旋流预混燃烧限制域形状对热声不稳定性的影响

1

作者 王鹏 刘爱虢 +2 位作者 吴小取 于天誌 吴开辟 《动力工程学报》 北大核心 2025年第7期999-1009,共11页

为获得旋流预混燃烧室中限制域形状对热声不稳定性的影响,采用数值模拟的方法,对不同限制域形状内的燃烧振荡机理、三维火焰结构和流场特性进行了研究。结果表明:通过改变燃烧室进口当量比,相比于突扩限制域,斜坡限制域热声不稳定性均... 为获得旋流预混燃烧室中限制域形状对热声不稳定性的影响,采用数值模拟的方法,对不同限制域形状内的燃烧振荡机理、三维火焰结构和流场特性进行了研究。结果表明:通过改变燃烧室进口当量比,相比于突扩限制域,斜坡限制域热声不稳定性均得到明显抑制。突扩限制域中的火焰动态结构呈现周期性变化,斜坡限制域中的火焰动态结构基本不变,并且随着斜坡角度的增加,角回流区的面积减小,热声不稳定性得到明显改善,主要原因是斜坡限制域中角回流区的涡旋脱落过程受限,涡旋产生和脱落的强度、频率及涡旋与火焰的接触程度均有所降低,导致涡旋与火焰之间的相互作用减少,包括涡旋对火焰的拉伸、扭曲及火焰对涡旋的加热等物理过程。这种削弱的相互作用减少了燃烧室内的不稳定扰动源,从而有助于抑制热声不稳定性。使用斜坡限制域有潜力成为在宽工况范围内有效抑制热声不稳定的被动控制方法。 展开更多

关键词 旋流预混燃烧 热声不稳定性 限制域形状 突扩限制域 斜坡限制域

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合成气旋流预混燃烧的大涡模拟 被引量：14

2

作者 郑韫哲 朱民 姜羲 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期664-671,共8页

如何高效洁净地燃烧合成气是整体煤气化联合循环(IGCC)系统中面临的主要问题。利用旋流贫燃预混燃烧可以达到强化传热传质,提高燃烧反应效率,降低NOx等目的,但由于合成气中所含有的H2成分,同样面临燃烧不稳定问题。为了对合成气旋流预... 如何高效洁净地燃烧合成气是整体煤气化联合循环(IGCC)系统中面临的主要问题。利用旋流贫燃预混燃烧可以达到强化传热传质,提高燃烧反应效率,降低NOx等目的,但由于合成气中所含有的H2成分,同样面临燃烧不稳定问题。为了对合成气旋流预混燃烧室的燃烧不稳定性及污染物排放提供理论和数值上的指导,采用大涡模拟方法,对典型的旋流预混燃烧室中的合成气燃烧进行了模拟。结果显示,随着H2含量的增加,火焰缩短向上游发展,燃烧室下游涡破碎更加集中。较高的入口雷诺数,加剧了涡团破碎的程度和速度,同时影响中心回流区和几何回流区的大小及分布。随着当量比的减小,火焰褶皱程度加大,燃烧趋向不稳定。增大压力火焰长度会明显缩短,NOx排放量也会随之增大,但NOx的反应速率只有在较低压力下才会对压力变化比较敏感。 展开更多

关键词 合成气 旋流预混燃烧室 大涡模拟 涡破碎

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预混段出口角度对旋流预混燃烧特性影响

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作者 付忠广 宋家胜 《热力发电》 CAS 北大核心 2019年第2期31-38,共8页

采用数值模拟研究了预混段出口角度对某燃气轮机燃烧室旋流预混燃烧特性的影响,分析了不同预混段出口角度下燃烧室内的流场、温度场、CH4分布及NOx生成特性。结果表明:随着预混段出口角度的增大,轴向速度减小,回流速度下降,预混段出口... 采用数值模拟研究了预混段出口角度对某燃气轮机燃烧室旋流预混燃烧特性的影响,分析了不同预混段出口角度下燃烧室内的流场、温度场、CH4分布及NOx生成特性。结果表明:随着预混段出口角度的增大,轴向速度减小,回流速度下降,预混段出口处回流区变宽,总回流区面积减小,角回流区逐渐消失,回流强度减弱;CH4逐渐向角回流区扩散,火焰长度有所延长,高温区范围扩大,出口处NOx摩尔分数逐渐升高,而CO摩尔分数变化则相反;在进口参数相同的情况下,最为合理的预混段出口角度为12°。 展开更多

关键词 燃气轮机 燃烧室 旋流预混燃烧 预混段出口角度 回流区 NOX排放

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基于火焰OH自发光技术的贫燃旋流预混燃烧吹熄机理 被引量：4

4

作者 赵晓敏 葛宏达 +2 位作者 王俊懿 徐维 周一卉 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期244-250,共7页

利用火焰OH自发光技术研究了湍流状态下贫燃旋流预混燃烧的吹熄过程,获取了不同当量比下的平均火焰图像、瞬时火焰图像、二维火焰表面密度和OH平均强度.将当量比从0.90降低至0.46,即由火焰的稳定燃烧状态转变至临界吹熄状态,火焰由中间... 利用火焰OH自发光技术研究了湍流状态下贫燃旋流预混燃烧的吹熄过程,获取了不同当量比下的平均火焰图像、瞬时火焰图像、二维火焰表面密度和OH平均强度.将当量比从0.90降低至0.46,即由火焰的稳定燃烧状态转变至临界吹熄状态,火焰由中间凹陷的紧缩形变为柱状.当量比位于0.90～0.55时,火焰表面密度下降约10%,可以认为此时火焰处于稳定燃烧状态.当量比位于0.55～0.50时,进度变量最大值从1.0变为0.5,说明火焰锋面处于强烈脉动中,且OH强度骤降约为67%.通过观察OH强度突变区域内的瞬时火焰图像,发现火焰锋面经历了脱离钝体、向燃烧室下游移动,再燃的往复过程.最后比较了不同旋流数(0.45、0.61和0.90)对于OH强度突变区间的影响,结果表明旋流数对于该区间的影响并不明显. 展开更多

关键词 OH自发光 贫燃旋流预混燃烧 火焰不稳定性 火焰表面密度 进度变量

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环形模型燃烧室内不同Karlovitz数旋流预混火焰的直接数值模拟 被引量：1

5

作者 肖华林 罗坤 +2 位作者 王海鸥 金台 樊建人 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第3期611-618,共8页

为了更好地理解航空发动机燃烧室内的旋流预混燃烧现象和机理,基于相关特征参数采用直接数值模拟方法研究了模型燃烧室内的旋流预混火焰。其中计算模型简化自环形燃烧室,包含两个相邻的贫燃旋流,参数尽可能接近实际航空发动机燃烧室工... 为了更好地理解航空发动机燃烧室内的旋流预混燃烧现象和机理,基于相关特征参数采用直接数值模拟方法研究了模型燃烧室内的旋流预混火焰。其中计算模型简化自环形燃烧室,包含两个相邻的贫燃旋流,参数尽可能接近实际航空发动机燃烧室工况。模拟中,采用了简化的煤油反应机理,设计了不同Karlovitz数(Ka)对应高低两种负荷。结果表明,在高压下火焰面极薄,小尺度湍流扰动对火焰面影响显著,燃烧室内湍流预混火焰位于薄反应区。在下游由于相邻旋流的作用而产生较为破碎的火焰结构,这一现象在高Ka时尤为明显。雷诺数Re和Ka较大时,旋流剪切作用所导致的下游中心回流效应增强,剪切层中的湍流扰动效应也更强。航空发动机燃烧室内主要反应物和生成物基本满足梯度输运关系,且在Ka较大时,梯度输运效应更显著。然而对于中间产物,梯度扩散假设在火焰面附近不成立,这对基于梯度扩散假设的相关计算模型提出了挑战。 展开更多

关键词 直接数值模拟 航空发动机燃烧室 旋流预混燃烧 Karlovitz数 梯度扩散

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低甲烷浓度煤层气部分预混式旋流燃烧器燃烧特性的实验研究 被引量：4

6

作者 杨仲卿 杨鹏 +2 位作者 张力 杨鑫 郭名女 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期115-121,共7页

针对低甲烷浓度煤层气的特点,设计了150kW部分预混式旋流燃烧器,实验研究了燃烧器结构对低甲烷浓度煤层气燃烧的影响,考察了低甲烷浓度煤层气在燃烧器内的速度分布特性、旋流强度及甲烷浓度变化对温度分布的影响规律。结果表明：加装钝... 针对低甲烷浓度煤层气的特点,设计了150kW部分预混式旋流燃烧器,实验研究了燃烧器结构对低甲烷浓度煤层气燃烧的影响,考察了低甲烷浓度煤层气在燃烧器内的速度分布特性、旋流强度及甲烷浓度变化对温度分布的影响规律。结果表明：加装钝体结构的旋流燃烧器在燃用甲烷体积分数为20%的煤层气时,火焰长度降低,射流刚性增强,燃烧高效稳定;Z轴的逆轴向速度梯度范围随着直旋配风比的增加逐渐增大,射流刚性提高,中心回流区域变大;R轴的逆轴向速度梯度范围随着距离燃烧器喷口距离的增加逐渐缩小,回流区域变小,卷吸高温烟气的能力下降,不利于高效稳定燃烧;燃烧器喷口中心处的旋流强度随热负荷的增加而逐渐增大;当热负荷增加到50%以后,旋流强度随过量空气系数的增大而小幅度波动;当煤层气中甲烷体积分数为20%~30%时,随着甲烷浓度的增加,燃烧器出口的火焰形状呈现出变短变窄的趋势,燃烧稳定性提高,出口温度不超过1 000K,可以有效避免喷口被烧坏。 展开更多

关键词 低甲烷浓度煤层气 部分预混式旋流燃烧器 钝体 回流区 燃烧器 燃烧特性

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过贫当量比下贫预混旋流燃烧室点火燃烧特性 被引量：2

7

作者 邢畅 邱朋华 +5 位作者 刘栗 陈希叶 赵文华 沈闻凯 吴少华 秦裕琨 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期63-68,共6页

为确保贫预混旋流燃烧室能在过贫当量比条件下具有良好的点火性能,基于不同的点火燃料比,对贫预混旋流燃烧室在过贫当量比为0.013~0.502条件下的点火燃烧特性进行了实验研究.结果表明:在点火燃料比为10%、15%和20%条件下,贫预混旋流燃... 为确保贫预混旋流燃烧室能在过贫当量比条件下具有良好的点火性能,基于不同的点火燃料比,对贫预混旋流燃烧室在过贫当量比为0.013~0.502条件下的点火燃烧特性进行了实验研究.结果表明:在点火燃料比为10%、15%和20%条件下,贫预混旋流燃烧室能够分别在当量比区间为0.063~0.251、0.042~0.377和0.050~0.502内成功点火,并通过实验结果拟合计算出最小点火当量比分别为0.063、0.039和0.011;而燃烧室在点火燃料比为5%条件下均点火失败;随着当量比的减小,由于空气流量的增加而导致燃烧室出口温升逐渐减小,燃烧室烟气排放中CH4和CO浓度增加,燃烧效率也随之降低;虽然燃烧室在高点火燃料比时能够在更贫的当量比条件下点火成功,但由于过多的空气流量而导致燃烧室燃烧效率降低和污染物排放增多.保持一定的点火燃料流量对贫预混旋流燃烧室在过贫当量比条件下高效快速启动十分有利. 展开更多

关键词 燃气轮机 贫预混旋流燃烧室 过贫当量比 点火过程 燃烧特性 点火燃料比

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甲醇/柴油双燃料旋流燃烧器燃烧特性模拟 被引量：1

8

作者 张全 龚卡 高雅 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期677-687,共11页

建立甲醇/柴油双燃料非预混旋流燃烧器在受限空间内燃烧的数值模型,并进行燃烧实验。利用该模型研究醇柴比、风孔径向角和空气过剩系数这3种因素对甲醇/柴油双燃料燃烧温度、燃尽率、不均匀度和火焰长度的影响,并进行正交计算,研究以上... 建立甲醇/柴油双燃料非预混旋流燃烧器在受限空间内燃烧的数值模型,并进行燃烧实验。利用该模型研究醇柴比、风孔径向角和空气过剩系数这3种因素对甲醇/柴油双燃料燃烧温度、燃尽率、不均匀度和火焰长度的影响,并进行正交计算,研究以上3种因素共同作用的结果。研究结果表明:甲醇/柴油双燃料平均温度随着醇柴比增加而降低,随着空气过剩系数增加而降低;燃尽率在醇柴比为3时最高,且随着风孔径向角增加而降低;当醇柴比增大、风孔径向角减小时,温度场不均匀度降低;火焰长度随风孔径向角增大而增大,随空气过剩系数增大而减小;醇柴比对平均温度、整体不均匀度、混合燃尽率和火焰长度的影响均最大;当醇柴比为1,空气过剩系数为1.2,风孔径向角为29°时,平均温度最高为1 557 K;当醇柴比为9,空气过剩系数为1.1,风孔径向角为35°时,整体不均匀度最低为7.21%;当醇柴比为5,空气过剩系数为1.3时,燃尽率最高。 展开更多

关键词 甲醇燃料 双液体燃料 非预混旋流燃烧器 不均匀度 火焰长度

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当量比对旋流燃烧室火焰形态与流场影响的激光诊断 被引量：4

9

作者 王俊懿 葛宏达 +2 位作者 赵晓敏 徐维 周一卉 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期21-26,共6页

针对贫燃预混旋流燃烧的不稳定性问题,利用三维粒子图像测速技术(Stereo-Particle Image Velocimetry, Stereo-PIV)和OH^*火焰自发光系统(OH^*-Chemiluminescence)对旋流燃烧室头部的平面三维流场和火焰形态进行了联合测量诊断,分析了... 针对贫燃预混旋流燃烧的不稳定性问题,利用三维粒子图像测速技术(Stereo-Particle Image Velocimetry, Stereo-PIV)和OH^*火焰自发光系统(OH^*-Chemiluminescence)对旋流燃烧室头部的平面三维流场和火焰形态进行了联合测量诊断,分析了当量比、旋流数对燃烧室外回流区回火及对应流场的影响规律。研究发现:燃烧热释放显著提升了流场内时均速度和脉动速度的均方根(RMS);在热态情况下,中心回流区膨胀对剪切层和外回流区存在明显的挤压效应;特别是在当量比0.63~0.66附近的不稳定区间内,火焰宏观形态与稳定结构发生瞬变,火焰开始向燃烧室上游的外回流区回火,其变化机理为外回流区回流的流体卷吸火焰锋面,导致火焰脱离剪切层,随着流体的回流而传播到上游。 展开更多

关键词 预混旋流燃烧 外回流区回火 Stereo-PIV OH^*-Chemiluminescence 旋流数 当量比

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基于CNN-LSTM深度学习的燃烧不稳定性检测方法研究 被引量：5

10

作者 闾曾怡 王高峰 +1 位作者 杨瑶 张非非 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期119-125,共7页

提出了一种基于高速火焰图像序列的深度学习模型来检测燃烧不稳定性.模型以高速火焰图像序列作为输入,结合卷积神经网络(CNN)和长短期记忆网络(LSTM)同时学习图像序列的空间特征和时间相关性,输出燃烧不稳定性检测结果.利用旋流燃烧室... 提出了一种基于高速火焰图像序列的深度学习模型来检测燃烧不稳定性.模型以高速火焰图像序列作为输入,结合卷积神经网络(CNN)和长短期记忆网络(LSTM)同时学习图像序列的空间特征和时间相关性,输出燃烧不稳定性检测结果.利用旋流燃烧室多种工况下稳态和非稳态的瞬态火焰图像数据集验证模型的鲁棒性和准确性.该深度学习模型被证明是一种潜在的燃烧不稳定性检测工具,并有望成为一种很有前途的燃烧不稳定性预测工具. 展开更多

关键词 旋流预混燃烧 燃烧不稳定性 深度学习 卷积神经网络

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起动机驱动过程中微型燃气轮机燃烧室变工况燃烧特性 被引量：4

11

作者 邢畅 邱朋华 +5 位作者 刘栗 王辉 沈闻凯 吕亚锦 孙静怡 秦裕琨 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期2367-2375,共9页

针对起动机驱动过程,基于由单级离心压气机、贫预混旋流燃烧室、单级向心涡轮和空冷变频起动机/发电机组成的单轴微型燃气轮机样机,进行了整机实验研究,以获得燃烧室在该运行过程中的变工况燃烧特性变化趋势。研究表明：由于燃烧室内燃... 针对起动机驱动过程,基于由单级离心压气机、贫预混旋流燃烧室、单级向心涡轮和空冷变频起动机/发电机组成的单轴微型燃气轮机样机,进行了整机实验研究,以获得燃烧室在该运行过程中的变工况燃烧特性变化趋势。研究表明：由于燃烧室内燃气温度较低,NO生成量近似为零,CO2排放浓度与燃烧效率随转速增加的变化趋势基本一致,而与CO排放浓度变化趋势正好相反。由于燃烧室出口平均温度主要受燃烧室进口空气温度、燃烧效率和当量比的影响,因此在起动机驱动过程中,燃烧室出口平均温度呈现与三者波动不一致的趋势。随着起动机转速增加,燃烧室总压恢复系数由于热阻损失和流动损失增加而减小。燃料化学反应过程不仅会影响压气机背压,并导致燃烧室进口空气温度和总压增大,而且会促使燃烧室进出口总压波动变大。燃烧室设计流阻系数在文中所涉及的运行参数和燃烧室无量纲结构参数条件下取值为35,可以满足燃烧室设计要求。 展开更多

关键词 微型燃气轮机 贫预混旋流燃烧室 起动机驱动过程 变工况燃烧特性 天然气

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基于旋流火焰根部熄火现象的FGM模型研究 被引量：4

12

作者 俞森彬 刘潇 +1 位作者 刘欣 张志浩 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期301-309,共9页

针对原尺寸的复杂几何预混旋流燃烧器开展了同步OH/CH2O-PLIF测量,并利用发展的带拉伸查表法(SFGM)耦合大涡模拟(LES)的方法模拟了相同雷诺数下(Re=10000)稳定火焰及临近吹熄下的旋流燃烧特性.发展的SFGM模型在化学反应源项中引入与拉... 针对原尺寸的复杂几何预混旋流燃烧器开展了同步OH/CH2O-PLIF测量,并利用发展的带拉伸查表法(SFGM)耦合大涡模拟(LES)的方法模拟了相同雷诺数下(Re=10000)稳定火焰及临近吹熄下的旋流燃烧特性.发展的SFGM模型在化学反应源项中引入与拉伸率直接相关的着火因子,如此拉伸率则无需与进展变量耦合建表,极大地缩小了建表工作量.随后将模拟结果与实验结果对比,验证了LES耦合SFGM模型可以较为准确地捕捉复杂几何旋流预混燃烧的火焰形态(OH及CH2O×OH分布):如预测到预混管出口处的局部熄火位置,临近吹熄的火焰相比于稳燃火焰有更高的抬升高度.在强旋流下,湍流火焰的传播速度和湍流速度的脉动值成正相关,火焰前锋面在上游侧的边缘位置很大程度上由流场向下游扩张的轴向速度和中央回流区(CRZ)中的主体火焰向上游传播的速度共同决定.随着当量比降低到熄火极限,CRZ内的混合物被不断稀释,火焰逐渐破碎成孤立的火核;与此同时,燃烧温度下降导致火焰传播速度降低,而流场速度不变,火焰前锋面被吹向下游远离CRZ并最终被吹熄. 展开更多

关键词 旋流预混燃烧 LES SFGM 火焰稳定 吹熄

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