利用冷焰现象实现轻油的预蒸发燃烧

介绍一种燃烧液体燃料的新技术—预蒸发燃烧技术 ,通过分离液体燃料的蒸发过程和燃烧过程 ,实现液体燃料的“气体化”燃烧。重点介绍了利用液体燃料着火前存在的冷焰燃烧现象实现燃料预蒸发的技术原理。与传统的燃烧技术相比 ,轻油的预蒸发燃烧具有高效率、低噪音、低有害污染物 ,特别是NOx排放和易调节等优点。

轻油的预蒸发燃烧──预蒸发燃烧技术原理及实践

介绍了液体燃料预蒸发燃烧的技术原理，着重介绍了利用轻油燃烧前存在的着人延迟现象和着火前存在的冷焰燃烧现象实现轻油预蒸发的技术原理。轻油的预蒸发燃烧具有高效率，低噪音排放，低污染，特别是低ＮＯｘ排放和易调节等特点。

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。

贫油预混预蒸发燃烧室研究进展

贫油预混预蒸发燃烧室是当前最具代表性的先进燃气轮机燃烧室,在实现超低排放中具有巨大的潜力。结合贫油预混预蒸发燃烧室工作原理,介绍了国内外燃烧室流场组织方法,分析了不同燃烧室中油气匹配方法的差异。从旋流器主要参数、燃油雾化掺混方法和燃油分级方法3个方面梳理了燃烧室燃烧与排放特性的研究进展,指出了现有研究中的不足。基于现有研究内容和技术发展趋势,认为贫油预混预蒸发燃烧室应向低阻损失、超低排放、高燃烧稳定性的方向发展。

应用预蒸发技术燃烧液体燃料

本文介绍了一种燃烧液体燃料的新技术－预蒸发燃烧技术：通过分离液体燃料的蒸发过程和燃烧过程，实现液体燃料的“气体化”燃烧；重点介绍利用液体燃料着火前存在的冷焰燃烧现象实现燃料预蒸发的技术原理。与传统的燃烧技术相比，液体燃料的预蒸发燃烧具有高效率、低噪音、低有害污染物特别是ＮＯｘ排放、和易调节等优点。

分级/预混合预蒸发贫油燃烧低污染方案NO_X排放初步研究

对分级/贫油预混合预蒸发低污染燃烧方案的氮氧化物排放进行了初步试验研究,主要目的是考察贫油预混合预蒸发级降低污染排放的能力。预燃级是常规双涡流器空气雾化喷嘴,主燃级是空气雾化喷嘴雾化燃油,配装蒸发管,头部涡流器组织燃烧。燃油为RP-3航空煤油。采用单头部燃烧室,工况模拟了燃烧室进口温度(800K)、进口速度和总油气比,压力为常压。研究结果表明,旋流式贫油预混合预蒸发燃烧的主燃级有降低氮氧化物的潜力,相对于常规燃烧组织方式,能够降低NOX排放量为60%,同时发现,燃油分级比例对NOX降低也有很大影响。

贫油预混预蒸发燃烧室回火现象的大涡模拟

为研究贫油预混预蒸发(LPP)燃烧室的回火现象及形成机理,基于大涡模拟(LES)及部分预混燃烧模型,对Schneider试验进行数值计算,分别将冷态及燃烧温度场与试验结果进行对比,验证了模型的准确性。将该模型应用于LPP燃烧室,并利用详细的化学机理对航空煤油火焰传播速度进行修正,成功重现了回火现象的发生并向主燃级上游传递的动态过程,通过流场分析发现局部形成的不规则涡结构在回火现象中扮演着重要角色。进一步从涡量方程的角度对涡结构进行分析,发现燃烧引起的斜压及体积膨胀是诱发回火现象的主要原因。

预混湍流燃烧的level-set小火焰库方法研究

针对燃气涡轮发动机中贫燃预混预蒸发燃烧室,考虑详细化学反应机理,结合Level-set方法与小火焰模型模拟预混火焰,计算了甲烷/空气贫燃预混燃烧的火焰面的位置,并比较了在贫燃条件下各当量比的NO排放值,计算与实验结果吻合较好。

重油燃烧技术的现状与展望

讨论重油燃烧存在的问题和目前的技术状态。重点介绍了液体燃料的预蒸发燃烧技术和利用预蒸发技术燃烧重油的可能性。应用预蒸发技术燃烧液体燃料具有高效率、低噪音排放、低有害气体特别是低NOx 排放和易调节等特点。

一种贫油燃烧室进口温度和压力对污染物排放影响的试验研究

以一种中心分级的贫油预混预蒸发单头部燃烧室为研究对象,通过模拟不同燃烧室进口温度和压力,研究其对污染物排放的影响。结果表明,燃烧室进口温度和压力升高对CO、UHC的生成影响相对较小,但对NOx的生成影响很大。通过对排放数据的最佳拟合,得到了NOx发散指数与进口温度和压力之间的预估关系式,并利用已有的单头部燃烧室返场与巡航状态及三头部扇形燃烧室爬升与起飞状态的NOx排放试验数据,对其进行了验证。

重油工业锅炉燃烧中存在的问题及对策

本文讨论了重油工业锅炉燃烧中存在的问题以及改善重油燃烧的若干技术措施，探讨并重点介绍了预蒸发燃烧技术和利用预蒸发技术燃烧重油的可行性．

弱旋流对LPP燃烧室下游流场影响的数值研究

为了解弱旋流燃烧下游的流场特性及其对贫油预混预蒸发(LPP)燃烧室的影响,采用数值模拟方法,对6种不同旋流器流道特征的弱旋流燃烧室三维冷态流场进行数值模拟。结果表明,旋流器流道特征对下游流场特性产生较大影响,不同叶片通道的旋流器下游中心回流区的形状、尺度、速度梯度和全流场速度分布均呈现出不同特征。主模旋流器旋流数低于0.51时,中心回流区基本相同且尺度较小,主要由副模旋流控制;主模旋流器旋流数增至0.59时,旋流器下游形成了由主模旋流控制的更大的中心回流区。

自激振荡预混燃烧的实验

通过动态压力测量、化学自发荧光相同步测量的方法对自激振荡燃烧动力学过程进行了实验研究,分析了不同空气流量、化学当量比和边界条件对振荡燃烧过程的影响.实验结果显示,燃烧热负荷的提高会导致燃烧段压力脉动幅值的提高,使燃烧更加不稳定.化学当量比越接近熄火极限,压力脉动的频率越高.同时燃烧室进出口边界条件的改变也会对振荡频率产生影响.

LPP燃烧室燃烧不稳定特征三维模拟

为分析贫油预混预蒸发(LPP)燃烧室的燃烧不稳定(CI)特征,通过对三维亥姆霍兹方程进行了三种不同程度的简化:平均温度场和导入CFD温度场的无源项方程,以及导入燃烧流场特征的有源项方程,分别对单头部LPP燃烧室模型进行了三维频域特征数值仿真。结果表明:燃烧室内的温度分布是燃烧室声学特征频率的重要影响因素,释热率源项对主频无影响。相比于仅设置平均温度场,导入CFD三维温度场可以获得与实验频率更吻合的结果,精度提高了5%。采用解耦方式求解频域方程能够快速建立声学系统与燃烧流场间的联系,释热率和迟滞时间的空间分布特征表现在亥姆霍兹方程的源项,其对预测燃烧室固有频率没有影响,但是能够获得详细声压分布特征。

航空发动机极端条件下液雾自燃特性研究进展

贫油预混预蒸发(LPP)燃烧是目前最先进的民用航空发动机低排放燃烧技术,但在预混过程中面临的自燃与回火等风险,已成为制约其发展的瓶颈问题。在航空发动机燃烧室的高温(最高1000K)、高压(最高6MPa)来流极端条件下,预混预蒸发段内自燃属于受限空间内的液雾自燃,本文对与液雾自燃相关的实验研究进行回顾和分析。首先,描述民用航空发动机LPP燃烧室内的液雾自燃过程,分析液雾自燃的影响因素和特点,指出液雾自燃的重点研究方向;其次,对与液雾自燃密切相关的化学自燃研究进行简要综述,总结各物理参数对化学自燃的影响规律;最后,重点分析液雾自燃的实验研究现状,展示航空发动机极端条件下的液雾自燃随机性研究进展,探讨液雾自燃研究面临的问题和后续发展趋势。

一种RP-3航空煤油的三组分替代燃料简化机理构建与验证

对RP-3航空煤油三组分替代燃料(质量分数分别为73%的正十二烷、14.7%的1,3,5-三甲基环己烷和12.3%的正丙基苯)半详细化学反应动力学模型进行简化和验证,旨在获得可应用于工程计算且精度合理的三组分替代燃料简化机理。三组分替代燃料半详细化学反应动力学模型包含有257组分和874步基元反应。第一步采用直接关系图法(Directed relation graph,DRG)构建了109组分423步基元反应;第二步是在第一步的结果上采用基于误差传播的DRG方法 (Directed relation graph basedon error propagation,DRGEP)和计算奇异摄动法(Computational singular perturbation,CSP),构建了84组分271步基元反应;最后采用路径分析法在常压高温条件下分析其燃烧路径,对比详细机理和第二步的简化机理,去除不重要的反应路径(在本文工况中化学反应速率很小的基元反应)或者补入被前两步简化方法删减错的重要路径。最终获得的适合常压高温燃烧的三组分替代燃料简化机理为59组分和158步基元反应。结合RP-3煤油点火延迟时间和层流火焰速度等试验数据对三组分替代燃料简化机理进行了验证,结果表明,本文获得的三组分替代燃料简化机理数值计算结果与试验数据较吻合。最后,为了验证三组分替代燃料简化机理工程实用性,以本生灯预混燃烧火焰为物理模型,利用三组分替代燃料简化机理对以航空煤油为燃料的本生灯预混预蒸发燃烧进行了数值模拟,计算结果表明,该简化机理数值计算结果与试验数据吻合,且计算时间能在工程应用可接受范围内,因此说明本文获得简化机理组分和反应步数合理,计算精度较为准确。

高温高压下航空煤油横向喷射自燃延迟时间特性研究

基于一套二元流动反应器,采用先进毫秒级光电测量系统,对高温高压下航空煤油横向喷射自燃延迟时间(ADT)进行了研究。实验工况为:空气总压p_t=0.5~1.5 MPa、空气总温T_t=830~1 000 K、空气速度v_a=40~50 m/s、燃油动量比q=15~80、韦伯数We=90~250。基于实验结果,得到ADT的经验关系式。最后分析了燃油破碎雾化时间、蒸发时间及化学反应时间与航空煤油ADT的耦合关系。该研究结果可为航空发动机燃烧室预混段几何尺寸设计提供重要的工程依据。

单头部模型燃烧室燃烧组织及NOx排放

采用光学诊断与三维数值模拟结合的方式,研究了中心分级贫油预混预蒸发模型燃烧室燃烧组织与NOx生成特征。试验测量了模型燃烧室流速、燃油、OH和NO组分浓度分布。通过与试验结果对比,采用基于雷诺平均Navier-Stokes方程的方法对流场的预测误差为13.9%,喷雾张角预测误差为6.0%,预测的OH和NO组分分布特征与试验测量结果基本一致。数值结果表明,在单头部模型燃烧室中,主、预燃级火焰以弱耦合的方式组织燃烧,且大部分NO在预燃级高温区域生成。燃油分级比的变化(0.15~0.30)不影响燃烧室流动与火焰分布特征,但对燃烧室出口NOx生成量有一定影响,NOx生成量随着分级比增大而减少。

LPP燃烧室振荡燃烧机理及二次燃料对振荡的抑制

开展了贫预混合预蒸发燃烧室（LPP）振荡燃烧机理的实验研究,利用锁相的平面激光诱导荧光（PLIF）测量技术测量了一个振荡燃烧周期内不同相位上贫预混合预蒸发燃烧室火焰结构。研究表明：靠近燃烧室轴线处火焰会间歇性地局部熄灭、重新点燃、逐渐增强;远离燃烧室轴线处火焰会周期性地脱体和融合;计算了LPP燃烧室内瑞利指数分布,瑞利指数为正的两个区域与靠近燃烧室轴线处和远离燃烧室轴线处发生周期性波动的火焰区域重合;确定了LPP燃烧室中的振荡燃烧是由上述两个区域的火焰周期性波动共同作用所激励;通过二次燃料喷射,成功地抑制了LPP燃烧室内的振荡燃烧,实现了振荡燃烧的主动控制。