可燃?xì)怅嚵旭v渦強(qiáng)化混合模型及其應(yīng)用
本文關(guān)鍵詞：可燃?xì)怅嚵旭v渦強(qiáng)化混合模型及其應(yīng)用 出處：《中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)》2016年博士論文 論文類型：學(xué)位論文
更多相關(guān)文章： 陣列 駐渦 可燃?xì)?/b> 混合 掛火
【摘要】：為了拓展稀預(yù)混燃燒技術(shù)在高溫升燃燒室、含氫燃料燃燒室和航改燃?xì)廨啓C(jī)緊湊型燃燒室中的應(yīng)用,本文提出了適用于可燃?xì)獾年嚵旭v渦強(qiáng)化混合模型：以特殊形狀的擾流子構(gòu)造流形可控的陣列駐渦流動,在強(qiáng)化氣流輸運(yùn)與摻混的同時(shí)有效抑制回火和掛火。本文分析了陣列駐渦模型的流動特征、燃料-空氣混合性能、抗掛火機(jī)理和聲學(xué)性能。結(jié)果表明,陣列駐渦流形穩(wěn)定,回流區(qū)尺寸與流動雷諾數(shù)弱相關(guān)；混合機(jī)制包括剪切拉伸、漩渦攪拌和湍流輸運(yùn),兩級葉片陣列可將混合氣的混合不均勻度指標(biāo)降低至入口處的0.8%以下；內(nèi)部的燃燒反應(yīng)具有亞臨界穩(wěn)定性特征,存在抗掛火工作狀態(tài),對于預(yù)熱溫度在300～700K、當(dāng)量比在0.55～1.0范圍內(nèi)的甲烷-空氣預(yù)混氣,其抗掛火臨界鄧克爾數(shù)約為2.23；消聲能力強(qiáng),在典型燃燒室壓力脈動峰值頻段,兩級葉片陣列的聲傳遞損失比等長直管段高出20dB以上�；诙S陣列駐渦流動,通過展向積疊的方式,本文提出了燃?xì)廨啓C(jī)陣列駐渦預(yù)混噴嘴設(shè)計(jì),研究了單元預(yù)混噴嘴的工作性能。結(jié)果表明,相比于常規(guī)旋流式預(yù)混噴嘴,陣列駐渦預(yù)混噴嘴在軸向長度縮短三分之一的情況下,將出口混合不均勻度指標(biāo)降低了一半；預(yù)混燃燒實(shí)驗(yàn)中,陣列駐渦預(yù)混噴嘴工作安全穩(wěn)定,同時(shí)兼容含氫燃料和甲烷,具有不低于3.0的預(yù)混燃燒工況調(diào)節(jié)比,對含氫量小于60%的燃料,在煙氣溫度1700K的工況下,氮氧化物排放量低于50mg/Nm.(@15％O2).基于陣列駐渦預(yù)混噴嘴,本文在燃燒室中對陣列駐渦預(yù)混燃燒技術(shù)開展了壓力模化試驗(yàn)。結(jié)果表明,陣列駐渦預(yù)混技術(shù)與燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)和控制策略適應(yīng)性良好；各個(gè)預(yù)混噴嘴下游的火焰穩(wěn)定,各燃燒模態(tài)間的調(diào)整順利；煙氣溫度在1400～1615K范圍內(nèi),采用全預(yù)混燃燒模態(tài),燃燒室氮氧化物排放量不高于47mg/Nm.(@15％O2)；火焰筒內(nèi)壓力脈動峰值不高于進(jìn)氣總壓的0.42%,燃燒噪聲得到了有效抑制。
[Abstract]:In order to expand the application of lean premixed combustion technology in high-temperature combustion chamber, hydrogen-containing fuel combustion chamber and air-modified gas turbine compact combustion chamber. In this paper, an array standing vortex-enhanced hybrid model suitable for gas is proposed: the controllable array standing eddy current is constructed by using a special shape scrambler. The flow characteristics of the array Vortex model, the fuel-air mixing performance, the anti-fire mechanism and the acoustic performance are analyzed. The array has stable standing vortex shape, and the size of the reflux region is weakly correlated with the flow Reynolds number. The mixing mechanism includes shear stretching, swirl stirring and turbulent transport, and the two-stage blade array can reduce the mixture unevenness index to less than 0.8% of the inlet. The internal combustion reaction has the characteristic of subcritical stability and has the working state of anti-hanging fire. For the preheating temperature of 300 ~ 700K, the equivalent ratio of methane to air is in the range of 0.55 ~ 1.0. The critical Dunkel number is about 2.23; The sound transfer loss of the two stage blade array is more than 20 dB higher than that of the equal length straight tube in the peak frequency range of the pressure pulsation in the typical combustion chamber. Based on the standing eddy current of the two-dimensional array, the method of spanned stacking is adopted. In this paper, the design of gas turbine array standing vortex premixing nozzle is presented, and the performance of the unit premixed nozzle is studied. The results show that compared with the conventional swirl premixing nozzle. When the axial length of the array Vortex premixing nozzle is reduced by 1/3, the mixing evenness index of the outlet is reduced by half. In the premixed combustion experiment, the array Vortex premixing nozzle works safely and stably, and it is compatible with hydrogen fuel and methane at the same time, and has a premixed combustion condition adjustment ratio of not less than 3. 0 for the fuel with hydrogen content less than 60%. At the flue gas temperature of 1700 K, the nitrogen oxide emissions are less than 50 mg / N 路m 路m 路m 路L ~ (15) O ~ (2 +) and are based on the array Vortex premixed nozzles. In this paper, the pressure modeling test of the array Vortex premixing technology is carried out in the combustion chamber. The results show that the array Vortex premixing technology has a good adaptability to the structure and control strategy of the gas turbine combustor. The flame downstream of each premixed nozzle is stable and the combustion modes are adjusted smoothly. The flue gas temperature is in the range of 1 400 ~ 1615K and the combustion mode is fully premixed. The nitrogen oxide emission from the combustion chamber is not higher than 47 mg / Nm 路L ~ (-1) O _ (2) O _ (2). The peak value of pressure pulsation in the flame tube is not higher than 0.42% of the total inlet pressure, and the combustion noise is effectively suppressed.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK473
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，本文編號：1400092
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