低旋流喷射器旋流特性实验研究

发布时间：2017-05-11 09:08

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【摘要】：低旋流燃烧技术(LSC)是一种适用于燃气轮机的新型超低NOx排放的燃烧技术。其轴向速度迅速衰减,流场中某处气流速度与湍流火焰速度相等,在这一位置实现火焰稳定燃烧。低旋流喷射器(LSI)结构简单、适配性强,不需要对燃机系统进行重大改造,在保持效率、极限负荷比及成本的情况下可以满足更加严格的排放标准。首先,本文自行设计了低旋流喷射器,通过改变中心孔板的阻塞比控制中心流道的气流量,从而改变旋流器的旋流数。采用Fluent软件计算不同工况下中心流道与旋流通道的质量流量之比,进而对不同孔板配合旋流器所对应的旋流数进行计算。然后,利用粒子图像测速技术(PIV)对流速、叶片角、旋流数均不同的冷态流场进行实验研究。结果表明：(1)低旋流冷态流场具有自相似性,且与流速U0无关。高旋流与低旋流流动的临界旋流数S0,随着旋叶片角的增大而增加。(2)流场中轴线上轴向速度沿流动方向迅速衰减,喷口处轴向速度随着旋流数S增大而降低。低旋流流场中,轴线上无量纲湍动能受旋流数S的影响较小。(3)随着旋流数S的增加,旋流区湍动能明显增大。在旋流数相近时,随着叶片角的增加流场直流区湍动能k增大,而径向速度峰值、峰谷间距均减小。最后,设计并搭建适用于甲烷-空气燃烧的实验装置,控制当量比在0.7条件下进行燃烧实验,对不同叶片角、不同旋流数下的火焰形态进行研究。结果表明：(1)低旋流火焰受旋流数S的影响,随着旋流数的增加其形态由W形渐变为扫帚形。(2)旋流器叶片角相同时,随旋流数S的增加低旋流火焰长度减小,同时与喷口间的距离缩短。在旋流数S接近的情况下,改变旋流器叶片角,火焰形态有明显差异。
【关键词】：低旋流喷射器 旋流数 叶片角 冷态流场 火焰形态
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK471
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究目的及意义11-13
• 1.3 国内外低旋流技术发展现状13-19
• 1.3.1 低旋流机理研究13-14
• 1.3.2 低旋流场及火焰研究14-16
• 1.3.3 其他方向相关研究16-17
• 1.3.4 低旋流燃烧技术的商业化17-19
• 1.4 基础理论19-22
• 1.4.1 NO_x生成途径19
• 1.4.2 低旋流燃烧技术19-21
• 1.4.3 粒子成像测试技术(PIV)21-22
• 1.5 本文的主要内容22-24
• 第2章 低旋流喷射器的设计及其旋流数的数值计算24-38
• 2.1 低旋流喷射器的设计24-26
• 2.2 低旋流喷射器旋流数的数值计算26-33
• 2.2.1 计算流体力学概述26-27
• 2.2.2 基本控制方程27-29
• 2.2.3 模型的建立与网格的划分29-30
• 2.2.4 采用的模型及条件30
• 2.2.5 计算有效性验证30-33
• 2.3 数值计算结果33-37
• 2.3.1 旋流数的计算33-35
• 2.3.2 部分旋流数工况流场分析35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 低旋流喷射器冷态流场实验研究38-64
• 3.1 实验台的搭建38-43
• 3.1.1 冷态实验台的总体介绍38-41
• 3.1.2 实验用到的其他仪器41-43
• 3.2 实验流程43
• 3.3 展向截面流场分析43-49
• 3.4 速度及湍动能的轴向分布49-52
• 3.5 速度及湍动能的径向分布52-59
• 3.6 铅垂截面流场分析59-62
• 3.7 本章小结62-64
• 第4章 低旋流喷射器热态燃烧实验研究64-77
• 4.1 实验台的搭建64-68
• 4.1.1 燃气管路65
• 4.1.2 空气管路65-66
• 4.1.3 点火及火焰检测系统66-67
• 4.1.4 旋流燃烧器67-68
• 4.2 实验流程68-69
• 4.3 燃烧实验及分析69-75
• 4.4 本章小结75-77
• 第5章 结论与展望77-80
• 5.1 研究工作总结77-78
• 5.2 研究展望78-80
• 参考文献80-84
• 攻读学位期间公开发表论文84-85
• 致谢85-86
• 作者简介86

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1 姜曦;低旋流喷射器旋流特性实验研究[D];大连海事大学;2015年

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