燃烧室结构对当量重型天然气发动机性能和排放影响研究

为研究不同燃烧室结构对国六当量重型天然气发动机性能的影响,通过台架试验分析了相同压缩比下缩口型和碗型两种不同燃烧室结构对发动机燃烧、性能和排放的表现。发动机台架试验结果表明:与采用缩口型燃烧室结构对比,发动机采用碗型燃烧室结构时,燃烧初期火焰传播速度快,火焰发展期、快速燃烧期缩短,燃烧相位靠前,但受到火焰面发展不对称的影响,燃烧持续期延长。此外,燃烧速度的提升缩减了火焰传播到末端混合气的时间,拓宽了爆震边界,在低转速1100r/min工况,相比缩口型燃烧室结构,发动机采用碗型燃烧室结构,燃气消耗率下降2.15%,CH 4排放下降23%,涡前排温下降了2%。在高转速1700r/min工况,燃气消耗率下降2.65%,CH 4排放下降16%,涡前排温下降了5.8%。

燃烧室结构对煤油预燃裂解气旋转爆轰特性的影响

在固定来流条件下,改变旋转爆轰燃烧室宽度和出口阻塞比,实验研究上述结构对煤油预燃裂解气与空气旋转爆轰传播特性的影响。实验结果表明:适宜的燃烧室宽度和出口宽度能够促进旋转爆轰波(Rotating Detonation Wave,RDW)的稳定自持传播,当燃烧室宽度为20 mm和26 mm,燃烧室出口宽度为4~8 mm时,煤油预燃裂解气和空气能够成功起爆并能稳定传播,增加燃烧室的宽度,RDW传播速度和稳定性均有提升;随着出口阻塞比增加,RDW传播模态经历了稳定单波模态、间断单波模态和双波同向模态,阻塞比的增加能提升燃烧室末端反射激波的强度,促进多波头的产生,RDW传播速度和压力随着阻塞比的增加,经历了升高后降低的变化。

电控固体推进剂的燃烧波结构和焦耳热增强燃烧模型

为了明确电控固体推进剂(ECSP)燃烧性能的影响因素,揭示其燃速可调机理,利用燃烧波测试装置对硝酸羟胺(HAN)基ECSP的火焰结构进行了研究并且划分了燃烧波结构,基于燃烧波结构建立了推进剂的燃烧模型,计算了推进剂燃烧波内各区域的温度分布,根据燃面上的热平衡方程推导出了受加载电压、初始温度和环境压强等共同影响的推进剂燃速表达式,同时对该燃烧模型进行了验证与分析。结果表明:电压作用下,HAN基ECSP的燃烧波结构可以划分为预热区、电化学-热化学反应区、暗区、预混反应区和燃烧产物区五个部分,其中预热区、电化学-热化学反应区内的理论温度在变化趋势上和实测温度保持较好的一致性,随着加载电压增加上述两区域的厚度变薄。不同初始温度和环境压强下,燃速测试结果与理论计算结果的平均误差分别为10.9%和9.4%。加入导电石墨和铝粉可以分别从增加推进剂的电导率和能量释放两方面提高燃速,与ECSP燃烧模型预示的燃速变化趋势一致。本文建立了推进剂的焦耳热增强燃烧模型,验证了燃烧模型的准确性。

燃烧室结构对天然气转子发动机燃烧过程的影响

以一台由端面进气汽油转子发动机改装而来的预混天然气转子发动机为研究对象,在FLUENT软件的基础上通过编程实现转子发动机三维网格的偏心运动,并选择合适的湍流模型、燃烧模型以及详细的CHEMKIN化学反应机理,建立基于化学反应动力学的端面进气天然气转子发动机三维动态数值模拟模型。通过与试验数据进行对比和分析,验证模型的可靠性。在此基础上,研究燃烧室结构对端面进气天然气转子发动机的缸内流场、温度场和中间产物浓度场的影响。结果表明,当燃烧室凹坑布置于转子曲面长度方向的前端和转子曲面宽度方向的中心时,燃烧过程同时利用了燃烧室后部的滚流以及燃烧室中部高速流区对火焰的加速作用,缸内整体燃烧速率最大。同时,其缸内压力最大以及中间产物OH的生成量也最大,其压力峰值比中置凹坑燃烧室提高了19.9%,但其NO质量分数仍在0.5%以内。

燃烧室结构对微热光电系统能量转换的影响分析

针对微热光电系统,设计了4种结构的平行板燃烧室,在考虑辐射表面温度分布的不均匀性和空间辐射角系数的前提下,构建了系统能量转换模型并编制了相应的计算程序。通过计算得出不同结构的平行板燃烧室对系统能量转换的影响,重点分析了喷口形状、多孔介质、催化剂的使用等条件改变时辐射外壁面的温度分布、辐射能光谱分布、各子环节效率和系统整体电能输出。结果表明:在微燃烧室中,多孔介质的填充、扩展型喷口的开设、催化剂的使用均能提高其外壁面的平均温度,同时也能改变温度分布特别是最高温度区域的位置,这也导致单色辐射力和有效辐射能均依次增加;基于3种改进结构燃烧室的系统在能量转换的各方面均优于采用圆形喷口直通道燃烧室的系统,其中扩展型喷口内部催化结构的燃烧室在相同燃料输入时能使系统整体效率提高56.6%,功率密度达到0.87W/cm3.

燃烧室结构对柴油机燃烧过程影响及边界适应性的模拟研究

以共轨柴油机为研究机型,在保持压缩比不变条件下,基于方案A（缩口率最大）,设计了方案B（缩口率最小）、C（径深比最小）、D（径深比最大）三套燃烧室新方案,应用三维CFD方法模拟研究了燃烧室结构对柴油机工作过程的影响规律。计算结果表明,碳烟（Soot）对径深比的变化最为敏感,在降低缩口直径基础上减小径深比（方案C）有利于燃烧后期逆挤流的形成,促进扩散燃烧,降低Soot;不同EGR率时,方案C的Soot最低,方案D因气流运动较弱而最高;随着涡流比增大（0.7~1.5）,方案A在挤流区以及底部凹坑内的速度场显著增强,Soot呈降低趋势,而方案C、D在底部凹坑内及缩口处的速度场则相反减弱,Soot生成则总体呈升高趋势;在不同的EGR率、喷油持续期和涡流比条件下,方案C的NO和Soot都最低,其对燃烧边界的适应性总体较好。

燃烧室结构对液体燃料MILD燃烧影响的数值模拟

高速空气射流卷吸高温烟气回流并与反应物快速掺混再燃烧是实现MILD (moderate or intense low-oxygen dilution)燃烧的重要特征,为了实现常温空气条件下液体燃料的MILD燃烧,燃烧室结构参数的优化设计与内部流场组织是关键.采用数值模拟研究了燃烧室高度、燃料和空气喷嘴位置分布对流场、温度场分布和NO_(x)排放的影响规律.结果表明:燃烧室高度通过影响空气射流的速度衰减和燃烧室内部的循环率,决定了燃烧室内整体气流的循环情况;空气喷嘴和燃油喷嘴的位置变化,决定了燃料在燃烧室内的分布以及与高温烟气的混合情况;当空气喷嘴和燃油喷嘴相对距离较小时,强烈的回流会使燃料在燃烧室内的分布更加均匀,烟气稀释新鲜反应物的能力增强,进而使燃烧室内燃烧缓和,峰值温度下降,热力型NO排放降低;当空气喷嘴远离燃烧室出口时,集中的大面积回流区域使反应物在燃烧室内均匀分布,整体的燃烧反应更加均匀和缓和,有利于MILD燃烧的实现.

固体推进剂燃烧波结构与燃速及压力指数的关系研究

采用微型热电偶测燃烧波温度分布、燃烧火焰照相、燃速测量等实验技术研究了双基、双基平台、复合改性双基等双基系推进剂在１～６ｋｇ／ＭＰａ压力下的燃烧波结构，揭示了它们各自的特征，阐述了燃烧波结构与燃速及压力指数的关系。

进气参数及燃烧室结构对LNG发动机排放性能的影响

以L23/30A发动机为研究对象,研究了不同进气参数及不同燃烧室几何形状对缸内燃烧特性对柴油机性能及排放的影响。研究结果表明:随着进气压力的增大和燃烧室过渡圆深度的加深,缸内挤流作用加强,油气混合均匀,缸内燃烧充分,降低了soot及NO_x的生成;减小燃烧室的缩口直径及提高进气温度,缸内湍流分层严重,滞缓了缸内涡团的破碎与聚合,局部油气分布过浓燃烧不完全,导致局部温度、压力过高,诱发燃烧过程中soot及NO_x的生成。因此,在加深燃烧室过渡圆深度的前提下,通过提高低温燃烧的进气压力,可以改善发动机的燃烧特性。

燃烧室结构对微燃烧器内甲烷燃烧的影响

为了合理设计微燃烧室,建立了微燃烧室内的湍流燃烧模型,采用Fluent软件对不同结构微燃烧器中甲烷/氧气的燃烧特性进行了数值模拟。甲烷/氧气的当量比为1,混合气流量为200mL/min,入口温度为300K,并比较了不同结构微燃烧室内燃烧情况的差异。计算结果表明,随着燃烧器的长度和宽度增加,燃烧室内的温度升高,甲烷的浓度下降。

烟丝结构分布对细支卷烟燃烧锥落头的影响

为了研究细支卷烟烟丝结构分布与燃烧锥落头之间的相关性,采用包埋固定法对3种不同品牌的细支卷烟烟支及燃烧锥进行原位固定,获得烟支及燃烧锥的切片,并利用光学显微镜对其进行结构分析。结果表明:(1)细支卷烟烟支轴向烟丝密度分布极不均匀,据此将细支卷烟划分为4部分,即a段(距离点燃端0～6 mm)、b段(6～20 mm)、c段(20～50 mm)和d段(50～65 mm)。且烟支b段密度高点与c段密度低点之间的差值△ρ值越大,燃烧锥落头率越高;(2)烟丝配方中中短丝比例越高,细支卷烟的燃烧锥越短,其内部结构越均匀;(3)将标准平准盘更换为U型平准盘,品牌B细支卷烟的燃烧锥落头率从58%降低至28%;(4)烟丝配方中中短丝比例从10%增加至35%,品牌B细支卷烟的燃烧锥落头率从42%降低至20%。

燃烧室结构对微型摆式发动机燃烧过程影响的数值模拟

基于Fluent-CFD软件建立了摆臂自由运动条件下的微型摆式发动机内燃烧过程三维动态网格数值模型,采用正丁烷氧化一步反应机理模拟了三种内径的燃烧室内流动与燃烧过程,考察了燃烧室内径对系统性能的影响。结果表明:增大内径可以减小燃烧室底部区域燃料残留,促进燃烧更快完成,提高燃烧室内的峰值压力和缩短峰值出现时间,有利于提高发动机的输出功、功率密度和效率。

特种结构固体火箭发动机燃烧室随机振动疲劳分析

随机振动下固体火箭发动机的疲劳破坏分析与疲劳寿命准确预测一直是困扰固体发动机设计的难题。通过模态分析、随机振动分析和基于高斯分布的三区间法、Miner疲劳累积损伤理论进行的疲劳计算,仿真分析了一种特种结构固体发动机燃烧室经过随机振动试验后的疲劳破坏规律及影响因素。结果表明,发动机燃烧室在经历径向随机振动激励时,结构响应最大,最大等效应力位于与燃烧室壳体交界附近的装药杯支撑杆上,是发动机燃烧室的最薄弱处;发动机燃烧室存在90、294、411 Hz三个共振频率,设计时要注意避开。极限随机振动试验表明,振动60 s时,燃烧室未发生疲劳破坏,而振动15 min发生了疲劳破坏,这与仿真的结果是吻合的,验证了数值振动模型和疲劳破坏计算方法的有效性,可为预测固体火箭发动机的疲劳破坏和疲劳寿命提供参考和指导。

V94.2燃烧室结构特点

Siemens公司的V94.2燃气轮机的特点是具有2个筒型燃烧室,每个燃烧室有8个燃烧器,可以燃烧低热值到高热值的多种燃料。混合燃烧器还可实现干式低NOx控制及低CO排放。列出了燃烧室的技术规范,说明了燃烧室的结构和组成部件,并分析了其燃烧方式。该燃烧室的长处是使用寿命长,能抑制偶发的压力波动,燃气在透平进口温度均匀,可靠性高。

燃烧室迷宫复合冷却结构流场数值研究

以燃烧室迷宫复合冷却结构为研究对象,采用数值模拟方法研究该冷却结构内部流场、温度的分布情况,获得其流场结构及冷却效率沿轴向的分布规律,并与采用气膜冷却的原型火焰筒进行了对比。研究表明:相对某型航空发动机燃烧室火焰筒,该冷却结构的冷却效率高,流场分布均匀。计算结果对于迷宫复合冷却结构的设计和冷却性能试验研究都具有一定的理论指导意义。

N_2O/HTPB固液发动机燃烧室结构对药柱燃面退移特性的数值模拟

针对采用N_2O/HTPB推进剂的某固液火箭发动机,分析研究燃烧室长径比、前燃室长度、补燃室长度以及喉径等结构参数对固体燃料热解表面燃面退移速率的影响。通过建立一种基于流场与固体燃料之间耦合传热和PDF燃烧模型的数值计算方法,并经算例验证后,说明此数值模拟方法的合理性和正确性。因此,应用此数值模拟方法分别计算了燃烧室各结构参数对固体燃料热解表面退移速率的影响:药柱长径比对燃面退移速率影响较大,随着药柱内径的不断增大,退移速率逐渐减小;随着前燃室长度的增大,燃面退移速率也相应增加,但幅度较小;而补燃室长度以及喉径对退移速率基本无影响。适当增加补燃室长度,可增强氧化剂与燃料热解气体的掺混效果,从而提高燃烧效率。

煤种掺烧燃烧器结构优化调整研究

某600MW超临界锅炉,原设计煤种为烟煤。采用分磨掺烧褐煤时出现再热器减温水量大、NOx排放高的问题。通过对燃用褐煤的燃烧器进行结构优化调整,锅炉满负荷运行时再热器减温水量明显下降,NOx排放值也有一定程度的降低。

固体火箭发动机燃烧热结构与内流场国防科技重点实验室

由航天科技集团公司第四研究院和西北工业大学联合建设的我国国内固体火箭推进领域第一个国家级重点实验室——燃烧热结构与内流场重点实验室于1995年底建成并投入使用。近10年来，该实验室与国内外同行广泛地进行了学术交流，先后开展了345项课题研究，已完成287项，获省部级以上科技成果30项，在国内外刊物及国际性学术会议上发表论文153篇，已培养博士后8名、博士52名、硕士137名。目前在站博士后2名、在读博士研究生31名，硕士研究生79名。

天然气燃烧时燃烧器结构对氧化氮生成的影响

对锅炉用的煤粉燃烧器，比较了三种燃烧器的NOx排放量。第1种是双蜗壳煤粉燃烧器；第2种是直通式燃烧器，每台燃烧器由上下两层通道组成，上层通入二次空气，下层通入煤粉和一次空气混合物，且在燃烧器下部另通入空气；第3种与第2种基本相同，只是在燃烧器上部另通入空气。试验结果表明，随锅炉负荷增加，NOx排放量对第1种变化不大，对第2种和第3种则均增加；而不论在任何负荷下，第2种燃烧器的NOx排放量均高于第1种。

低值燃料的燃烧和其对燃烧器结构的影响

供锅炉的煤质持续下降,褐煤中水份平均达50％。原煤中的灰份上升到12～20％,不久将达到25％。矿物质局部含有木糖醇或形成钠碱盐。这就导致:着火困难和结焦。燃烧器的旋转气流可提供许多有利的可能性。气流旋转可达到:靠近燃烧器处的内部着火和气流的外部着火。旋转气流形 成一个压力场,在靠近燃烧器中心线区域使烟气从高温火焰向燃烧器喷口回流(图1)。