内置扰流器的驻涡燃烧室燃烧流动分析
发布时间：2021-06-01 22:45
驻涡燃烧室（TVC）作为一种火焰稳定、低污染的新型燃烧装置,受到国内外研究者的广泛关注,将其与其他结构或燃烧技术结合,进一步实现高效、减排是其研究重点。内置扰流器（导流片、扰流板和钝体）TVC是在现有基础上提出的一种新型燃烧室结构,有利于在TVC内实现高效稳定燃烧。本文对内置扰流器TVC的流动燃烧特性开展了数值研究,并对其扰流器的结构进行了优化。结果表明:内置扰流器TVC能在凹腔形成两组稳定的双涡结构,有利于稳燃和燃气掺混,相比于仅有钝体的情况,能够大大提高燃烧室的燃烧效率,改善出口温度分布,降低NO排放量。内置扰流器TVC在仅布置导流片与扰流板的情况下,燃烧效率就能够达到99%以上,布置钝体后能够在钝体尾部形成回流区,增大高温区分布范围,改善出口温度分布。扰流板的较优结构参数为扰流板与水平方向的倾斜角度α=30°,阻塞比BR=12%24%;导流片较优的结构参数为导流片伸入凹腔的长度与凹腔前壁面一半长度之比a/B=0.10.4,导流片到进口顺流通道下壁面的距离与燃烧室进口顺流通道高度之比b/h=0.4,导流片到凹腔前壁面的距离与凹腔长度之比c...
【文章来源】：上海电力大学上海市
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常规燃烧室
提高燃烧室出口温度，进一步提高燃机效率；2）进一步降低 NOx排放；3）适应多种燃料，如天然气、页岩气、过程工艺气、合成气以及氢气等；4）适应不同工况，在各工况下能够保持高效、低 NOx排放。目前，燃气轮机采用的主流燃烧技术是贫燃料预混燃烧，该技术在燃料贫燃极限附近燃烧才可实现低 NOx 排放，易发生燃烧不稳定现象，如热声振荡、回火等。此外贫燃预混燃烧需要控制燃料分级燃烧，过程复杂，其对燃料热值、组分要求高，不适用于纯氢、合成气等燃料，并且在低负荷工况下产生扩散火焰，NOx 排放将急剧增加驻涡燃烧室（Trapped Vortex Combustor，简称 TVC）是一种新型的燃烧装置，其发展始于 20 世纪 90 年代。与常规的旋流燃烧室（图 1-1）相比，驻涡燃烧室（图 1-2的优势在于结构简单且紧凑、火焰稳定性能好、高空点火性能优越、较宽的工作范围以实现高效燃烧以及污染物低排放。驻涡燃烧室的燃烧区域分为两部分：主燃区和驻涡区，燃料和空气进入凹腔内形成稳定的回流漩涡流动结构，称为驻涡。在此区域内燃料与空气被引燃，主气流以补给的方式进入驻涡区，与高温燃气混合后加热点燃。由于驻涡存在于凹腔之中，主流对其影响较弱，即使主流速度很高的情况下，也可保证凹腔内部火焰稳定。
上海电力大学硕士学位论文研究现状涡燃烧室最先提出了一种火焰稳定概念，即被称为驻涡燃烧室(TVC)的概一代驻涡燃烧室[2]（如图 1-3 所示）由前体（forebody）、中心体（rbody）组成，前体和后体构成凹腔形成驻涡区，可以通过改变驻涡区域轴向长度的目的。燃烧过程中，凹腔内形成的火焰与此，火焰对主流的流动状态最不敏感。为了形成持续稳定的火射入到凹腔内[1,2,3,5]。凹腔内直接射入燃料和空气可以达到强化凹腔内和主流气流之间的质量和能量传输[4,6]。结果表明，TV效率、火焰稳定性等将得到提高。除此之外，TVC 还具有作为般来说，分级燃烧系统有可能减少约 10-40%的氮氧化物排放[
【参考文献】：
期刊论文
[1]过量空气系数、热负荷及反应物混合模式对天然气锅炉柔和燃烧特性影响[J]. 丁小骄,黄明明,张哲巅,肖云汉. 中国电机工程学报. 2017(07)
[2]Experimental Study on Emission Performance of an LPP/TVC[J]. JIN Yi, HE Xiaomin*, ZHANG Jingyu, JIANG Bo, WU Zejun College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China. Chinese Journal of Aeronautics. 2012(03)
[3]醇基燃料燃烧器的性能和场协同分析[J]. 鄂加强,张双利,傅学正,李玉强,董江东,张彬. 华南理工大学学报(自然科学版). 2011(08)
[4]场协同原理在对流换热中的应用方法[J]. 冷学礼,张冠敏,田茂诚,程林. 热能动力工程. 2009(03)
[5]气流横向冲刷管束湍流换热的场协同分析[J]. 黄德斌,邓先和,朱冬生,欧阳惕. 化学工程. 2006(07)
[6]驻涡燃烧室凹腔双涡结构研究[J]. 樊未军,易琪,严明,杨茂林. 中国电机工程学报. 2006(09)
[7]富油/快速淬熄/贫油驻涡燃烧室低NOx排放[J]. 樊未军,严明,易琪,杨茂林. 推进技术. 2006(01)
[8]脉动供燃料燃烧技术及火焰频率特征[J]. 赵海亮,徐旭常,李彦,由长福,金基晟,朴相圭. 燃烧科学与技术. 2004(05)
[9]换热器中的场协同原则及其应用[J]. 过增元. 机械工程学报. 2003(12)
[10]气脉冲发生器中火焰传播与压力变化的研究[J]. 樊未军,孙文超,吴承康. 中国电机工程学报. 2002(07)
博士论文
[1]燃气轮机燃烧室柔和燃烧机理与性能研究[D]. 黄明明.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014
硕士论文
[1]燃气轮机柔和燃烧室初步研究[D]. 王强.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2015
[2]环形驻涡燃烧室流动与燃烧数值模拟研究[D]. 孙海涛.大连海事大学 2014
[3]某型驻涡燃烧室冷却技术研究[D]. 王璐.南京航空航天大学 2012
[4]LPP驻涡燃烧室排放性能研究[D]. 田中礼.南京航空航天大学 2010
[5]燃气轮机燃烧室柔和燃烧条件与特征的研究[D]. 陈钦.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2010
本文编号：3210301
【文章来源】：上海电力大学上海市
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常规燃烧室
提高燃烧室出口温度，进一步提高燃机效率；2）进一步降低 NOx排放；3）适应多种燃料，如天然气、页岩气、过程工艺气、合成气以及氢气等；4）适应不同工况，在各工况下能够保持高效、低 NOx排放。目前，燃气轮机采用的主流燃烧技术是贫燃料预混燃烧，该技术在燃料贫燃极限附近燃烧才可实现低 NOx 排放，易发生燃烧不稳定现象，如热声振荡、回火等。此外贫燃预混燃烧需要控制燃料分级燃烧，过程复杂，其对燃料热值、组分要求高，不适用于纯氢、合成气等燃料，并且在低负荷工况下产生扩散火焰，NOx 排放将急剧增加驻涡燃烧室（Trapped Vortex Combustor，简称 TVC）是一种新型的燃烧装置，其发展始于 20 世纪 90 年代。与常规的旋流燃烧室（图 1-1）相比，驻涡燃烧室（图 1-2的优势在于结构简单且紧凑、火焰稳定性能好、高空点火性能优越、较宽的工作范围以实现高效燃烧以及污染物低排放。驻涡燃烧室的燃烧区域分为两部分：主燃区和驻涡区，燃料和空气进入凹腔内形成稳定的回流漩涡流动结构，称为驻涡。在此区域内燃料与空气被引燃，主气流以补给的方式进入驻涡区，与高温燃气混合后加热点燃。由于驻涡存在于凹腔之中，主流对其影响较弱，即使主流速度很高的情况下，也可保证凹腔内部火焰稳定。
上海电力大学硕士学位论文研究现状涡燃烧室最先提出了一种火焰稳定概念，即被称为驻涡燃烧室(TVC)的概一代驻涡燃烧室[2]（如图 1-3 所示）由前体（forebody）、中心体（rbody）组成，前体和后体构成凹腔形成驻涡区，可以通过改变驻涡区域轴向长度的目的。燃烧过程中，凹腔内形成的火焰与此，火焰对主流的流动状态最不敏感。为了形成持续稳定的火射入到凹腔内[1,2,3,5]。凹腔内直接射入燃料和空气可以达到强化凹腔内和主流气流之间的质量和能量传输[4,6]。结果表明，TV效率、火焰稳定性等将得到提高。除此之外，TVC 还具有作为般来说，分级燃烧系统有可能减少约 10-40%的氮氧化物排放[
【参考文献】：
期刊论文
[1]过量空气系数、热负荷及反应物混合模式对天然气锅炉柔和燃烧特性影响[J]. 丁小骄,黄明明,张哲巅,肖云汉. 中国电机工程学报. 2017(07)
[2]Experimental Study on Emission Performance of an LPP/TVC[J]. JIN Yi, HE Xiaomin*, ZHANG Jingyu, JIANG Bo, WU Zejun College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China. Chinese Journal of Aeronautics. 2012(03)
[3]醇基燃料燃烧器的性能和场协同分析[J]. 鄂加强,张双利,傅学正,李玉强,董江东,张彬. 华南理工大学学报(自然科学版). 2011(08)
[4]场协同原理在对流换热中的应用方法[J]. 冷学礼,张冠敏,田茂诚,程林. 热能动力工程. 2009(03)
[5]气流横向冲刷管束湍流换热的场协同分析[J]. 黄德斌,邓先和,朱冬生,欧阳惕. 化学工程. 2006(07)
[6]驻涡燃烧室凹腔双涡结构研究[J]. 樊未军,易琪,严明,杨茂林. 中国电机工程学报. 2006(09)
[7]富油/快速淬熄/贫油驻涡燃烧室低NOx排放[J]. 樊未军,严明,易琪,杨茂林. 推进技术. 2006(01)
[8]脉动供燃料燃烧技术及火焰频率特征[J]. 赵海亮,徐旭常,李彦,由长福,金基晟,朴相圭. 燃烧科学与技术. 2004(05)
[9]换热器中的场协同原则及其应用[J]. 过增元. 机械工程学报. 2003(12)
[10]气脉冲发生器中火焰传播与压力变化的研究[J]. 樊未军,孙文超,吴承康. 中国电机工程学报. 2002(07)
博士论文
[1]燃气轮机燃烧室柔和燃烧机理与性能研究[D]. 黄明明.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014
硕士论文
[1]燃气轮机柔和燃烧室初步研究[D]. 王强.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2015
[2]环形驻涡燃烧室流动与燃烧数值模拟研究[D]. 孙海涛.大连海事大学 2014
[3]某型驻涡燃烧室冷却技术研究[D]. 王璐.南京航空航天大学 2012
[4]LPP驻涡燃烧室排放性能研究[D]. 田中礼.南京航空航天大学 2010
[5]燃气轮机燃烧室柔和燃烧条件与特征的研究[D]. 陈钦.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2010
本文编号：3210301
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