本文關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)柔和燃燒室研究

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【摘要】：柔和燃燒具有超低排放、燃燒溫度均勻、燃燒穩(wěn)定效率高、噪聲低等特點(diǎn),具有成為新一代燃?xì)廨啓C(jī)超低NOx燃燒技術(shù)的潛力。為研究適用于燃?xì)廨啓C(jī)的柔和燃燒設(shè)計(jì)方案,本文采用高速射流卷吸摻混的思想,采用數(shù)值模擬的手段初步確定了柔和燃燒模型燃燒室方案,搭建了模型燃燒室柔和燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái),開(kāi)展了柔和燃燒驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),觀測(cè)到了柔和燃燒內(nèi)部反應(yīng)場(chǎng)光線通透,無(wú)明顯火焰鋒面,燃燒室出口煙氣排放較低；通過(guò)與擴(kuò)散燃燒/非柔和燃燒模式的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算對(duì)比,分析得到了柔和燃燒工況下溫度分布均勻,排放低的特性,驗(yàn)證了柔和燃燒器的有效性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和CFD模擬研究了柔和燃燒器的穩(wěn)定工作范圍與熱強(qiáng)度的關(guān)系,結(jié)果表明貧燃熄火工況當(dāng)量比隨熱強(qiáng)度增加而升高,當(dāng)接近熄火工況時(shí)CO排放明顯增加,且燃燒易發(fā)生熱聲震蕩現(xiàn)象；燃燒反應(yīng)區(qū)向燃燒室上游回撤,下游反應(yīng)不充分導(dǎo)致溫度較低而CO濃度高,燃燒效率下降。通過(guò)對(duì)不同工況下的排放數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,得到了在不同熱強(qiáng)度下穩(wěn)定的柔和燃燒工況范圍,并從穩(wěn)定柔和燃燒工況中優(yōu)選出最低NOx排放工況點(diǎn)以及CO和NOx排放同時(shí)小于10ppm@15%O2的工況區(qū)間,獲得熱強(qiáng)度和主燃噴嘴射流速度匹配的最優(yōu)區(qū)間的關(guān)系。CFD計(jì)算結(jié)果表明,隨著當(dāng)量比降低燃燒強(qiáng)度降低且反應(yīng)更加均一；隨著熱強(qiáng)度上升,燃燒室內(nèi)反應(yīng)強(qiáng)度和溫度有所增加；所有穩(wěn)定燃燒的柔和燃燒工況的燃燒室內(nèi)溫度分布不均勻度都小于13%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了在不同主燃當(dāng)量比和熱強(qiáng)度下值班空氣對(duì)柔和燃燒排放和燃燒穩(wěn)定性的影響,得到了不同主燃當(dāng)量比和熱強(qiáng)度下的合理值班空氣流量配比區(qū)間和最佳值班空氣流量配比工況點(diǎn)及其分布規(guī)律,并通過(guò)CFD研究分析了燃燒室內(nèi)部溫度流場(chǎng)及組分分布變化特征。通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出了值班空氣流量配比為0.2時(shí),NOx排放相對(duì)最低的工況范圍,并研究了在固定值班空氣流量配比下,改變值班燃料流量配比對(duì)柔和燃燒排放性能影響,得出值班燃料流量配比F-P／M在(0,0.25)的區(qū)間內(nèi)對(duì)柔和燃燒整體性能有利,而F-P／M超過(guò)0.25燃燒效率下降,峰值火焰溫度過(guò)高且NOx排放增高。以實(shí)驗(yàn)所用燃燒器為基礎(chǔ),通過(guò)計(jì)算模擬改變其噴嘴布置和尺寸結(jié)構(gòu)以及進(jìn)氣壓力和溫度,研究不同結(jié)構(gòu)方案和進(jìn)氣參數(shù)在固定熱強(qiáng)度和當(dāng)量比下對(duì)柔和燃燒器燃燒特性的影響。研究得出保證射流速度不變下,進(jìn)氣溫度的增加提高了燃燒室整體溫度,溫度分布更均勻,壓損顯著降低；進(jìn)氣壓力增加提高了燃燒室整體溫度,溫度不均勻度小幅增加。保證射流速度不變下,燃燒室結(jié)構(gòu)尺寸放大后對(duì)燃燒特性改變幅度較小,說(shuō)明在以射流速度為參照指標(biāo)下模型燃燒室可有效反映實(shí)際燃燒室的燃燒特性,可為全尺寸燃?xì)廨啓C(jī)柔和燃燒室的運(yùn)行、設(shè)計(jì)提供參考。
【關(guān)鍵詞】：燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室 柔和燃燒 實(shí)驗(yàn) 數(shù)值模擬 污染物排放
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK473
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-18
• 第1章 緒論18-30
• 1.1 研究背景18-19
• 1.2 柔和燃燒發(fā)展與特性19-21
• 1.3 燃?xì)廨啓C(jī)柔和燃燒技術(shù)研究進(jìn)展21-29
• 1.4 本章小結(jié)29
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容29-30
• 第2章 實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬方法30-44
• 2.1 引言30
• 2.2 柔和燃燒實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>30-37
• 2.2.1 燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái)介紹30-32
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)器結(jié)構(gòu)32-33
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法33-37
• 2.3 柔和燃燒數(shù)值模型37-43
• 2.3.1 控制方程37-38
• 2.3.2 計(jì)算模型38-41
• 2.3.3 計(jì)算模型選取41-43
• 2.4 本章小結(jié)43-44
• 第3章 柔和燃燒器驗(yàn)證研究44-55
• 3.1 引言44
• 3.2 柔和燃燒實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證44-47
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)工況44
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析44-45
• 3.2.3 與擴(kuò)散燃燒實(shí)驗(yàn)對(duì)比45-47
• 3.3 柔和燃燒特征計(jì)算研究47-54
• 3.3.1 計(jì)算模型有效性驗(yàn)證47-52
• 3.3.2 柔和燃燒與擴(kuò)散燃燒對(duì)比計(jì)算分析52-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 第4章 柔和燃燒特性研究55-67
• 4.1 引言55
• 4.2 當(dāng)量比和熱強(qiáng)度對(duì)柔和燃燒的影響55-66
• 4.2.1 柔和燃燒貧燃極限55-57
• 4.2.2 柔和燃燒排放特性分析57-62
• 4.2.3 柔和燃燒燃燒特征分析62-66
• 4.3 本章小結(jié)66-67
• 第5章 值班噴嘴對(duì)柔和燃燒影響研究67-88
• 5.1 引言67
• 5.2 值班空氣對(duì)柔和燃燒的影響67-79
• 5.2.1 值班空氣流量對(duì)柔和燃燒排放影響分析68-73
• 5.2.2 值班空氣對(duì)柔和燃燒特性影響分析73-76
• 5.2.3 總當(dāng)量比對(duì)固定A-P/M的柔和燃燒的影響76-78
• 5.2.4 小結(jié)78-79
• 5.3 值班燃料對(duì)柔和燃燒的影響79-87
• 5.3.1 值班燃料流量對(duì)柔和燃燒排放影響分析79-81
• 5.3.2 值班燃料對(duì)柔和燃燒特性影響分析81-86
• 5.3.3 小結(jié)86-87
• 5.4 本章小結(jié)87-88
• 第6章 結(jié)構(gòu)、進(jìn)氣參數(shù)對(duì)柔和燃燒器燃燒特性影響研究88-103
• 6.1 引言88
• 6.2 中心錐碗結(jié)構(gòu)的影響88-90
• 6.3 主燃噴嘴布置位置的影響90-92
• 6.4 主燃噴嘴直徑的影響92-94
• 6.5 進(jìn)氣溫度和壓力的影響94-100
• 6.5.1 進(jìn)氣溫度的影響94-98
• 6.5.2 進(jìn)氣壓力的影響98-100
• 6.6 燃燒室尺寸大小的影響100-102
• 6.7 本章小結(jié)102-103
• 第7章 結(jié)論與展望103-105
• 7.1 結(jié)論103-104
• 7.2 展望104-105
• 參考文獻(xiàn)105-109
• 附錄109-111
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文111-112
• 致謝112

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