交叉射流分级燃烧器中CH_4柔和燃烧特性分析

柔和燃烧具备燃烧稳定、烟气出口温度均匀、NO和CO排放低的特点,有望成为新一代燃气轮机燃烧技术。因此,开展柔和燃烧技术应用于燃气轮机燃烧室的探索研究非常必要。烟气温度、氧浓度及其与新鲜空气的掺混对柔和燃烧的发生及燃烧性能有重要影响。为此,基于轴向分级概念建立燃烧器,通过精确控制烟气回流比例和当量比使得烟气的流量、温度、氧浓度连续可调,设计合适的燃烧器结构型式使得烟气在掺混区和燃料、空气以交叉射流方式掺混。通过数值模拟结合实验的方法,从流动、热力学角度研究分析了回流比例、当量比对OH﹡分布、火焰稳定性、NO/CO排放等燃烧性能的影响规律和机制。实验以甲烷为燃料,在回流比例r 0.5、当量比0.6工况下获得最佳的污染物排放性能:NO为6 mg/m3,CO为5 mg/m3。研究结果将为柔和燃烧在燃气轮机燃烧室上的应用提供理论依据和基础数据。

受限空间中两相交叉射流穿透及混合特性研究

对受限空间中气固两相交叉射流的穿透及混合过程进行了研究，定义了射流的边界，比较了不同主、副射流速度比下的射流穿透深度，导出了射流运动轨迹的解析式，并对两股射流交叉后的混合特性进行了分析和讨论．结果表明：两股射流交叉混合后，其尾迹会产生一个稳定的回流区，且在回流区边界附近存在颗粒的局部高浓度区．

交叉射流特性的试验研究

本文研究了稳燃腔中交叉射流两相流动。使用三维激光粒子动态分析仪 (PDA)测量了正三角形截面副射流与主射流速度比为 2 .5时的交叉射流流动 。

应用三维PDA测量交叉射流尾迹紊流场

本文使用DANTEC公司生产的三维粒子动态分析仪(3D-PDA)对速比为2.5的交叉射流尾迹三维紊流场进行了测量,并与钝体尾迹紊流场进行了比较,发现二者尾迹速度分布存在相似性。交叉射流尾迹湍流脉动非常强烈,但其回流区长度比同截面形状的钝体的稍短。 交叉射流流动是一个普遍现象。很多学者曾对圆形截面副射流的交叉射流进行过实验研究。本文作者亦曾使用测速探针对正三角形截面副射流的交叉射流流动进行过初步测量,并提出交叉射流燃烧器的设想,即使用交叉射流所形成的回流区代替钝体的回流区,从而避免燃烧器本身的磨损与烧坏。

不同拓扑结构喷嘴内交叉射流的数值研究

利用CFD软件对五种不同拓扑三维燃料—空气快速混合喷嘴进行了数值计算;应用两相流模型和RNGk-ε湍流模型,描述了快速混合喷嘴内两相流动过程。计算得出5种拓扑燃料—空气交叉射流喷嘴中湍流强度分布、总压损失系数、在流向方向各个截面温度分布和出口径向温度分布、出口速度分布和出口径向质量分布系数。通过对这些数据的分析,结果表明,射流下游添加肋结构可以有效增强混合气的快速形成,肋添加越多,对燃料的破碎和燃料—空气的混合越有利。

气液交叉射流动力学行为的基础研究

为了模拟燃油在高速喷嘴内的快速蒸发混合过程,基于Eulerian-Eulerian方法,用RNGk-ε湍流模型建立了高速喷嘴内两相流流动的数学模型,数值模拟了高速喷嘴内气液两相交叉射流的流动规律。改变气液动量比和韦伯数等条件下的两相流场计算结果表明:动量比增大3倍时横向穿透深度略有增大;而较大的韦伯数能起到强化横向射流的破碎效果。计算结果与同条件下的试验结果相符合。结果为研究HiTAC快速速喷嘴内可燃混合气的快速形成奠定了基础。

微旋一次风和上下二次风交叉射流流场特性的实验研究

相互平行的自由射流组中 ,由于射流间的相互混合和影响 ,使射流组中每一个射流和单个的自由射流的流动规律有很大差异。通过冷态模化试验 ,研究了矩形喷口的二次风对具有预燃室的直流和旋流组合的同轴环形射流一次风水煤浆燃烧器流动特性的影响 。

提升管内多股交叉射流的数值模拟

在内径为186 mm的提升管冷模装置上,对单个及两个喷口横截面为40 mm×10 mm的矩形喷嘴,采用k-ε双方程湍动模型,通过对喷嘴出口边界条件的修正,进行了气相流动的数值模拟。射流气速为41.67 m/s,提升管底部来流气速为7.16 m/s。模拟结果显示,射流影响区约在喷嘴上方1.4 m处结束,根据射流流体在提升管内的流动形态,沿轴向可将其分为核心区,偏折区和发展区;射流的外轮廓为瓮形。模拟结果与实验结果相吻合。

冷态炉内交叉射流的数值试验研究

交叉射流是一种较复杂的湍流组合直流射流。本文运用作者所提出的计算机辅助数值试验(CAT)方法,对冷态炉内一次风、二次风两股射流以一定的角度喷射而形成三维交叉射流流场进行了研究。通过对不同高宽比的矩形喷嘴、喷射角、一二次风速度比工况下的数值试验,得到描述交叉射流空气动力特性的二个经验公式。计算结果与现有的实验数据吻合较好。

同轴交叉射流的轴线速度

研究了射流交叉角度和密度比对同轴交叉射流流场的影响 .基于动量守恒原理 ,提出了考虑径向流动和密度差别的同轴交叉射流的当量直径和当量速度 .当量速度与 Dual PDA的实验结果较为吻合 .该法可较好地描述射流交叉角度、密度比对轴线上轴向速度的影响 .

受限同轴交叉射流的径向速度分布

在研究了射流交叉角度和密度比对同轴交叉射流轴线轴向速度影响的基础上 ,采用DualPDA进一步研究了受限同轴交叉射流的轴向速度沿径向的分布。文中分别研究了射流交叉角度和密度比对径向速度分布、回流区长度、回流量的影响。结果表明 ,射流交叉角度、射流介质密度比越大 ,速度分布越陡 ;回流区越长 ;最大回流量与θ-1成线性关系。

应用Dual PDA研究同轴交叉射流轴线速度衰减

采用Ｄｕａｌ ＰＤＡ研究了２种射流交叉角度和４种密度比的同轴交叉射流的流场，发现射流交叉角度和密度比对射流流场有重要影响。提出了考虑了径向流动速度、密度差别的基于动量守恒的当量直径和当量速度。当量速度与实验结果较为吻合．对充分发展的射流，该法可较好的描述射流交叉角度、密度比对轴线上轴向速度的影响。

交叉射流流动及煤粉燃烧过程的试验研究

在钝体燃烧器的基础上产生了一个新的构思——用垂直交叉射流来使煤粉火焰稳定和强化。冷态试验结果表明,当副射流和主射流垂直交叉后,在副射流的尾迹处形成一个稳定的回流区,回流区的大小及回流率与一般钝体相当,其边界上存在着一个煤粉高浓度集聚区。热态试验中投入副射流后,火焰根部温度大幅度提高,飞灰含碳量有所下降。这种用气流柱来代替钝体的新型煤粉稳燃装置,解决了常规稳燃装置的磨损和烧坏问题。

准三维矩形交叉射流的数值试验研究

交叉射流是一种较复杂的湍流组合直流射流。本文运用作者所提出的计算机辅助数值试验(CAT)方法,对冷态炉内一次风、二次风两股射流以一定的角度喷射而形成三维交叉射流流场进行了研究。通过对不同高宽比的矩形喷嘴、喷射角、一二次风速度比工况下的数值试验,得到描述交叉射流空气动力特性的两个经验公式。计算结果与现有的实验数据吻合较好。

交叉射流对燃烧室流场特性的影响

为探讨交叉射流燃烧室流场的特点,采用数值模拟方法对燃烧室二次流以不同射流角度而形成的三维交叉射流流场进行了研究。从涡结构及湍动能的角度讨论了其流场特征。研究表明:随着二次流射流角度的增大,燃烧室头部涡旋区先变大后变小,掺混区涡旋区逐渐变细长;湍动能的最大值逐渐降低,湍流区域逐渐向壁面靠近,不利于油气掺混,流场趋向不合理。

同轴交叉旋转射流过程燃烧特性的实验研究

对同轴交叉旋转射流过程的流动和燃烧性能进行了实验研究.结果表明,该射流装置中心管喷口的孔流系数为0.605,旋片阻力系数为0.09;气体从喷口喷出后会在喷口中心形成负压区,轴向速度衰减较快,燃烧所需空气过剩系数小,火焰透明,火体有力,燃烧充分,可以实现低热值燃气在焦化管式加热炉的高效洁净燃烧.

基于交叉射流与切向旋流的CH_4柔和燃烧特性对比

轴向分级柔和燃烧器中，采用了交叉射流、切向旋流两种掺混方式，通过实验结合数值计算的方法，从流场和组分分布角度比较了两种掺混方式的掺混特点，从火焰特征、NO／CO排放方面比较了燃烧性能．实验以甲烷为燃料，热功率为16．2～25．9kW，相对切向旋流，交叉射流延缓了燃料、空气的直接混合，燃料、空气燃烧前经回流烟气充分预热和稀释，火焰根部有抬升，反应区体积大，火焰特征更接近柔和燃烧．同时，交叉射流分级燃烧器的污染物排放性能更优，回流比例为0．5、当量比为0．6时，烟气中NO和CO体积分数均仅为4×10^-4．

气固两相交叉射流相间传热的LBE-DEM模拟

采用格子波尔兹曼/离散元(LBE-DEM)耦合方法模拟气固两相交叉射流相间传热,重点考察了流体和颗粒之间的热量双向耦合及其对两相传热过程的影响.流场雷诺数Re=1000,在相同颗粒数目下选取了10,25,50三种Stokes数.研究分析了气固多相交叉射流中气相温度分布,颗粒群分布形态特性以及相间的双向耦合传热特性及其影响因素.研究发现交叉射流两相传热过程在撞击前期和后期分别受两相平均温差和两相换热系数的主导,而其主导因素的转换与颗粒动态响应特性有关.

气固两相交叉射流的LBE-DEM耦合模拟

本文首先建立了在欧拉-拉格朗日框架下的格子-波尔兹曼/离散单元法(LBE-DEM)耦合方法,并用于模拟二维气固两相交叉射流.其中气相射流采用TD2G9模型的格子-Boltzmann方法进行模拟;颗粒相用拉格朗日方法跟踪,同时采用DEM方法计算颗粒之间的碰撞过程.在相同载荷率下选取了10,25,50三种Stokes数.本文重点研究了气固多相交叉射流中涡形态、颗粒分布形态的新特性、交叉射流颗粒反射流比率问题,分析了交叉射流涡运动、颗粒群形态和颗粒反射比率等特性及影响因素.研究发现交叉射流中颗粒分布表现为离散群集分布和离散点分布的共同分布特性;同时,在射流初期较大的颗粒浓度或同载荷下较小的颗粒St数的交叉射流可产生较大的反射比率,而在后期颗粒相反射比率则基本稳定.

高炉喷煤交叉式双枪的基础研究

在冷态模拟实验中,就交叉射流的参数对主变形率的影响进行了研究。增加交角、提高出口动量比和保持两枪之间适当的距离都有利于提高混合效果。对不同类型喷枪的煤粉燃烧率进行了热态模拟实验,发现采用交叉式氧煤双枪和双煤枪可以获得比单枪较高的燃烧率。这表明交叉射流为煤粉在风口前的燃烧提供了良好的传热和传质条件。