內置擾流器的駐渦燃燒室燃燒流動分析
發(fā)布時間：2021-06-01 22:45
駐渦燃燒室（TVC）作為一種火焰穩(wěn)定、低污染的新型燃燒裝置,受到國內外研究者的廣泛關注,將其與其他結構或燃燒技術結合,進一步實現高效、減排是其研究重點。內置擾流器（導流片、擾流板和鈍體）TVC是在現有基礎上提出的一種新型燃燒室結構,有利于在TVC內實現高效穩(wěn)定燃燒。本文對內置擾流器TVC的流動燃燒特性開展了數值研究,并對其擾流器的結構進行了優(yōu)化。結果表明:內置擾流器TVC能在凹腔形成兩組穩(wěn)定的雙渦結構,有利于穩(wěn)燃和燃氣摻混,相比于僅有鈍體的情況,能夠大大提高燃燒室的燃燒效率,改善出口溫度分布,降低NO排放量。內置擾流器TVC在僅布置導流片與擾流板的情況下,燃燒效率就能夠達到99%以上,布置鈍體后能夠在鈍體尾部形成回流區(qū),增大高溫區(qū)分布范圍,改善出口溫度分布。擾流板的較優(yōu)結構參數為擾流板與水平方向的傾斜角度α=30°,阻塞比BR=12%24%;導流片較優(yōu)的結構參數為導流片伸入凹腔的長度與凹腔前壁面一半長度之比a/B=0.10.4,導流片到進口順流通道下壁面的距離與燃燒室進口順流通道高度之比b/h=0.4,導流片到凹腔前壁面的距離與凹腔長度之比c...
【文章來源】：上海電力大學上海市
【文章頁數】：84 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
常規(guī)燃燒室
提高燃燒室出口溫度，進一步提高燃機效率；2）進一步降低 NOx排放；3）適應多種燃料，如天然氣、頁巖氣、過程工藝氣、合成氣以及氫氣等；4）適應不同工況，在各工況下能夠保持高效、低 NOx排放。目前，燃氣輪機采用的主流燃燒技術是貧燃料預混燃燒，該技術在燃料貧燃極限附近燃燒才可實現低 NOx 排放，易發(fā)生燃燒不穩(wěn)定現象，如熱聲振蕩、回火等。此外貧燃預混燃燒需要控制燃料分級燃燒，過程復雜，其對燃料熱值、組分要求高，不適用于純氫、合成氣等燃料，并且在低負荷工況下產生擴散火焰，NOx 排放將急劇增加駐渦燃燒室（Trapped Vortex Combustor，簡稱 TVC）是一種新型的燃燒裝置，其發(fā)展始于 20 世紀 90 年代。與常規(guī)的旋流燃燒室（圖 1-1）相比，駐渦燃燒室（圖 1-2的優(yōu)勢在于結構簡單且緊湊、火焰穩(wěn)定性能好、高空點火性能優(yōu)越、較寬的工作范圍以實現高效燃燒以及污染物低排放。駐渦燃燒室的燃燒區(qū)域分為兩部分：主燃區(qū)和駐渦區(qū)，燃料和空氣進入凹腔內形成穩(wěn)定的回流漩渦流動結構，稱為駐渦。在此區(qū)域內燃料與空氣被引燃，主氣流以補給的方式進入駐渦區(qū)，與高溫燃氣混合后加熱點燃。由于駐渦存在于凹腔之中，主流對其影響較弱，即使主流速度很高的情況下，也可保證凹腔內部火焰穩(wěn)定。
上海電力大學碩士學位論文研究現狀渦燃燒室最先提出了一種火焰穩(wěn)定概念，即被稱為駐渦燃燒室(TVC)的概一代駐渦燃燒室[2]（如圖 1-3 所示）由前體（forebody）、中心體（rbody）組成，前體和后體構成凹腔形成駐渦區(qū)，可以通過改變駐渦區(qū)域軸向長度的目的。燃燒過程中，凹腔內形成的火焰與此，火焰對主流的流動狀態(tài)最不敏感。為了形成持續(xù)穩(wěn)定的火射入到凹腔內[1,2,3,5]。凹腔內直接射入燃料和空氣可以達到強化凹腔內和主流氣流之間的質量和能量傳輸[4,6]。結果表明，TV效率、火焰穩(wěn)定性等將得到提高。除此之外，TVC 還具有作為般來說，分級燃燒系統(tǒng)有可能減少約 10-40%的氮氧化物排放[
【參考文獻】：
期刊論文
[1]過量空氣系數、熱負荷及反應物混合模式對天然氣鍋爐柔和燃燒特性影響[J]. 丁小驕,黃明明,張哲巔,肖云漢. 中國電機工程學報. 2017(07)
[2]Experimental Study on Emission Performance of an LPP/TVC[J]. JIN Yi, HE Xiaomin*, ZHANG Jingyu, JIANG Bo, WU Zejun College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China. Chinese Journal of Aeronautics. 2012(03)
[3]醇基燃料燃燒器的性能和場協同分析[J]. 鄂加強,張雙利,傅學正,李玉強,董江東,張彬. 華南理工大學學報(自然科學版). 2011(08)
[4]場協同原理在對流換熱中的應用方法[J]. 冷學禮,張冠敏,田茂誠,程林. 熱能動力工程. 2009(03)
[5]氣流橫向沖刷管束湍流換熱的場協同分析[J]. 黃德斌,鄧先和,朱冬生,歐陽惕. 化學工程. 2006(07)
[6]駐渦燃燒室凹腔雙渦結構研究[J]. 樊未軍,易琪,嚴明,楊茂林. 中國電機工程學報. 2006(09)
[7]富油/快速淬熄/貧油駐渦燃燒室低NOx排放[J]. 樊未軍,嚴明,易琪,楊茂林. 推進技術. 2006(01)
[8]脈動供燃料燃燒技術及火焰頻率特征[J]. 趙海亮,徐旭常,李彥,由長福,金基晟,樸相圭. 燃燒科學與技術. 2004(05)
[9]換熱器中的場協同原則及其應用[J]. 過增元. 機械工程學報. 2003(12)
[10]氣脈沖發(fā)生器中火焰?zhèn)鞑ヅc壓力變化的研究[J]. 樊未軍,孫文超,吳承康. 中國電機工程學報. 2002(07)
博士論文
[1]燃氣輪機燃燒室柔和燃燒機理與性能研究[D]. 黃明明.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2014
碩士論文
[1]燃氣輪機柔和燃燒室初步研究[D]. 王強.中國科學院研究生院(工程熱物理研究所) 2015
[2]環(huán)形駐渦燃燒室流動與燃燒數值模擬研究[D]. 孫海濤.大連海事大學 2014
[3]某型駐渦燃燒室冷卻技術研究[D]. 王璐.南京航空航天大學 2012
[4]LPP駐渦燃燒室排放性能研究[D]. 田中禮.南京航空航天大學 2010
[5]燃氣輪機燃燒室柔和燃燒條件與特征的研究[D]. 陳欽.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2010
本文編號：3210301
【文章來源】：上海電力大學上海市
【文章頁數】：84 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
常規(guī)燃燒室
提高燃燒室出口溫度，進一步提高燃機效率；2）進一步降低 NOx排放；3）適應多種燃料，如天然氣、頁巖氣、過程工藝氣、合成氣以及氫氣等；4）適應不同工況，在各工況下能夠保持高效、低 NOx排放。目前，燃氣輪機采用的主流燃燒技術是貧燃料預混燃燒，該技術在燃料貧燃極限附近燃燒才可實現低 NOx 排放，易發(fā)生燃燒不穩(wěn)定現象，如熱聲振蕩、回火等。此外貧燃預混燃燒需要控制燃料分級燃燒，過程復雜，其對燃料熱值、組分要求高，不適用于純氫、合成氣等燃料，并且在低負荷工況下產生擴散火焰，NOx 排放將急劇增加駐渦燃燒室（Trapped Vortex Combustor，簡稱 TVC）是一種新型的燃燒裝置，其發(fā)展始于 20 世紀 90 年代。與常規(guī)的旋流燃燒室（圖 1-1）相比，駐渦燃燒室（圖 1-2的優(yōu)勢在于結構簡單且緊湊、火焰穩(wěn)定性能好、高空點火性能優(yōu)越、較寬的工作范圍以實現高效燃燒以及污染物低排放。駐渦燃燒室的燃燒區(qū)域分為兩部分：主燃區(qū)和駐渦區(qū)，燃料和空氣進入凹腔內形成穩(wěn)定的回流漩渦流動結構，稱為駐渦。在此區(qū)域內燃料與空氣被引燃，主氣流以補給的方式進入駐渦區(qū)，與高溫燃氣混合后加熱點燃。由于駐渦存在于凹腔之中，主流對其影響較弱，即使主流速度很高的情況下，也可保證凹腔內部火焰穩(wěn)定。
上海電力大學碩士學位論文研究現狀渦燃燒室最先提出了一種火焰穩(wěn)定概念，即被稱為駐渦燃燒室(TVC)的概一代駐渦燃燒室[2]（如圖 1-3 所示）由前體（forebody）、中心體（rbody）組成，前體和后體構成凹腔形成駐渦區(qū)，可以通過改變駐渦區(qū)域軸向長度的目的。燃燒過程中，凹腔內形成的火焰與此，火焰對主流的流動狀態(tài)最不敏感。為了形成持續(xù)穩(wěn)定的火射入到凹腔內[1,2,3,5]。凹腔內直接射入燃料和空氣可以達到強化凹腔內和主流氣流之間的質量和能量傳輸[4,6]。結果表明，TV效率、火焰穩(wěn)定性等將得到提高。除此之外，TVC 還具有作為般來說，分級燃燒系統(tǒng)有可能減少約 10-40%的氮氧化物排放[
【參考文獻】：
期刊論文
[1]過量空氣系數、熱負荷及反應物混合模式對天然氣鍋爐柔和燃燒特性影響[J]. 丁小驕,黃明明,張哲巔,肖云漢. 中國電機工程學報. 2017(07)
[2]Experimental Study on Emission Performance of an LPP/TVC[J]. JIN Yi, HE Xiaomin*, ZHANG Jingyu, JIANG Bo, WU Zejun College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China. Chinese Journal of Aeronautics. 2012(03)
[3]醇基燃料燃燒器的性能和場協同分析[J]. 鄂加強,張雙利,傅學正,李玉強,董江東,張彬. 華南理工大學學報(自然科學版). 2011(08)
[4]場協同原理在對流換熱中的應用方法[J]. 冷學禮,張冠敏,田茂誠,程林. 熱能動力工程. 2009(03)
[5]氣流橫向沖刷管束湍流換熱的場協同分析[J]. 黃德斌,鄧先和,朱冬生,歐陽惕. 化學工程. 2006(07)
[6]駐渦燃燒室凹腔雙渦結構研究[J]. 樊未軍,易琪,嚴明,楊茂林. 中國電機工程學報. 2006(09)
[7]富油/快速淬熄/貧油駐渦燃燒室低NOx排放[J]. 樊未軍,嚴明,易琪,楊茂林. 推進技術. 2006(01)
[8]脈動供燃料燃燒技術及火焰頻率特征[J]. 趙海亮,徐旭常,李彥,由長福,金基晟,樸相圭. 燃燒科學與技術. 2004(05)
[9]換熱器中的場協同原則及其應用[J]. 過增元. 機械工程學報. 2003(12)
[10]氣脈沖發(fā)生器中火焰?zhèn)鞑ヅc壓力變化的研究[J]. 樊未軍,孫文超,吳承康. 中國電機工程學報. 2002(07)
博士論文
[1]燃氣輪機燃燒室柔和燃燒機理與性能研究[D]. 黃明明.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2014
碩士論文
[1]燃氣輪機柔和燃燒室初步研究[D]. 王強.中國科學院研究生院(工程熱物理研究所) 2015
[2]環(huán)形駐渦燃燒室流動與燃燒數值模擬研究[D]. 孫海濤.大連海事大學 2014
[3]某型駐渦燃燒室冷卻技術研究[D]. 王璐.南京航空航天大學 2012
[4]LPP駐渦燃燒室排放性能研究[D]. 田中禮.南京航空航天大學 2010
[5]燃氣輪機燃燒室柔和燃燒條件與特征的研究[D]. 陳欽.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2010
本文編號：3210301
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