甲烷—空气预混气在轴向叶片式旋流器中回火特征大涡模拟研究

发布时间：2017-10-27 18:32

  本文关键词：甲烷—空气预混气在轴向叶片式旋流器中回火特征大涡模拟研究

  更多相关文章： 贫预混 轴向旋流 通道 回火 大涡模拟

【摘要】：贫预混燃烧是燃气轮机燃烧室中最有实用前景的低NOx燃烧技术。贫预混燃烧方式需要燃料和空气提前混合,存在着火的倾向。回火问题是这类喷嘴值得关注的突出问题之一。许多燃烧室采用轴向旋流喷嘴完成掺混和稳焰功能。本文针对轴向叶片式旋流器中的回火问题进行了大涡模拟研究。本文首先对一典型的旋流预混火焰模型进行了数值模拟研究,通过实验值与计算值之间的对比,验证了大涡模拟方法的可靠性。本文将轴向叶片式旋流器内的回火问题分解为环形通道内的回火问题和叶栅通道内的回火问题两个部分分别加以研究。在对环形通道回火过程的研究中,本文考察了在环形通道入口轴向流速骤降后流动和火焰的响应。结果表明,回火过程发生在环形通道的内壁面侧。速度突变后,旋流数不变和旋流数加倍两个工况下,都会发生核心区回火,而旋流数加倍工况下还会发生燃烧诱导涡破碎型回火。针对叶栅通道回火过程的研究包括单通道模型和多通道模型,研究了强制点火后火焰面在通道内的发展过程。单通道的计算结果表明,叶片吸力面附近着火后,火焰沿吸力面侧的回流区向上游传播,最终火焰根部驻定在吸力面流动分离的位置；叶片压力面附近着火后,火焰会被气流吹向下游,后经叶片尾缘或通道内壁面传播至叶片吸力面,进而在吸力面表面驻定。叶片间多通道的计算结果表明,叶片吸力面附近着火后通道内的火焰发展过程与单通道计算结果相近,而且火焰面能够沿内壁面顺叶片旋向方向传播。叶片压力面附近着火后,火焰通过内壁面分别沿顺／逆旋向传播,沿顺叶片旋向传播时,火焰可以逐级沿叶片吸力面尾迹向上游传播,并驻定在叶片表面；火焰逆叶片旋向传播至强制点火叶片的吸力面后,未观察到沿这一方向进一步的传播和发展。
【关键词】：贫预混 轴向旋流 通道 回火 大涡模拟
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK473
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 背景及意义11
• 1.2 研究现状11-17
• 1.2.1 叶栅流动12-13
• 1.2.2 回火研究13-16
• 1.2.3 湍流燃烧数值模拟研究16-17
• 1.3 本文的研究对象17-19
• 第2章 计算方法简介及验证19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 大涡模拟(LES)方法简介19-21
• 2.3 层流有限速率/涡概念模型(FR/ED)模型简介21
• 2.4 化学反应机理21-22
• 2.5 用于验证的物理模型简介22-24
• 2.6 计算方法验证24-28
• 2.6.1 不带反应下的轴向流速云图24
• 2.6.2 带反应下典型的轴向流速云图24-25
• 2.6.3 带反应下典型的温度云图25-26
• 2.6.4 不带反应下流场结果和实验值对比26
• 2.6.5 带反应下流场结果和实验值对比26-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第3章 环形通道回火研究29-35
• 3.1 引言29
• 3.2 回火过程的捕捉与分析29-33
• 3.2.1 轴向速度减半,旋流数不变时的回火过程30-31
• 3.2.2 轴向速度减半,旋流数加倍时的回火过程31-33
• 3.3 本章小结33-35
• 第4章 单通道回火特征大涡模拟研究35-51
• 4.1 引言35
• 4.2 物理模型介绍35-38
• 4.3 不带反应下的流动过程38-42
• 4.4 回火过程的捕捉和分析42-50
• 4.4.1 诱发回火方式42-43
• 4.4.2 近吸力面点火过程的回火过程43-46
• 4.4.3 近压力面点火的回火过程分析46-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 多通道回火特征大涡模拟研究51-75
• 5.1 引言51
• 5.2 双通道回火特征研究51-68
• 5.2.1 物理模型51-52
• 5.2.2 回火过程的捕捉和分析52-68
• 5.3 三通道回火特征大涡模拟研究68-73
• 5.3.1 物理模型介绍68-69
• 5.3.2 点火位置简介69
• 5.3.3 回火过程捕捉与分析69-73
• 5.4 本章小结73-75
• 第6章 总结与展望75-77
• 6.1 主要结论75
• 6.2 本工作的主要创新点75-76
• 6.3 对后续工作的展望76-77
• 参考文献77-83
• 主要符号说明83-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文85-87
• 致谢87

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本文编号：1104715