高湿氢氧喷注器数值分析与正交设计

摘要

采用基于数值模拟的正交实验优化设计方法对应用于氢氧蒸汽发生器的高湿氢氧同轴剪切喷注器进行研究,分析燃烧室流场、温度场和组分分布情况.以燃烧长度作为燃烧性能评价指标,以燃烧室壁面平均温度作为壁面热负荷的评价指标,研究氧气喷注速度(20～40m/s)、高湿氢氧速度比(3～7)和氧喷嘴端面厚度(0.5～1.5 mm)对高湿氢氧燃烧器燃烧性能和燃烧室壁面热负荷的影响.结果表明:燃烧室头部存在利于点火和维持稳定燃烧的回流区,高湿氢气和氧气射流之间存在高温剪切燃烧层.高湿氢氧速度比对燃烧性能和燃烧室壁面热负荷的影响最为显著,氧喷注速度次之;而氧喷嘴端面厚度影响对燃烧性能和燃烧室壁面热负荷的影响均不明显.增大氧气喷注速度和速度比会缩短燃烧长度,提高燃烧性能,但同时增大燃烧室壁面热负荷.高湿氢氧速度比和氧气喷注速度的交互作用对燃烧性能、燃烧室壁面热负荷的影响显著,其他参数交互作用产生的影响都非常小.在所研究的工况范围内,最短燃烧室长度为68 mm,最低壁面温度燃气温度为1 966.9 K.