燃烧器头部分流结构参数对热水器低氮性能的影响

本文介绍了燃烧器头部分流预混结构设计的理论分析与实验认证,基于头部结构预混微流道,实现空气的分流预混,增加侧火焰的空气系数,降低侧火焰的燃烧温度,同时通过侧火焰稳住了主火焰的燃烧,两者相互作用下不易出现离焰现象,有利于降低整个燃烧器的有害气体的排放量。由于侧火焰燃烧产物中还含有空气中的其他成分。这些气体同过剩的空气一起扩散到主火焰中,使得主火焰反应区的氧气浓度相对降低以及主火焰燃烧温度的降低,最终抑制了浓火焰氮氧化物的生成。这样,最终使得整个燃烧器的氮氧化物的排放量较低。

反向和同向旋流滑动弧等离子体点火助燃头部的燃烧特性

非平衡态等离子体点火助燃技术是新型的燃烧调控技术.面对航空发动机燃烧室稳定燃烧的迫切需求,为发挥滑动弧等离子体技术在改善雾化、提高燃烧效率等方面的优势,搭建了航空发动机燃烧室实验平台,并开展了不同旋流方向下滑动弧放电等离子体的燃烧特性实验.实验通过采集燃烧过程OH^(*)化学发光强度图像,着重分析了不同旋流方向滑动弧等离子体对燃烧室燃烧强度、温度分布以及燃烧效率的影响.研究表明,施加等离子体助燃后,燃烧室内的平均已燃区相对强度明显提升,且反向旋流等离子体助燃的提升效果更加明显;反向旋流滑动弧助燃的径向温度分布相较于同向旋流滑动弧助燃均匀性提升,当余气系数为2.0时,反向旋流等离子体助燃的径向温度分布系数为0.3022,同向旋流等离子体助燃的径向温度分布系数为0.3223;反向旋流滑动弧助燃的燃烧效率高于同向旋流滑动弧放电的燃烧效率,当余气系数为2.0时,反向旋流等离子体助燃的燃烧效率为89.56%,同向旋流等离子体助燃的燃烧效率为83.41%.

单头部模型燃烧室滑动弧等离子体点火数值仿真研究

针对航空发动机燃烧室内滑动弧等离子体点火的特性,采用数值模拟的方法对航空发动机单头部模型燃烧室进行滑动弧等离子体点火研究,将滑动弧等离子体简化为动态热源,并将滑动弧等离子体点火与电火花点火对比,归纳2种点火方式下燃烧室点火过程中温度分布与火焰演化的规律,总结滑动弧等离子体点火的特性。计算结果表明,电火花点火和滑动弧等离子体点火2种点火方式所能达到的平均温度峰值基本相同。在滑动弧等离子体点火过程中,放电功率为200 W、空气流量为25 m^(3)/h条件下,余气系数为1时,着火延迟时间为224.6 ms;余气系数为2时,着火延迟时间为324.9 ms;余气系数为4时,着火延迟时间为878.7 ms。另外,在放电功率为200 W、余气系数为1的条件下,当空气流量为15 m^(3)/h时,着火延迟时间为194.8 ms;空气流量为35 m^(3)/h时,着火延迟时间为298.9 ms。结果表明着火延迟时间随着余气系数、空气流量的增大而增长。

燃烧室头部激励的等离子体强化燃烧特性实验研究

等离子体助燃是一种新型的强化燃烧技术。因此本文创新性地研制了基于旋转滑动弧等离子体的强化燃烧头部,建立了航空发动机三头部燃烧室实验件的等离子体助燃实验平台,验证了该等离子体强化燃烧技术应用于型号发动机燃烧室的可行性。实验研究等离子体助燃在不同余气系数和不同输入电压条件下对平均出口温度、燃烧效率、温度分布系数以及熄火边界的影响。实验结果表明,与正常燃烧相比,施加等离子体助燃后的燃烧效率有明显的提高,在输入电压U_(0)=240V,余气系数α=0.8的工况下,等离子体助燃的燃烧效率提高3.24%。实施等离子体助燃后,燃烧室出口温度分布场分布得到明显的改善,在α=0.8的富油工况下,出口温度分布系数减少39.8%。等离子体助燃输入电压越高,熄火边界扩展程度越明显,相比于正常工况条件下,施加等离子体助燃后,输入电压为240V时的熄火边界扩宽了7.34%。

三旋流器头部燃烧室拓宽燃烧稳定工作范围的研究

对有三旋流器的单头部燃烧室进行了燃烧性能的实验研究,进行了慢车工况的贫油熄火过程及大工况的冒烟性能的研究。研究的因素考虑了不同的头部油气比(余气系数)及喷嘴形式(单或双油路)。研究结果表明:头部余气系数小时改善了贫油熄火油气比;同时,三旋流器与双油路离心喷嘴组合方案的试验表明,这种方案基本上能满足拓宽燃烧稳定工作范围的要求,但其冒烟与要求相比,其性能已与要求值相接近,在这方面尚需进一步改善。

高频燃烧不稳定性全尺寸头部燃烧室低压燃烧模拟实验的原理及实现

高频燃烧不稳定性一直是液体火箭发动机研制中最困难问题之一,模拟实验是有理论和实际意义的研究方法。全尺寸头部燃烧室低压燃烧模拟实验采用实际燃烧室的头部和身部,用高温空气和气态燃料作介质,在较低的燃烧室压力下进行模拟实验。依据相似理论,选择被确定性相似准则和确定性相似准则,通过改变空气流量、温度、气态燃料的流量以及燃烧室喉部调节锥位置而改变燃烧室声学振荡和燃烧脉动的相位关系,激励起燃烧室高频不稳定性燃烧。通过相似准则和燃烧室热力参数将实验结果换算到实际发动机工况。整套模拟实验系统包括空气加热器、换热器、燃料蒸发器、模拟燃烧室、空气和燃料供应及控制系统、实验参数采集和处理系统、冷却水供应及控制系统等。系统可用于研究特定燃烧室的高频燃烧不稳定性裕度、抗脉动装置的效果、不同喷注器排列方案的相对优劣以及发动机启动阶段的工作特性。

基于等离子体的新型燃烧室头部工作特性实验研究

目前战斗机和无人机的航空发动机均面临着高空点火性能不足的困难,急需解决该问题以提高发动机性能。设计了一种基于三维旋转滑动弧的航空发动机新型燃烧室头部,该头部可以在保持原有燃烧室结构不变的基础上,实现对燃烧室的点火和助燃。进行了新型燃烧室头部的放电特性实验,分析了稳定电弧滑动(A-G)模式和击穿伴随滑动(B-G)模式两种放电模式的特点。探究了两种放电模式对振动温度的影响,以及空气流量和电压对OH,O2,O3,NO四种粒子光谱发射强度的影响。结果表明,B-G模式电弧的放电功率更大,达到84W,放电模式对振动温度的影响取决于空气流量和电压的变化,而光谱发射强度则是A-G模式大于B-G模式。

单头部燃烧室流场PIV试验测量

航空发动机燃烧室内流场结构直接影响燃油雾化、油气掺混以及燃烧性能,本文采用粒子图像速度仪(Particle image velocimetry,PIV)对某单头部基准燃烧室内的冷态流场和燃烧流场分别进行了试验测量。在冷态流场试验中,研究了进口空气流量变化对燃烧室内的流场结构、回流区尺寸大小变化的影响规律;而燃烧流场试验测量分别研究了进口空气流量和油气比变化对燃烧流场结构的影响。试验结果表明:由于下壁面中间主燃孔进气射流的强烈影响与挤压,导致旋流器出口处横向截面上的旋转气流不是一个完整的旋流气流;燃烧流场与冷态流场相比,其流场结构基本相似,但中心回流区宽度稍变瘦,随着油气比的增大,中心回流区逐渐变瘦,宽度变窄;随着油气比的增加,轴向速度逐渐变大、回流负速度变大;燃烧流场测量中,在燃烧室头部较好地捕捉到喷嘴喷出的油雾锥上油珠的速度大小。

三头部燃烧室点火过程中火焰传播特性研究

为了探讨三头部燃烧室点火过程中的火焰传播特性,建立了矩形模型燃烧试验系统,开展了流动与点火过程中火焰传播特性、当量比对周向点火过程影响规律的研究。研究表明:初始火核主要在中心回流区边界形成,其传播过程具有阶段性,先顺流线方向进行传递,待燃烧强度增大到一定值后,火焰才开始向其他区域延伸;在相同压损下,当量比减小会使得燃烧室周向点火时间增加,主要为初始火焰发展阶段时间增加,当量比由0.89减小到0.6时,周向点火时间由33.5 ms增加到42 ms,流动加速系数由1.75增加到3.77,即随当量比减小,湍流褶皱等流动因素对火焰传播的加速效应增大;在初始火焰的发展阶段,气体热膨胀效应对火焰传播加速效应占主导作用。

不同头部间距下三头部燃烧室点火过程研究

为了探讨不同头部间距对某型航空发动机燃烧室点火过程中火焰传播特性的影响,建立三头部燃烧室燃烧试验系统,开展流动与点火过程中火焰传播特性、头部间距对周向点火过程影响规律的实验研究。研究表明:燃烧室的周向点火过程具有阶段性,在初始火焰发展阶段,火焰首先顺着流线方向传递,待燃烧强度增大到一定值时,火焰才开始向其他区域延伸;在相同工况下,头部间距较小时,相邻旋流器之间的局部回流区相互影响增大,油气掺混效果增强;随头部间距增加,流动因素对火焰传播的作用减小。

金属纤维燃烧器系统阻力特性的实验研究

提出了金属纤维燃烧器系统阻力特性实验方案 ,建立了阻力特性实验研究装置 ,对直流无刷调速风机的性能和燃烧器头部阻力特性进行了实验研究 ,并对实验结果进行了分析。实验结果为金属纤维燃烧器的设计和负荷调节提供了依据。图 4参

贫油预混预蒸发燃烧室燃烧不稳定性试验研究

为研究贫油预混预蒸发燃烧室燃烧不稳定性及其与污染排放之间的相互影响关系,针对一种中心分级的贫油预混预蒸发圆形单头部燃烧室为研究对象,在巡航状态、85%工况和100%工况(模拟)开展了圆形单头部燃烧室沿程压力脉动和燃烧性能的测量,分析研究了燃烧不稳定性的变化规律和影响因素以及与NO_x排放的相互关系。试验结果表明,燃油分配比例、头部当量比、燃烧室进口参数(压力、温度、速度等)都对燃烧不稳定性有影响,且影响程度不同;燃烧室压力脉动和NO_x排放指数均与火焰筒头部当量比呈正相关关系,两者在一定程度上协同变化。

旋流杯燃烧室头部冷却设计及其对壁温的影响

在保证燃烧室流场结构相似、流量分配相当的基础上,针对旋流杯燃烧室开展平直孔板耦合挡溅板和斜向导流孔板耦合导流护罩两种头部冷却结构的设计,通过高温高压扇形燃烧室试验和三维数值仿真对冷却性能进行评估和分析。结果表明:平直孔板耦合挡溅板冷却结构的壁温远高于斜向导流孔板耦合导流护罩冷却结构的壁温,其主要原因是斜向导流孔板耦合导流护罩冷却方式为带有一定角度的收敛双锥形冷却构型,可通过引导气流吹除燃烧室头部近壁面角涡区,防止燃气在靠近壁面处产生高温区,从而降低燃烧室头部壁温。斜向导流孔板耦合导流护罩冷却结构的壁温大幅度降低,且温度分布均匀,提高了头部的冷却性能,增强了燃烧室头部结构的可靠性。

基于滑动弧的航空发动机燃烧室头部喷雾特性

发明了航空发动机燃烧室滑动弧等离子体燃油裂解头部,并开展了燃油喷雾性能实验,实验研究了不同放电电压下滑动弧等离子体对燃油喷雾性能的影响规律。结果表明,实施滑动弧等离子体燃油裂解之后,初次雾化的燃油在高温电子的碰撞下高碳链的燃油分子被打断成低碳链的小分子,燃油的黏性力降低,雾化性能得到提升。随着放电电压的升高,燃油喷雾的雾化锥角增大,SMD平均值减小,不均匀系数下降,燃油喷雾的均匀性得到明显的改善。当入口空气流量为20m^(3)/h,余气系数为0.6时,未施加等离子体的燃油喷雾的雾化锥角为43°,SMD平均值为93.545 6μm,不均匀系数为0.304,当放电电压达到200V时,燃油喷雾的雾化锥角增大到75°,SMD平均值减小为89.690 6μm,不均匀系数下降到0.233。

燃气分析法测量航空发动机五头部燃烧室温度场

介绍了航空发动机燃烧室温度场测量所用的燃气取样器和燃气分析系统,并对系统简化所引起的误差进行了分析.阐述了"点"燃烧温度的计算方法以及利用"点"燃烧效率、油气比和燃烧温度计算总平均值的方法.数据显示利用热电偶测量温度获得的燃烧效率比燃气分析法燃烧效率约低4%,在燃气温度约为1 500℃时,热电偶测得的燃气平均温度比燃气分析法平均温度低55℃左右,同时表明燃气分析方法在测量航空发动机燃烧室温度场具有可测温度高、影响因素少、数据准确的优势.

多枪平流式燃气燃烧器头部结构参数优化模拟

将与20 t/h燃气锅炉配套的多枪平流式燃气燃烧器作为研究对象,采用计算流体力学方法,对燃烧器头部结构参数的优化进行模拟。为强化燃气与助燃空气的混合,应使燃气主喷嘴朝向稳焰盘中心,利用条形缝形成的旋流空气,促进燃气与助燃空气的混合。增大条形缝出口助燃空气的射流角和流出量,有利于加速燃气与助燃空气的混合,获得比较理想的炉膛内温度场。环形缝与条形缝助燃空气流出量接近比较合理。

调幅烧嘴的研制

1概述调幅烧嘴可归纳为管形燃具中具有特殊功能的一种形式,即可根据加热的要求,使火焰宽度按一定的规律进行改变,从而达到控制加热。

一种省能源低污染的高新技术产品——干压成型复合层多孔陶瓷板燃气辐射器研制成功

在能源日趋紧张,污染日渐严重的当今世界,对于开发节省能源、减少污染的高新技术产品显得尤为重要。上海同济三星燃气设备公司研制成功的干压成型复合层多孔陶瓷板燃气辐射器就是这样一种能源消耗少、污染少的高新技术产品。 燃气辐射器是指用煤气、液化气、天然气或水煤气等气体燃烧,其能量主要以辐射形式释放出来的一种燃烧器。经过特殊计算,将燃烧所需的全部空气和燃气按一定比例预混,燃气——空气混合物从燃烧器头部的多孔表面逸出,点火以后便可燃烧。这时燃烧速度很快,看不见火焰,几分钟后表面就呈现一片红色,向外辐射热量,这就是无焰燃烧式燃气辐射器。该燃烧器由于具有启动快、效率高、污染低、投资少等优点,在工农业生产和民用加热设备上已得到广泛应用。

轴向三级旋流燃烧室流场结构大涡模拟

为深入了解真实航空发动机燃烧室内部复杂流场结构,在自有CFD平台上采用动态亚网格模型对一种轴向3级旋流燃烧室的单个头部矩形试验模型0.5MPa下冷态流场结构进行了LES(大涡模拟).为避免试验模型简化误差,对包括火焰筒上约2 000个气膜孔在内的燃烧室所有精细结构进行了完全仿真.计算模拟了燃烧室内复杂流场从静止启动到统计定常状态的完整非定常发展过程,成功捕捉到主旋流与横向对冲射流相互影响作用及涡旋破碎等细观结构,获得的测点湍动能谱与湍流经典理论中惯性子区-5/3规律一致,LES时间平均流场结构与已有PIV(particle image velocimetry)试验结果吻合,表明所建立的高仿真网格与LES方法可进一步用于真实航空发动机环形燃烧室流场数值模拟.