滞止点回流无焰燃烧燃烧室的数值模拟研究

摘要

无焰燃烧是一种近年来新兴的燃烧组织形式，其特点是：极低NOx 排放；高燃烧效率；可以在非常低的当量比下稳定燃烧，没有回火以及热声震荡问题。滞止点回流（SPRF）无焰燃烧室是近年来实现无焰燃烧的结构之一，已经有详细的光学测量数据。本文采用了涡团耗散概念模型和天然气的详细化学反应机理GRI2.11 对采用预混燃烧的SPRF 燃烧室的火焰特性进行了数值模拟研究，分析了不同的甲烷与空气混合物的质量流量和当量比工况。数值模拟结果表明当燃料与空气混合物射流速度增加时射流穿透深度无明显变化，火焰温度和NOx 排放呈下降趋势，CO 的排放增加，同时OH 分布的范围更广，并更加均匀。当喷嘴射流为湍流时，当射流速度较低时，强烈反应发生在剪切层与滞止区域；随着射流速度增加，强烈反应区逐渐移向燃烧室出口。当量比从0.5 到增加到1 时， NOx 排放增加；但是CO 排放先降低然后增加，当量比为0.58 时，CO 排放达到最低值。当量比小于0.7 时，NOx 排放非常低。将数值模拟的结果与文献中的实验数据进行了比较，证明EDC 模型可以捕捉到SPRF 燃烧室的重要的流场特征和火焰结构，比较适合于模拟SPRF 燃烧室。