平行射流柔和燃烧器燃烧特性研究
发布时间：2020-07-21 10:33
【摘要】：柔和燃烧具有低污染、燃烧稳定、燃烧室温度分布均匀、噪声低等特点,有望解决不断提高的燃烧室出口温度需求和低NOx排放需求这一对矛盾。本文首先建立具有高速平行射流喷嘴的柔和燃烧试验台,通过实验和模拟的方法对模型燃烧室的柔和燃烧特性进行研究,分析了柔和燃烧的实现条件。随后,研究了不同当量比、射流速度、空气预热温度以及空气燃料预混不均匀度对流场分布、反应区特征以及污染物排放的影响,得出了柔和燃烧的稳定工况范围。首先,对柔和燃烧室的冷态速度场进行了测量,并与不同湍流模型(standard k-ε,realizable k-ε,RNG k-ε,realizable k-ε2.0 and standard k-ε1.6)的数值模拟结果对比,对数值模拟结果进行了验证,并选出适合柔和燃烧的数值模型。结果表明:standard k-ε和realizable k-ε2.0湍流模型在中心回流区和轴向峰值速度方面与实验测量值吻合。改变realizablek-ε中的参数C2,从1.9变为2.0时,轴向速度峰值大大降低,回流区域的负向速度基本不发生变化。高温烟气的回流是实现柔和燃烧的重要手段,通过建立高温烟气内循环化学网络模型研究了实现柔和燃烧的回流比范围,并结合CFD计算的回流比、实验的火焰结构分布以及污染物排放,进而确定实现柔和燃烧的条件。分析本文实验中柔和燃烧的特点,结果表明,燃烧室的中心形成大回流区,靠近壁面附近形成局部小回流区,中心的低压区域有利于高温烟气的回流。而OH自由基浓度测量结果表明反应区分布在燃烧室的中心,整个体积内的分布较为均匀。值班喷嘴在燃烧中起到点火的作用,也会影响柔和燃烧的燃烧特性。OH测量结果表明,值班喷嘴燃烧后产生的高温烟气会对主燃喷嘴的燃烧造成影响,OH自由基浓度场的分布变得不均匀,OH局部浓度较高,并向一侧聚拢。关闭值班空气后,流场分布结果表明,中心回流区域向燃烧室的上游移动,回流区域面积减小,值班喷嘴附近的旋流流场消失,回流作用减小。利用数值模拟方法、OH-PLIF激光测量、烟气测量研究不同当量比、射流速度、不同空气预热温度和不同预混不均匀度对流场分布、OH自由基浓度分布以及污染物排放的影响。结果表明,当量比在0.6-0.8,射流速度在68m/s-102m/s范围内,不同运行参数的流场分布呈现出高度的“相似性”,无量纲轴向射流速度分布基本相同。随着当量比的升高,OH浓度分布变得不均匀,OH浓度峰值增加,分布形状改变,火焰抬升高度降低,NOx排放量增加。随着射流速度的增加,OH分布形状也呈现“相似性”,OH分布均匀性基本上不发生改变,火焰抬升高度降低,NOx排放量基本不发生改变,排放量都在5 ppm之内。当空气预热温度从293 K增加到455 K时,NOx排放量增加,特别在当量比大于0.65时;CO排放量降低,说明燃烧更加完全。另外,贫燃熄火极限从0.588降低到0.506,有利于拓宽柔和燃烧稳定范围。随着预混不均匀度的降低,OH浓度分布变得更加均匀,火焰抬升高度降低,NOx排放量减小。通过以上内容的研究,对平行射流燃烧器的柔和燃烧特性有了全面的了解。通过对燃烧室污染物低排放机理的深入分析,为今后燃气轮机柔和燃烧室的设计和实验提供了基础数据和理论参考。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK16
【图文】：
根据２０１７年版《ＢＰ世界能源统计年鉴》［１］，２０１６年我国一次能源消费逡逑总量为３０５３．０邋Ｍｔ油当量，其中煤炭消耗量占总能源消耗量的６１．８３邋％，石油消逡逑耗量占１８．９６邋％，天然气消耗量占６．２邋％，一次能源消费结构比例如图１．１所示，逡逑以煤炭、石油为主的化石燃料能源占据主要地位，可再生能源仅占很小的比例。逡逑化石能源的燃烧过程存在大量的问题，如能源效率利用率低、能源浪费；同时，逡逑化燃料的燃烧还会产生大量污染物，如ＣＯ：、ＮＯｘ、ＳＯｘ和颗粒粉尘等Q嚩居绣义虾ξ廴疚铮苹滴颐抢狄陨娴幕肪常踩死嗟慕】岛蜕缁岬某中⒄埂Ｔ谡忮义涎暇男问葡拢匦敫谋浠剂系睦孟肿矗跎傥廴疚锏呐欧拧Ｒ虼耍桢义弦岣吣茉蠢寐剩⒗眯履茉矗忧棵禾考际醯那褰嗬茫罅Ψ⒄固烊诲义掀⒑铣善约暗腿戎等剂系睦谩ｅ义希玻埃保赌晡夜淮文茉聪驯壤义希湾澹郑鲥澹慑义稀鲂挠汀鎏烊唬В沐巍龊四堋鏊堋瞿停保号嗽村义贤迹保卞危玻埃保赌晡夜淮文茉聪呀峁贡壤义希疲椋珏澹保卞澹裕瑁邋澹穑颍铮穑铮颍簦椋铮铄澹铮驽澹澹睿澹颍纾澹悖铮睿螅酰恚穑簦椋铮铄澹螅簦颍酰悖簦酰颍邋澹铮驽澹茫瑁椋睿徨澹椋铄澹玻埃保跺义纤孀沤谀芗跖诺纳钊敕⒄梗咝褰嗳忌占际踔鸾サ玫礁鞴蒲泄ぷ髡叩闹劐义鲜印Ｄ茉唇峁沟牡髡徒谀芗跖诺姆⒄挂蟠罅Ψ⒄谷计只Ｈ计只缯驹戾义霞鄣汀⒌鞣逍阅芎谩⒂盟
本文编号：2764294
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK16
【图文】：
根据２０１７年版《ＢＰ世界能源统计年鉴》［１］，２０１６年我国一次能源消费逡逑总量为３０５３．０邋Ｍｔ油当量，其中煤炭消耗量占总能源消耗量的６１．８３邋％，石油消逡逑耗量占１８．９６邋％，天然气消耗量占６．２邋％，一次能源消费结构比例如图１．１所示，逡逑以煤炭、石油为主的化石燃料能源占据主要地位，可再生能源仅占很小的比例。逡逑化石能源的燃烧过程存在大量的问题，如能源效率利用率低、能源浪费；同时，逡逑化燃料的燃烧还会产生大量污染物，如ＣＯ：、ＮＯｘ、ＳＯｘ和颗粒粉尘等Q嚩居绣义虾ξ廴疚铮苹滴颐抢狄陨娴幕肪常踩死嗟慕】岛蜕缁岬某中⒄埂Ｔ谡忮义涎暇男问葡拢匦敫谋浠剂系睦孟肿矗跎傥廴疚锏呐欧拧Ｒ虼耍桢义弦岣吣茉蠢寐剩⒗眯履茉矗忧棵禾考际醯那褰嗬茫罅Ψ⒄固烊诲义掀⒑铣善约暗腿戎等剂系睦谩ｅ义希玻埃保赌晡夜淮文茉聪驯壤义希湾澹郑鲥澹慑义稀鲂挠汀鎏烊唬В沐巍龊四堋鏊堋瞿停保号嗽村义贤迹保卞危玻埃保赌晡夜淮文茉聪呀峁贡壤义希疲椋珏澹保卞澹裕瑁邋澹穑颍铮穑铮颍簦椋铮铄澹铮驽澹澹睿澹颍纾澹悖铮睿螅酰恚穑簦椋铮铄澹螅簦颍酰悖簦酰颍邋澹铮驽澹茫瑁椋睿徨澹椋铄澹玻埃保跺义纤孀沤谀芗跖诺纳钊敕⒄梗咝褰嗳忌占际踔鸾サ玫礁鞴蒲泄ぷ髡叩闹劐义鲜印Ｄ茉唇峁沟牡髡徒谀芗跖诺姆⒄挂蟠罅Ψ⒄谷计只Ｈ计只缯驹戾义霞鄣汀⒌鞣逍阅芎谩⒂盟
本文编号：2764294
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