进气温度和含湿量对湿空气透平循环燃烧室实现柔和燃烧的影响研究

本文基于甲烷柔和燃烧的简化化学反应器网络模型,研究了空气进气温度和含湿量对湿空气透平(HAT)循环燃烧室内实现柔和燃烧的影响。针对HAT循环三种典型工况的研究结果表明:空气进口温度和燃烧室头部温度越高越容易实现柔和燃烧。空气含湿量对实现柔和燃烧的临界回流比的影响可以忽略,但空气含湿量的增加会引起点火延迟时间的延长,该影响持续至蒸汽含量达到其临界值,这有利于未燃反应物与烟气的充分掺混。当空气进口温度从381 K上升到881 K时,实现柔和燃烧的临界回流比下降了70%。空气加湿抑制NOx生成效果随着空气进口温度升高变得更加显著。随着空气进口温度的升高,由于热力型NO占主导地位,增加含湿量使得热力型NO迅速下降,而加湿引起快速型NO增加的效果不显著,从而使得整体NOx下降。针对模型柔和燃烧室的实验结果表明:绝热火焰温度在1 650~2 050 K内,热负荷36~59 k W条件下,不同含湿量(Ω=0~0.2 kg/kg)和不同空气进口温度(381,503,640 K)的NOx排放均低于1×10^(-5)@15%O2,而CO排放在含湿量0~0.1 kg/kg范围内同样能保持1×10^(-5)@15%O2以下。上述结果表明,该模型燃烧器能够在不同空气含湿量和空气进口温度下均保持较低的污染物排放。

3级旋流器各级气量变化对燃烧性能的影响

为了探究中心分级燃烧室各级旋流器叶片数量与相应旋流气量变化对燃烧室性能的影响,基于高推重比和高温升的技术需求,对设计模型进行了除旋流器外分块结构化网格划分,并在ICEM软件中实现混合网格周期性边界条件设置,进行3维数值模拟。结果表明:确定最优方案的3级旋流器叶片数量分别为8、10和15。中心分级燃烧室每级旋流器流通气量随其相应旋流器叶片数量改变呈负相关变化关系;设计油气比为0.045时,中心分级燃烧室最优方案即基准型方案的温升可达1300 K,出口温度分布系数OTDF达到0.13,在性能所要求的0.10~0.15之间,出口径向温度分布系数RTDF达到0.081,在性能所要求的0.08~0.12之间;中心分级燃烧室出口截面OTDF值随火焰筒头部每级旋流器的叶片数量或旋流气量的变化关系是“V”形,RTDF值随头部每级旋流器的叶片数量或旋流气量的变化关系是类“V”形。

Experimental Study of Ethylene Combustion in a Scramjet Combustor

In this paper the ignition characteristics of gaseous ethylene hydrocarbon fuel is investigated in the supersonic clean airstreams experimental facility with a resistance heater. The generic cavity flame holder is used to create recirculation and promote the fuel/air mixing at the lower wall of the combustor. Three different injection concepts are considered in this research ： （ 1 ） ethylene injection upstream of the cavity ; （2） ethylene and hydrogen injection upstream of the cavity simultaneously; （ 3 ）ethylene injection preceded by pilot hydrogen injection. The pilot injection showed to be a supportive tool for holding the flame of the main normal ethylene fuel injection. Therefore, using pilot hydrogen injection and cavity configuration necessitates optimizing the combustor length to ensure the complete combustion and the full liberation of the chemical energy stored in the fuel before exiting the combustor.The present study proved the possibility of igniting the ethylene and maintaining its flame in the supersonic airstreams.

空气加热器喷雾燃烧流场仿真模拟

为研究喷注压降对空气加热器喷雾燃烧流场的影响规律,采用DPM离散相模型,结合考虑湍流燃烧效应的涡耗散模型对酒精/液氧/空气三组元加热器进行仿真计算,并与理论计算及试验结果进行对比,验证模型的准确性。仿真结果表明:在保持三组元流量恒定的条件下,提高空气喷注压降能够缩短酒精喷雾的雾化距离与火焰长度,当空气喷注压降提高后,能使喷雾距离缩短50%,火焰长度缩短40%,燃烧室内温度分布更加均匀,有利于提供满足试验需求的均匀热气流;同时,降低酒精喷注压降能够减小酒精喷雾的穿透距离,使火焰更加集中于燃烧室轴线处;当空气喷注压降超出工作范围时,火焰无法附着在喷嘴出口,容易造成加热器熄火;过高的酒精喷注压降会使燃烧火焰周期性摆动,不利于燃烧室热防护。

非旋空气对分级贫油直喷燃烧室流动和雾化影响的实验研究

针对中心分级贫油直接喷射燃烧室头部,采用粒子图像测速技术、平面激光Mie散射技术以及粒径测量技术,对比研究了非旋流空气与旋流空气四种不同的进气比例对燃烧室流动特性、喷雾特性以及燃油粒径分布特征的影响。研究发现:在常温常压状态,随着非旋流空气比例的增高,中心回流区不断缩小直至消失,预燃级燃油锥角不断减小,雾化受到阻碍,主燃级射流由向主燃级偏转逐渐转为向预燃级偏转,主油破碎效果先恶化后优化。在旋流器压降为1%和2%工况下,非旋流空气对两级燃油雾化均有抑制作用,随着非旋流空气比例的升高,空气对两级燃油雾化的阻碍作用呈现先增强后削弱的趋势,在压降为3.3%工况,非旋流空气比例对燃油雾化的影响较小。结果表明:非旋流空气与旋流空气比例为1∶2时,能够得到较为良好的流场结构、燃油分布和雾化效果,综合性能较好,是最优方案。

超音速燃烧室性能非定常准一维流数值模拟

完成了超音速燃烧室内非定常准一维流的数值模拟研究。数学模型综合计及了面积变化、物质添加、化学反应、燃烧室壁面散热、壁面摩擦和变比热等各种影响因素，准确地计算出双模态超音速燃烧室的总过程，其主要优点是在未知激波位置情况下，可以分析处理非定常的工作过程。

固体火箭冲压发动机燃烧室热防护层烧蚀计算

为了研究冲压发动机燃烧室的热防护性能,用类比法计算了整体式固体火箭冲压发动机燃烧室壁面的烧蚀,其中考虑了热解气流对烧蚀的影响,并将国外有关固体火箭发动机喷管烧蚀计算时所用经验参数(指前因子)通过换算转换到冲压发动机燃烧室烧蚀计算中。计算结果符合物理规律,并与试验结果符合较好。该项研究为冲压发动机燃烧室热防护层的设计提供了有效的分析手段。

设置空腔的超声速燃烧室流场数值模拟

用数值解二维 N- S动量守恒、能量及组分守恒方程 ,模拟了一个设置空腔的超燃燃烧室流场参数分布及性能。计算结果表明 ,空腔扩大了超燃燃烧室的火焰稳定工作范围 ,并提高了燃烧效率。在计算的燃烧室进口状态下 ,空腔内的平均温度、压力取决于空腔内的平均混气比 ,当混气比接近于恰当比时 。

超声速燃烧室流场的数值模拟研究

用二维Ｎ－Ｓ方程的数值计算方法，模拟了超声速燃烧室内流场结构和性能。当量油气比φ＝０．３５和φ＝０．４６，燃烧室由扩张段和等截面段组成。在给定的进口状态下，计算结果与实验数据的比较表明，壁面压力和总压恢复系数相当符合。对计算的燃烧效率低于实验数据的原因进行了分析，对双模态超声燃烧室设计提出了改进的意见。

扩散燃烧流场测量的PIV应用研究

为了研究燃烧火焰结构及其内部流动状况,考察其在燃烧喷嘴前回流区冷态试验模拟中和实际燃烧状况下的差别,利用二维粒子成像速度仪(PIV)对带钝体燃烧器中的丙烷 /空气扩散燃烧的流场进行了测量,实现了火焰内部流动的可视化.通过对热态流场与相应冷态流场的对比分析表明,在复杂燃烧中冷态流场模拟与实际燃烧过程中的流动存在较大差别,实际燃烧中的流动状况变得紊乱,回流区在长度和宽度上都明显增大.

空气节流对超燃燃烧室火焰稳定影响的数值研究

空气节流通过在流场中产生激波串,有效地辅助燃料实现稳定燃烧。非定常数值模拟研究了空气节流对超燃燃烧室燃料稳定燃烧的影响,分析了节流实现燃料稳定燃烧的机理。结果表明:在燃烧室入口马赫数2、静温548.8K、静压0.1MPa,乙烯燃料当量比为0.5,先锋氢辅助点火的条件下,距离发动机入口845mm处,30%入口空气流量的节流流量有效地实现了燃料的稳定燃烧,激波串是实现燃料稳定燃烧的根本原因,节流参数对节流效果有着较大的影响。

超燃冲压发动机燃烧室三维化学反应流场的数值模拟

采用LU隐式方法强耦合求解有限体积法离散的完全N－S方程及组分方程，数值模拟超燃冲压发动机燃烧室内的化学反应流场。计算中采用了AUSM通量分裂格式，两方程的化学反应模型和Baldwin－Lomax代数湍流模型。计算结果与可能的实验结果进行了比较。

超燃冲压发动机燃烧室空气节流技术研究

为考察空气节流对超燃冲压发动机燃烧室的影响,非定常数值模拟和地面实验相结合证实了空气节流可以实现超燃燃烧室燃料稳定燃烧,研究了节流位置、节流流量、节流撤去时间对节流效果的影响。结果表明:在燃烧室入口马赫数2,静温548.8K,静压101555.9Pa条件下,745mm处节流时,激波串稳定时间较短,稳焰失败;875mm处节流时,火焰稳定成功。随着节流流量和节流撤去时间的增加,燃烧越来越剧烈,壁面压力逐渐升高,可能影响进气道的起动,对于本文来流条件,30%入口空气流量作为节流流量是合适的,440ms以前撤去空气节流是恰当的。

高温空气多级点火燃烧器的试验研究

提出了一种新型高温空气煤粉多级点火燃烧器。在成功实现煤粉多级点火的基础上,对影响多级煤粉着火燃烧的各影响因素(一级煤粉浓度、热风温度、多级煤粉浓度、多级煤粉送粉风流量以及环形冷却风流量)进行了试验研究。结果表明,随着一级煤粉浓度的降低,燃烧器内总体温度水平下降,多级煤粉的剧烈燃烧区向燃烧器出口移动。当多级煤粉气流着火后,停止一级给粉,热风温度在一定范围内仍可维持多级煤粉的着火燃烧。多级点火燃烧器内部温度随多级煤粉浓度的升高呈现先上升后下降的趋势。多级煤粉送风量对多级煤粉燃烧的影响呈现出与多级煤粉浓度变化相似的趋势。少量的环形冷却风可以对多级煤粉的燃烧起到助燃以及防止结焦的作用。

一次风旋流数对燃烧室内湍流燃烧与NO_x生成的影响

本文在分级进风旋流燃烧室的实验装置上进行了湍流燃烧的实验研究。测量了在不同的一次风旋流数下,气体的时均温度、O2、CO2、CO和NO浓度的分布。利用实验测量结果分析了一次风旋流数对燃烧室内湍流燃烧及NOx生成的影响。

中心分级高温升燃烧室的油气掺混特性

针对超高温升燃烧室的需求,设计了一种基于中心分级燃烧方案的主燃级组合式旋流器头部结构.借助数值模拟,从油气掺混特性角度分析比较了主预级旋向和主燃级燃油喷点径向位置对燃烧室性能的影响.研究结果表明:主预级同旋布置加强了燃烧室内的油气掺混,降低燃烧室出口径向温度分布系数;增加主燃级燃油喷点的径向高度,显著改善了主燃级通道和燃烧室内的油气掺混,提高了燃烧效率并降低燃烧室出口温度分布系数,但同时导致油气掺混径向不均匀位置偏移,造成燃烧室出口径向温度分布系数增加.

分级进风对旋流燃烧室内湍流燃烧的影响

本文在分级进风旋流燃烧室的实验台上,测量了在不同的分级进风比率或二次直流风率条件下,湍流旋流燃烧的时均温度场、O_2、CO_2、CO和NO浓度场的分布。通过实验测量结果分析了分级进风对旋流燃烧室内湍流燃烧过程及NOx生成的影响。

低频振荡燃烧研究综述

总结了影响涡扇发动机加力燃烧室和冲压发动机燃烧室的结构及运转因素，综述了有关振荡燃烧机理研究的一些结果以及几项很有意义的主动控制技术。结论是，目前国内外所进行的低频振荡燃烧的机理、预测及控制工作，尚处于探索阶段。

固体火箭冲压发动机二次燃烧室流场数值计算和试验研究

用二维ｋ－ε湍流模型及简单一步无限快速化学反应模型，对固体火箭冲压发动机二次燃烧室反应流场进行了数值计算，并针对硼推进剂燃烧特性，提出了二次进气的燃烧室设计方案，在此基础上做了试验研究。结果表明，经数值模拟设计的二次燃烧室构型比普通二次燃烧室构型燃烧效率明显提高。

某100,kW微燃机燃烧室结构优化及数值模拟

为解决某微型燃气轮机燃烧室的燃料由燃油改为燃气时出现的火焰偏长、出口温度均匀性差的问题,对此燃烧室的头部和掺混孔的结构进行了优化设计,并利用计算流体力学方法研究了燃烧室头部结构和各区段空气量分配比例对燃烧室内燃烧过程的影响.研究结果表明,采用带有旋流器的多孔喷头能够促进燃烧室内燃气与空气的混合,有效解决燃烧室内火焰偏长的问题.采用多孔、多段的掺混孔能够避免掺混空气在燃烧室出口集中送入,更利于燃烧室出口温度的均匀分布.