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旋流预混燃烧室燃烧特性及排放特性的数值模拟研究

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热能动力工程 2023年第9期38卷 12-20页

作者：杨亚晶刘志鹏魏衍举西安交通大学航天航空学院陕西西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

为了综合考察燃气轮机燃烧室在高稳定性、低排放以及燃料适应性等方面的新要求,基于旋流预混燃烧技术,通过三维数值模拟方法开展了甲烷/空气、丙烷/空气预混燃烧特性及排放特性研究。结果表明:在一定的预混气进气质量流量条件下,当量比... 详细信息

为了综合考察燃气轮机燃烧室在高稳定性、低排放以及燃料适应性等方面的新要求,基于旋流预混燃烧技术,通过三维数值模拟方法开展了甲烷/空气、丙烷/空气预混燃烧特性及排放特性研究。结果表明:在一定的预混气进气质量流量条件下,当量比增大易引发回火,燃烧温度更高,同时NOx排放指数增大,增加预混气质量流量,可在一定程度上提高回/熄火极限;当量比固定,增加预混气进气质量流量可避免潜在的回火现象,且NOx排放指数线性降低;旋流器的旋流数增大能形成强旋流,稳定火焰,降低NOx排放指数,但过大的旋流强度会引发回火现象;相比于甲烷/空气预混燃烧,丙烷/空气预混燃烧温度偏高,NOx排放指数较大,但回熄火边界更宽,对应更广阔的稳定燃烧区间。

关键词：旋流预混燃烧甲烷丙烷当量比回火熄火排放指数

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预混段出口角度对旋流预混燃烧特性影响

热力发电 2019年第2期48卷 31-38页

作者：付忠广宋家胜华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室北京102206

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... 详细信息

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°。

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

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

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空气动力学学报 2020年第3期38卷 611-618页

作者：肖华林罗坤王海鸥金台樊建人浙江大学能源清洁利用国家重点实验室杭州310027 浙江大学航空航天学院杭州310027

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... 详细信息

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。

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

基于CNN-LSTM深度学习的燃烧不稳定性检测方法研究

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燃烧科学与技术 2022年第2期28卷 119-125页

作者：闾曾怡王高峰杨瑶张非非浙江大学航空航天学院杭州310027

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... 详细信息

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.

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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预混旋流火焰热声不稳定性的成像诊断研究

工程热物理学报 2020年第9期41卷 2305-2313页

作者：杨瑶王高峰胡科琪夏一帆浙江大学航空航天学院杭州310027

以丙烷-空气旋流预混火焰为实验对象,针对几种特定工况,通过可见光、近红外光、OH基化学自发光三种波段分别研究了自激振荡与外激振荡下的火焰特征,通过动态模态分解法(DMD)对火焰与热气体的动力学特性进行了分析;结果发现不稳定燃烧时... 详细信息

以丙烷-空气旋流预混火焰为实验对象,针对几种特定工况,通过可见光、近红外光、OH基化学自发光三种波段分别研究了自激振荡与外激振荡下的火焰特征,通过动态模态分解法(DMD)对火焰与热气体的动力学特性进行了分析;结果发现不稳定燃烧时旋流火焰与热气体的发光强度峰值存在一个时间延迟,DMD得到的火焰不稳定频率与热气体不稳定频率接近,并与麦克风采集到的声学脉动频率吻合,燃烧不稳定处于纵向模态,外激振荡与自激震荡下的火焰与热气体有着相似的动力学行为。本文采取的可见光和近红外自发光成像观测方法为研究热声不稳定提供了一种新的成像方法,对以后研究燃气透平进口热斑迁移机理提供了一种新的思路.

关键词：旋流预混燃烧热声不稳定可见光和近红外自发光成像动态模态分解(DMD) 动力学特性

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基于旋流火焰根部熄火现象的FGM模型研究

燃烧科学与技术 2020年第4期26卷 301-309页

作者：俞森彬刘潇刘欣张志浩隆德大学能源科学系瑞典隆德22100 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001 隆德大学燃烧物理系瑞典隆德22100

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... 详细信息

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.

关键词：旋流预混燃烧 LES SFGM 火焰稳定吹熄

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混合时间对燃烧稳定性影响的实验研究

工程热物理学报 2017年第9期38卷 2025-2032页

作者：王怀书李少帅李春炎翁方龙朱民清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室

燃烧振荡是不稳定燃烧过程与燃烧室内声波耦合产生的一种现象,在燃气轮机的贫预混燃烧室中较为常见,其发生易损坏燃烧室结构及缩短运行寿命。本文通过模型燃烧室进行系列实验研究燃料与空气的混合时间对旋流预混燃烧稳定性的影响规律。... 详细信息

燃烧振荡是不稳定燃烧过程与燃烧室内声波耦合产生的一种现象,在燃气轮机的贫预混燃烧室中较为常见,其发生易损坏燃烧室结构及缩短运行寿命。本文通过模型燃烧室进行系列实验研究燃料与空气的混合时间对旋流预混燃烧稳定性的影响规律。实验中通过改变预混长度和空气流速来改变混合时间,通过变当量比获得燃烧振荡与稳定的范围。实验结果表明混合时间对燃烧稳定性有重要影响,仅当混合时间处于一定区间内时才有可能发生燃烧振荡,发生燃烧振荡的当量比范围也与混合时间有关。本文同时还研究了燃烧振荡频率、振幅与当量比和空气流速的关系。

关键词：混合时间当量比旋流预混燃烧燃烧振荡