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LPP低污染燃烧室两相喷雾燃烧数值研究

推进技术 2013年第3期34卷 353-361页

作者：邓远灏颜应文朱嘉伟李诗徐华胜张靖周南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 中国燃气涡轮研究院四川成都610500

提出一种带有多点燃油直接喷射双环预混旋流(TAPS/MLDI)头部的贫油预混预蒸发(LPP)低污染圆筒燃烧室,为了获得该燃烧室两相喷雾燃烧流场与燃烧性能,利用Fluent数值研究三种LPP燃烧室头部方案和四种进口工况。计算结果表明:(1)LPP燃烧室... 详细信息

提出一种带有多点燃油直接喷射双环预混旋流(TAPS/MLDI)头部的贫油预混预蒸发(LPP)低污染圆筒燃烧室,为了获得该燃烧室两相喷雾燃烧流场与燃烧性能,利用Fluent数值研究三种LPP燃烧室头部方案和四种进口工况。计算结果表明:(1)LPP燃烧室头部冷态流场存在中心回流区、角落回流区和唇口回流区,流场结果与PIV试验结果吻合较好。(2)在头部方案不变的情况下,工况从100%推力下降到7%推力时,出口平均温度逐渐下降,污染物NOx排放相应减少。(3)在进口工况不变时,头部方案B燃烧性能相对最优。(4)热力型NOx的生成速率与燃气温度超过1950K区域的大小和最高燃气温度直接相关,热力型NOx的生成主要分布在火焰锋面附近。

关键词：贫油预混预蒸发低污染燃烧室两相喷雾燃烧粒子图像测速法燃烧性能

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贫油预混预蒸发低污染燃烧室流场特性试验

航空动力学报 2015年第10期30卷 2416-2424页

作者：邓远灏颜应文党龙飞戴超徐华胜南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016 中国航空工业集团公司中国燃气涡轮研究院成都610500

采用粒子图像测速(PIV)技术测量带双环旋流多点燃油直接喷射(TAMI)头部的贫油预混预蒸发(LPP)低污染燃烧室流场特性,试验相同进口条件下冷态及喷雾燃烧时流场结构,通过分析平均流场涡量、湍流强度及切应变率等特性参数来详细说明喷雾燃... 详细信息

采用粒子图像测速(PIV)技术测量带双环旋流多点燃油直接喷射(TAMI)头部的贫油预混预蒸发(LPP)低污染燃烧室流场特性,试验相同进口条件下冷态及喷雾燃烧时流场结构,通过分析平均流场涡量、湍流强度及切应变率等特性参数来详细说明喷雾燃烧对贫油预混预蒸发(LPP)低污染燃烧室流场的影响,并且研究了不同进口参数对其燃烧流场的影响.试验结果表明:1装有此头部的LPP低污染燃烧室喷雾燃烧流场回流区比冷态流场要小,并且平均流场特性参数在燃烧前后变化比较大;2随着进口油气比增加,中心回流区变短变胖;3随着进口空气量增加,回流区变窄变长.本试验所获得的流场特性结果可为低污染燃烧室的设计提供了一定的参考.

关键词：粒子图像测速仪流场特性贫油预混预蒸发低污染燃烧室回流区

LPP低污染燃烧室两相喷雾燃烧性能数值研究

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航空动力学报 2014年第4期29卷 792-800页

作者：朱嘉伟颜应文李诗邓远灏南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016 中华人民共和国工业和信息化部电子第五研究所广州510610

采用Fluent软件对贫油预混预蒸发(LPP)低污染燃烧室两相喷雾燃烧流场、温度场和污染排放性能进行数值计算.在副模结构保持不变时,LPP低污染燃烧室头部在相同工况下,数值研究不同的主模旋流角度对燃烧流场、温度场以及污染排放的影响.采... 详细信息

采用Fluent软件对贫油预混预蒸发(LPP)低污染燃烧室两相喷雾燃烧流场、温度场和污染排放性能进行数值计算.在副模结构保持不变时,LPP低污染燃烧室头部在相同工况下,数值研究不同的主模旋流角度对燃烧流场、温度场以及污染排放的影响.采用标准的k-ε模型对湍流黏性进行模拟,采用离散相模型对油珠颗粒的运动轨迹进行追踪,采用非预混平衡化学反应模型来模拟化学反应速率.数值计算结果表明:①在LPP低污染燃烧室头部存在明显的中心回流区、角回流区和唇口回流区;②中心回流区外形呈橄榄形状,并且回流区长度都较长,随着主模旋流角度的增大,中心回流区逐渐变胖且变短,角回流区则逐渐变小;③随着主模旋流角度增大,压力损失也随之增大;④热力型NOx生成的速率与燃烧温度超过1 950K区域的面积大小和最高的燃气温度有直接的关系,在副模和主模火焰锋面附近,由于燃烧温度高,是热力型NOx的集中分布区域;⑤出口温度分布系数随着主模旋流角度的增加呈现出先减少后增加的趋势,且主模旋流角度为45°(C方案)时出口温度分布系数最小,即C方案的出口温度分布最均匀;⑥在相同的工况下,C方案燃烧性能相对最优.

关键词：贫油预混预蒸发低污染燃烧室两相喷雾燃烧燃烧性能热力型NOx

基于分层和分级燃烧机理的低污染燃烧室设计和排放性能预估

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航空动力学报 2014年第12期29卷 2795-2800页

作者：李锋郭瑞卿高贤智吕富国王云雷尚守堂北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所燃烧设计室沈阳110015

保持扩压器尺寸、外机匣最大直径以及燃烧室出口尺寸不变,将燃烧室分别设计为单环腔燃烧室(SAC)、双环腔燃烧室(DAC)、双环预混旋流(TAPS)燃烧室、中心分级燃烧室(CSC)和三旋流燃烧室(TSC)5种燃烧室结构,保持湍流、喷雾、燃烧、辐射及... 详细信息

保持扩压器尺寸、外机匣最大直径以及燃烧室出口尺寸不变,将燃烧室分别设计为单环腔燃烧室(SAC)、双环腔燃烧室(DAC)、双环预混旋流(TAPS)燃烧室、中心分级燃烧室(CSC)和三旋流燃烧室(TSC)5种燃烧室结构,保持湍流、喷雾、燃烧、辐射及排放数理模型不变,对5种燃烧室进行三维数值模拟.对比研究了5种燃烧室的污染排放性能.结果表明:采用分级燃烧的DAC慢车状态下CO排放量最低,采用DAC在慢车状态下的CO排放量比SAC降低了近62%.采用分层燃烧的TAPS燃烧室的NOx排放量最低,采用TAPS的NOx排放量比SAC降低了近43.5%.

关键词：分层燃烧室分级燃烧室低污染燃烧室燃烧室设计燃烧室性能预估

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LPP低污染燃烧室冷态流场与油雾特性

南京航空航天大学学报 2013年第2期45卷 162-169页

作者：邓远灏朱嘉伟颜应文马存祥徐华胜张靖周南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 中国燃气涡轮研究院成都610500

为了研究某贫油预混预蒸发(Lean premixed prevaporized,LPP)低污染燃烧室冷态流场和油雾特性,本文采用粒子图像测速仪(Particle image velocimetry,PIV)首先试验研究不同进口空气流量对燃烧室冷态流场的影响,其次分别在单开值班级喷嘴... 详细信息

为了研究某贫油预混预蒸发(Lean premixed prevaporized,LPP)低污染燃烧室冷态流场和油雾特性,本文采用粒子图像测速仪(Particle image velocimetry,PIV)首先试验研究不同进口空气流量对燃烧室冷态流场的影响,其次分别在单开值班级喷嘴、主级喷嘴以及同开主级和值班级喷嘴时,分析了燃油流量分配和值班级喷嘴位置对燃烧室油雾特性的影响。试验结果表明:在LPP燃烧室头部流场存在中心回流区、角落回流区和唇口回流区,中心回流区宽度随着距燃烧室头部距离的增加先逐渐增加,而后逐渐减少,且进口空气流量对燃烧室回流区形状影响不大;单开值班级喷嘴时,供油量增加,燃烧室油雾特性变差;单开主级喷嘴时,主级供油量增加,燃烧室油雾特性得到改善;主级和值班级喷嘴同时打开时,随着主级供油量增加,值班级供油量减少,燃油雾化特性得到改善;值班级喷嘴位于喉道处时燃油雾化效果优于值班级喷嘴在旋流器出口处。

关键词：贫油预混预蒸发低污染燃烧室冷态流场油雾场粒子图像测速仪

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低污染燃烧室技术的发展

燃气涡轮试验与研究 1992年第3期5卷 2-10页

作者：金如山北京航空航天大学

本文分析了航空发动机排入大气的燃烧产物中的污染物种类、影响因素及其对燃烧室设计的影响；介绍了已经试验或采用了的减少排放污染的技术，下一代低污染燃烧室的设计方案及其应用前景，指出了低污染燃烧室技术的着眼点将集中于减少No... 详细信息

本文分析了航空发动机排入大气的燃烧产物中的污染物种类、影响因素及其对燃烧室设计的影响；介绍了已经试验或采用了的减少排放污染的技术，下一代低污染燃烧室的设计方案及其应用前景，指出了低污染燃烧室技术的着眼点将集中于减少Nox的排放量，这一目标的实现将成为下一代超音速客机投入使用的关键问题之一。

关键词：航空发动机冒烟低污染燃烧室燃烧产物 NOx 氮氧化物降低污染

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低污染燃烧室预混喷嘴结构性能的数值研究

燃气轮机技术 2018年第1期31卷 16-22页

作者：徐佳恒胡宏斌段冬霞聂超群中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

以某燃气轮机SAC(单环腔)燃烧室为原型,设计、研究了一种适用于甲烷燃料的低污染燃烧室,对燃烧室单喷嘴模型进行了数值模拟研究。就燃料喷孔位置、旋流器旋流数、叶片数目对流场和温度场进行了定性的分析。结果表明:(1)设计的喷嘴结构... 详细信息

以某燃气轮机SAC(单环腔)燃烧室为原型,设计、研究了一种适用于甲烷燃料的低污染燃烧室,对燃烧室单喷嘴模型进行了数值模拟研究。就燃料喷孔位置、旋流器旋流数、叶片数目对流场和温度场进行了定性的分析。结果表明:(1)设计的喷嘴结构能形成明显的中心回流区和角回流区;(2)在有限预混长度情况下,燃料孔的位置对燃料空气预混效果有较大影响;(3)旋流器旋流数及叶片数目对燃烧室冷态流场有较大影响,且旋流数设计过大会导致回火现象,旋流数过低也会对燃料空气预混的均匀性产生一定影响;(4)结构优化后的喷嘴经计算得到NO_x排放量为7.01×10^(-6)(15%O_2浓度),CO为4.687×10^(-6)(15%O_2浓度),相比传统燃烧室降低了约80%,为形成与环境友好的燃烧室设计技术做了理论探索前期的研究工作。

关键词：低污染燃烧室预混甲烷数值模拟

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LPP低污染燃烧室头部方案研究

LPP低污染燃烧室头部方案研究

作者：朱嘉伟南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文通过数值模拟和试验相结合的方法研究了贫油预混预蒸发（LPP）低污染燃烧室头部方案，其主要设计思想是通过分级供油和分区燃烧，降低燃烧室内燃烧区域的温度和减少高温区域范围，从而实现低NOX排放。LPP低污染燃烧室头部方案分为... 详细信息

本文通过数值模拟和试验相结合的方法研究了贫油预混预蒸发（LPP）低污染燃烧室头部方案，其主要设计思想是通过分级供油和分区燃烧，降低燃烧室内燃烧区域的温度和减少高温区域范围，从而实现低NOX排放。LPP低污染燃烧室头部方案分为主级和值班级两部分，值班级燃烧属于扩散燃烧，起稳定点火源作用，但值班级燃油流量占整个燃油流量比例较少，因此局部高温区范围比较小。大部分燃油从主级多点燃油直接喷射孔中喷出，主级燃烧基本上属于贫油预混或半预混燃烧，实现贫油均匀燃烧，因此主级出口燃烧最高温度相对较低。通过值班级和主级两者相结合，从而实现既稳定燃烧又降低NOX排放的目的。本文完成的研究内容主要包括三个方面： 1）对六个LPP低污染燃烧室头部方案分别进行了两相喷雾燃烧流场和燃烧性能的数值模拟，研究不同的主级轴向旋流角度对LPP燃烧室两相喷雾燃烧流场和燃烧性能的影响，数值计算结果表明：（1）随着主级旋流角度的增大，燃烧温度高于1950K区域面积的大小经历了一个由大变小，再变大的过程;（2）出口NOx质量分数的变化规律跟燃烧温度高于1950K区域面积大小的变化规律一致;（3）总体来说，C方案的燃烧性能和排放指标在六个头部方案中最优。 2）利用PIV测量技术，研究了不同工况和值班级喷嘴位置对单头部方案G的模型LPP燃烧室冷态流场和油雾场的影响，试验结果表明：（1）进口空气流量变化对旋流器后的气流速度分布形状、变化趋势和回流区形状基本无影响;（2）单开值班级喷嘴时，随着供油量增加，燃油雾化效果变差，不同的喷嘴位置对燃油雾化效果的差异逐渐减小;（3）单开主级喷嘴时，随着供油量增加，燃油雾化得到改善;（4）当主级和值班级喷嘴都打开时，保持油气比不变，随着主级供油量增加，值班级供油量的减少，燃油雾化质量有所提高，不同的值班级喷嘴位置对燃油雾化效果的差异逐渐减少。 3）对单头部方案H的模型LPP燃烧室进行了燃烧性能试验测量，获得了LPP燃烧室出口温度分布和压力损失系数，试验结果表明：（1）随着径向距离的增加，燃烧室出口温度径向分布比较差，还有待进一步研究;（2）火焰颜色为浅蓝色，燃烧比较好，基本符合LPP燃烧室设计要求。本文所获得的研究成果可用于LPP低污染燃烧室头部方案筛选与优化，为我国民机低污染燃烧技术发展提供技术储备。

关键词：贫油预混预蒸发(LPP) 低污染燃烧室数值模拟试验燃烧性能油雾场冷态流场主级值班级 PIV

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低污染模型燃烧室的数值计算

低污染模型燃烧室的数值计算

作者：王丹丹沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

由于航空事业的快速发展,航空发动机向大气排放的污染物日益增多,低污染排放性能已成为新一代飞机对发动机性能的一项重要要求。RQL (Rich burn-Quench-Lean burn)燃烧室是一种应用前景广阔的低污染燃烧室,采用数值方法对影响RQL燃烧室... 详细信息

由于航空事业的快速发展,航空发动机向大气排放的污染物日益增多,低污染排放性能已成为新一代飞机对发动机性能的一项重要要求。RQL (Rich burn-Quench-Lean burn)燃烧室是一种应用前景广阔的低污染燃烧室,采用数值方法对影响RQL燃烧室性能的各种因素进行分析研究无疑对RQL燃烧室的优化设计具有重要的借鉴意义。本文在总结前人RQL燃烧室研究成果的基础上,首先对RQL模型燃烧室进行了初步设计,然后采用数值模拟方法研究了各种参数(包括孔位置及孔数、淬熄段流动面积、旋流器的间距、出口角θ、及富油段化学当量比等)对模型燃烧室流动特性、燃烧特性及污染排放特性的影响并依据数值研究结果对设计的RQL模型燃烧室进行了一定的优化。本文还研究了模型燃烧室在不同的射流空气量和富油区的化学当量比下的污染排放性能。研究发现,当射流空气量为0.069 kg/s、化学当量比为1.2时,淬熄空气与燃气可以迅速混合,此时模型燃烧室的NOx排放量约为7ppm,CO排放量约为11ppm ,符合低污染燃烧室的排放标准。本文最后对带有扩压器的模型燃烧室进行了研究,结果表明射流孔面积与旋流器进口面积之比这一几何参数对RQL低污染燃烧的流量分配有十分重要的影响。

关键词： RQL 低污染燃烧室污染物数值模拟