降低冒烟数燃烧室火焰筒头部改进设计研究

为了解决某型航空发动机燃烧室冒烟数较大的问题,通过分析航空煤油的燃烧化学反应过程和燃烧室内油气掺混燃烧过程,确认了炭烟的产生主要发生在初级反应阶段火焰筒的头部区域。因此提出改进措施,将火焰筒头部的单级旋流器更换为旋流杯,并对旋流杯的结构参数进行调整。采用数值模拟及扇形试验对改进前后的火焰筒性能进行对比分析。研究表明:相对于单级旋流器,旋流杯使燃烧室头部流场由单涡结构变为双涡结构,燃油分布更加均匀,在头部高温的环境中降低了局部富油程度,从而减少了头部炭烟的生成;改进后,燃烧室冒烟数大幅降低,总压恢复系数变化不大,贫油熄火油气比达到了0.0046,能够满足发动机使用要求。

基于燃气分析法的航空发动机燃烧室性能研究

为深入了解燃烧室性能,用燃气分析法测量了燃烧室在高压状态下的气态污染物排放和排气冒烟,用热电偶法测量了燃烧室出口温度场。混合式取样器安装于摆盘上,随摆盘沿周向匀速旋转采集样气,通过测试仪器分析样气组分,计算得到了燃烧室的油气比、燃烧效率、污染物排放指数及冒烟数。通过比较采用燃气分析法和流量法得到的油气比、燃烧效率的测试结果,分析了慢车状态误差偏高的原因,结果表明:燃气分析法是1种准确、可靠的燃烧室性能测试方法。改进了混合式取样器结构,提高了排气冒烟测试的精度。

某重型燃气轮机碳烟生成和排放研究

为了研究某重型燃气轮机碳烟（soot）污染物的生成和排放规律，在多种负荷条件下，分别应用碳烟的一步和二步生成模型，对某重型燃气轮机碳烟的生成和排放浓度进行了三维数值计算和分析。采用Realiz-ablek-ε湍流模型模拟湍流流动，用拉格朗日随机游走模型模拟雾化燃油颗粒的随机运动，用PDF燃烧模型模拟燃烧化学反应速率，压力速度耦合采用SIMPLE算法和二阶迎风格式。计算结果表明，燃烧室的主燃区为富油设计，是碳烟生成的主要场所。燃烧室出口的最大冒烟数SN在0．082～0．86之间。用二步法模型计算的碳烟生成浓度低于一步法，是碳烟生成与氧化二个因素综合作用的结果。计算结果为研究碳烟生成规律和计算方法提供了理论依据。