反应机理法和附加NOx输运方程法对甲烷/空气燃烧NOx生成特性模拟的适用性和差异性。结果表明:火焰后方N2O的生成量较少,NO_(2)的生成量极少,NO含量占总NOx的95.00%以上;NOx后处理模型法可准确模拟火焰附近的NOx生成位置和火焰后方的NOx生成速率,但该模型低估了火焰位置的NOx生成量和生成速率,并且不能再现火焰锋面附近N2O浓度先升高后下降的变化规律;附加NOx输运方程法对火焰锋面处的NOx生成位置、生成量和生成速率的计算精度最高,但该模型低估了火焰锋面后方的NOx生成速率;解耦详细反应机理法对NOx生成特性的预测精度最差。

天然气同轴分级燃烧室污染物生成及预测

针对天然气燃气轮机污染物预测难度大的问题,该文基于数值模拟方法研究了燃烧室头部旋流数、分级面积比、分级轴向距离等典型因素对污染物生成的影响,在此基础上提出了基于神经网络的燃气轮机污染物预测模型。研究结果表明:头部旋流数、分级面积比增大会导致燃烧室内部最高温度升高,NOx排放增多,而CO排放无明显变化;所构建的神经网络预测模型预测结果与数值模拟结果吻合,其中预测NOx平均误差为4.58%,CO平均误差为0.97%,证实了神经网络模型预测燃气轮机污染物排放可行且准确。

空气分级比对同轴分级燃烧室性能参数的影响

为掌握同轴分级燃烧室性能参数随空气分级比(主燃级空气流量的比值)的变化规律,以某同轴分级燃烧室为研究对象,数值分析了空气分级比对燃烧室的燃烧效率、总压损失、出口温度分布、污染物排放和绝热壁面最高温度的影响。结果表明:空气分级比主要会改变角涡位置的燃烧温度和高温烟气的停留时间;随着空气分级比的升高,燃烧室总压损失、出口温度分布系数、NOx排放、绝热壁面最高温度逐渐升高,但燃烧效率、CO污染物排放、径向温度分布系数对空气分级比不敏感;在同轴分级燃烧室设计中,在保证燃烧稳定的前提下可采用较小的空气分级比以实现燃烧室高效、低阻、低污染燃烧。

焦炉煤气燃烧反应动力学机理简化与验证

为减少焦炉煤气燃烧室数值模拟的计算时长,基于直接关系图法和敏感性分析法对GRI-Mech 3.0详细机理进行简化,通过理想反应器计算和二维数值模拟验证简化机理的有效性。结果表明:在较宽的参数范围内(初始温度300~800 K,压力0.1~2 MPa和当量比0.5~1.4),含25组分、134步反应的简化机理可以精确计算焦炉煤气的层流火焰传播速度、点火延迟时间、火焰温度以及中间燃烧组分;得到的简化机理能够有效模拟射流火焰的反应物消耗、产物生成、温度以及中间产物分布等特征,在保证计算精度的前提下,大幅减少了数值模拟的计算时长。