低旋流燃烧室流动和燃烧特性研究

摘要

低旋流燃烧技术(LSC)是一种新型可以实现超低污染物排放的燃烧技术。它通过在传统旋流喷射器中增加中心直流，消除强烈的中心回流区，达到降低污染物排放的目的。低旋流喷射器(LSI)以其结构简单和低污染物排放的特点受到广泛关注。所以，针对低旋流燃烧室流动和燃烧特性的研究具有重要的现实意义。
　　本文利用计算流体力学的方法，通过FLUENT软件对不同旋流数喷射器进行了燃烧模拟，通过对不同旋流数下流场和火焰温度分布、中心线速度分布、CO和CO等主要燃烧中间产物浓度分布以及产物生成速率分布的分析，研究了低旋流流动和火焰特性，结果显示:随着旋流数的增加，火焰前锋、中心回流区以及轴线速度最小值位置逐渐向上游移动;Q准则处理后的旋涡结构等值面逐渐变小，旋涡强度增加;但主要燃烧中间产物CO和OH浓度保持不变。低旋流火焰具有良好的自相似性，前锋位置不受当量比和燃料成分的影响，不同当量比和燃料的火焰托起高度基本不变，火焰高度和宽度基本不变。最后，设计了单筒低旋流燃烧室，并进行了全尺寸、设计工况的仿真模拟，通过冷态流场研究发现燃烧室可以形成较大的低速区来稳定火焰，燃烧室壁面处可以形成良好的冷却空气膜;通过对低旋流燃烧室中火焰形态、温度分布、组分分布和污染物排放的研究，低旋流燃烧室均能形成典型的“W”形低旋流火焰;经过掺混空气的冷却、掺混，出口温度、最大不均匀度和不均匀系数等均符合设计要求;燃烧效率随着旋流数的增加而升高;低旋流燃烧室污染物排放明显低于高旋流燃烧室，并随着旋流数的增加而降低。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目的及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 低旋流机理研究

1．3．2 低旋流流场和火焰特性研究

1．3．3 低旋流工业应用及其他方面研究

1．4 理论基础

1．4．1 NOx生成机理和控制方法

1．4．2 低旋流燃烧技术理论基础

1．5 本文主要研究内容

第2章 低旋流数值模拟基础

2．1 数值计算方法

2．1．1 基本控制方程

2．1．2 数值计算模型

2．1．3 离散格式和求解器

2．2 低旋流喷嘴几何结构和网格划分

2．2．1 几何结构

2．2．2 网格划分

2．3 低旋流燃烧模拟有效性验证

2．3．1 网格无关性验证

2．3．2 模拟方法有效性验证

2．4 本章小结

第3章 不同因素对低旋流流动和燃烧特性的影响

3．1 旋流数对低旋流流场和火焰的影响

3．1．1 旋流数对流场和温度场的影响

3．1．2 旋流数对旋涡结构的影响

3．2 当量比对低旋流火焰的影响

3．3 燃料成分对低旋流火焰的影响

3．4 有限空间壁面对低旋流火焰的影响

3．5 本章小结

第4章 低旋流贫预混燃气轮机燃烧室数值分析

4．1 燃气轮机燃烧室结构设计

4．1．1 燃烧室总体设计

4．1．2 燃烧室气流分配

4．1．3 燃烧室设计结果

4．2 燃烧室几何模型和网格划分

4．3 计算结果及分析

4．3．1 冷态流场

4．3．2 燃烧反应模拟结果分析

4．3．3 不同旋流数下组分分布对比分析

4．3．4 旋流数对燃烧效率和NOx排放的影响

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士期间公开发表论文

致谢

作者简介