基于试验载荷的某重型燃气轮机结焦积炭模拟

燃烧室燃油壁面结焦和燃烧积炭能对燃烧性能和寿命产生严重不良影响。基于某重型燃气轮机4种功率下燃烧载荷的火焰筒壁面测温漆试验结果,数值研究了壁面燃油结焦和积炭特性。用UG软件进行实体三维建模;用气相Realizable k-ε湍流模型、燃油颗粒Lagrange随机轨道模型、EDC燃烧模型和碳烟生成模型等模拟两相湍流燃烧反应流;采用压力-速度耦合SIMPLE算法和二阶迎风差分离散格式,计算分析了燃油颗粒分布与热壁面结焦、燃烧传热、火焰筒壁温分布和碳烟沉积。模化并分析了壁面同时发生的结焦和积炭特性及其影响因素。模拟结果与相关试验基本符合,为降低壁面的结焦积炭和改进燃烧室设计提供了理论依据。

当量比及航空煤油组分含量变化对喷嘴表面结焦积炭影响

针对喷嘴表面结焦积炭问题会对航空发动机整体性能及安全性能产生重要影响,以当量比及航煤组分含量变化作为影响因素,采用动态燃烧实验方式,研究燃烧工况变化和正十六烷及丁基苯在与纯航煤掺混后的混合油中其质量分数的变化对喷嘴表面结焦积炭产生的影响。实验后发现喷嘴表面的结焦积炭量随着当量比的减小呈现出不同的变化趋势,其中喷嘴附近燃烧区温度变化及燃气的卷吸和回流作用增强是影响结焦积炭量变化的主要因素。在本文实验工况下,当掺混比例均为10%时,混合油中丁基苯的质量分数变化对结焦积炭量影响比同掺混比例下正十六烷大19%。并且在SEM(Scanning Electron Microscope)分析后发现,燃油小液滴及游离碳氢微团在燃烧态条件下通过高温裂解结焦过程,在喷嘴表面形成了复杂无序和疏松多孔的网片状结构,包括短丝状焦和颗粒球状焦炭的沉积和附着。因此适当的燃烧当量比及航煤中组分含量的变化,可减少喷嘴表面结焦积炭的沉积附着。