贫燃预混旋流火焰动力学失稳过程分析

利用实验和数值模拟方法对贫燃预混旋流火焰的动力学失稳过程进行了分析,发现燃烧室入口非反应旋流入射过程所诱发的低频压力振荡将引起反应流热声振荡,两者之间具有倍频关系;旋流剪切边界层内较高的速度梯度诱导产生小尺度漩涡,三维螺旋结构的涡漩进动过程将造成火焰面内出现周期性的局部熄火和重新着火,从而使非平衡羟基等值面和中心回流区尺度出现周期性变化,并进一步诱发低频、高幅压力振荡,导致火焰发生动力学失稳;涡漩进动、中心回流区尺度、非平衡羟基等值面变化及压力振荡具有相同的频率.

反应机理对CFD计算燃气轮机高压燃烧NO排放的影响

基于GRI3.0、Skeletal mech、8-steps mech、GRI3.0_modify 4个反应机理,采用CFD方法计算了燃气轮机燃烧室甲烷贫预混旋流火焰的温度场、NO生成率分布、NO摩尔分数分布和出口NO体积分数,并对各反应机理出口NO体积分数的计算值与实验值进行比较。结果表明:4个反应机理的NO生成地点主要在火焰表面,NO来源主要为快速型、N2O型及NNH型;对于NO生成率及摩尔分数分布,GRI3.0与Skeletal mech结果一致,GRI3.0_modify明显高于GRI3.0和Skeletal mech,而8-steps mech明显低于其他反应机理;反应机理GRI3.0、Skeletal mech和GRI3.0_modify均对出口NO体积分数进行了准确预测,Skeletal mech在更少的计算时间内(GRI3.0的一半)再现了GRI3.0对NO排放的预测;相比原反应机理GRI3.0,GRI3.0_modify提高了NO排放的预测准确度,8-steps mech的计算值则与实验值偏差较大。

燃气轮机燃烧室中快速型NO形成的数值计算

为数值预测燃气轮机燃烧室生成的快速型NO含量,分别采用完全NO机理GRI3. 0(其中快速型NO机理为HCN子机理)及GRI3. 0_modified(其中快速型NO机理为NCN子机理),通过计算流体力学(CFD)软件计算贫预混旋流火焰下的总NO生成,并将出口NO浓度的计算结果与实验值进行比较;然后分别采用加法和减法计算了HCN子机理及NCN子机理的快速型NO的生成。结果表明:GRI3. 0及GRI3. 0_modified均对出口NO浓度做出了准确的预测,GRI3. 0_modified的准确度比GRI3. 0高7%,这归功于后者的NCN子机理对前者的HCN子机理的替换;加法与减法的计算结果相互对应,验证了这两种方法计算快速型NO的准确性; NCN子机理的快速型NO生成速率高于HCN子机理,前者的NO出口浓度比后者高1倍,分别占各自完全NO机理生成的总NO出口浓度的17%(NCN)及10%(HCN)。