含氨燃料预混火焰的层流火焰速度及NO排放特性

将甲烷或氢气与氨气共燃可以克服NH_(3)火焰的点火能量高、燃烧速度慢的缺点。为了解NH_(3)作为燃料的燃烧特性,对含NH_(3)燃料进行一维层流预混火焰数值模拟,研究其层流火焰速度及NO排放特性。采用文献中5个简化反应机理进行数值计算,发现Okafor机理模拟NH_(3)/CH_(4)/air火焰精度更高;Xiao机理模拟NH_(3)/H_(2)/air、NH_(3)/air精度适中,计算时间较短。此外,开展了当量比、燃料混合物组分比例、压力等参数对含NH_(3)燃料燃烧时烟气中NO浓度影响的研究。研究发现:含NH_(3)燃料燃烧时NO主要通过OH、H、O自由基和O_(2)分子的消耗而生成,主要通过与NH_(i)(i=0,1,2)自由基反应消耗;含NH_(3)燃料在富燃状态下燃烧可有效减少NO排放,但富燃燃烧效率低,可采用富燃-贫燃分级燃烧技术来提高燃烧效率,同时保持NO的低排放;掺有较多NH_(3)的含NH_(3)燃料在中高压下燃烧时可有效减少NO排放。

甲烷及掺氢燃气吹熄极限的大涡模拟研究

利用大涡模拟法计算研究甲烷和掺氢燃气在悉尼非均匀入流射流燃烧器上的吹熄极限.利用GRI 3.0详细反应机理和28步、19步简化反应机理对比计算不同掺氢燃气状态下的层流预混火焰,证明了19步简化反应机理具有良好性能.利用动态增厚火焰燃烧模型结合19步反应机理,计算研究以掺氢燃气(体积比V(H_(2))∶V(CH_(4))∶V(CO)∶V(CO_(2))=0.2∶0.2∶0.27∶0.33)为燃料的悉尼部分预混中心射流火焰.计算得到在FA和FJ布局下,掺氢燃气的火焰吹熄极限速度分别为90 m/s和109 m/s,甲烷的火焰吹熄极限速度分别为74 m/s和128 m/s,分析发现吹熄极限的差异与不同布局下燃气与空气混合不均匀程度相关.研究表明,优化燃气与空气的进气布局和掺混过程可以提升燃烧稳定性.

双旋流火焰不稳定性模态转换

采用DTF燃烧模型通过大涡模拟(LES)对本课题组设计的燃烧室中甲烷/空气贫燃预混旋流火焰的燃烧不稳定性模态转换现象进行了研究.通过计算不同当量比的燃烧状况,在当量比渐增到0.9附近时,发现火焰结构出现明显变化,火焰模态从M型转换为V型.对此过程计算的数据进行后处理,分析其前后各自温度场,平均轴向、径向燃烧室内速度分布,取x分别为5 mm、15 mm、25 mm、40 mm、60 mm处轴向和径向脉动速度,采用Q准则方法,POD方法分析流场中的涡旋结构,从而分析其燃烧不稳定性和影响火焰结构的主要因素.发现模态转换前平均火焰为“M”型,转换后为“V”型,V型火焰是一种更为稳定的火焰结构,火焰模态的转换受内、外剪切层位置的直接影响并与涡脱落模式有重要关系.