近年來分布式能源系統(tǒng)迅速興起,而微型燃氣輪機則作為分布式能源系統(tǒng)的核心受到廣泛關(guān)注,其應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋極廣,包含發(fā)電、船舶、化工、航空、汽車、天然氣等諸多工業(yè)領(lǐng)域。本文是以微型燃氣輪機形式的電動汽車新型熱管理系統(tǒng)為背景,針對該系統(tǒng)中的5k W微型燃燒室通過數(shù)值模擬手段和試驗方法開展課題研究。該燃燒室設(shè)計為常壓燃燒室,鑒于其使用目的為汽車熱管理系統(tǒng),會在復(fù)雜且極端的環(huán)境下工作,所以本文的主要通過數(shù)值模擬探究在負荷變化、進氣溫度變化和進氣壓力變化的復(fù)雜工況下,燃燒室內(nèi)部流場的變化規(guī)律,分析該燃燒室的出口溫度、排放等參數(shù),研究其變工況條件下的燃燒特性,并通過試驗與模擬計算結(jié)果相互印證。本文先從方法學(xué)角度對數(shù)值模擬流程和邊界條件進行了詳細介紹,搭建了以5k W燃燒室集成件為核心的移動式試驗臺,對試驗所用的儀器和軟件進行了簡介。完成了各項準備工作后,首先對柴油燃燒模擬的反應(yīng)機理進行了研究,對比了簡化機理和總包反應(yīng)機理的計算結(jié)果,結(jié)合本文的研究需要,最終選用總包反應(yīng)機理完成后續(xù)研究工作。在選定燃燒反應(yīng)機理后,利用商用軟件研究了負荷、溫度和壓力變化對燃燒室內(nèi)部速度場、溫度場以及出口參數(shù)的影響。變工況條件... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

能源局域網(wǎng)基本架構(gòu)[1]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-2燃垃圾填埋氣燃燒室實驗系統(tǒng)[5]刑暢等人[6]針對微型燃氣輪機的變工況運行，提出并設(shè)計了一款可調(diào)燃料供給的30kW級微型燃燒室，通過在燃燒室配備一個主燃料分配裝置實現(xiàn)燃料的周向和徑向調(diào)節(jié)。燃燒室的結(jié)構(gòu)設(shè)計為單筒式，空氣進氣方式設(shè)計為逆流進氣，燃燒室內(nèi)設(shè)有三個旋流器，分別為一次風(fēng)、二次風(fēng)和值班空氣旋流器。一次風(fēng)和二次風(fēng)旋流器設(shè)計為不同旋流方向的徑向旋流器，分別采用24根徑向直葉片和24個徑向斜直孔，值班空氣旋流器設(shè)計成有12個軸向斜直孔的軸向旋流器。由于采用空氣逆流方式，火焰筒上沒有設(shè)計冷卻孔，而是通過布置換熱肋片加強火焰筒的冷卻。王福珍等人[7]研究了50kW煙氣循環(huán)富氧燃燒室的設(shè)計方法，采用單管燃燒室以及空氣逆流形式，燃料分為兩部分進入燃燒室，一部分是直接從值班燃氣噴嘴進入，外圍是旋流的值班空氣，火焰設(shè)計為擴散燃燒；另一部分燃氣輸運至旋流噴嘴處，通過噴嘴上設(shè)計的眾多小孔沿垂直軸線方向射出，與進入噴嘴的空氣進行預(yù)混形成預(yù)混氣體射入燃燒室。IbrahimI.Enagi等人[8]利用CFD仿真軟件模擬了不同燃燒室?guī)缀涡螤钕碌奈镔|(zhì)遷移和非預(yù)混燃燒模型，設(shè)計出了一款燃用液化石油氣的燃燒室，如圖1-3所示，其中火焰保持器直徑為50mm，燃燒室高度為60cm，具有4個6、8、10mm的孔，并基于車載渦輪增壓器進行了實驗，結(jié)果表明該燃燒器能夠穩(wěn)定燃燒，CO排放低于100ppm，渦輪進口溫度低于900℃。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1-3燃燒室(a)及試驗臺(b)示意圖[8]PaoloLaranci等人[9]設(shè)計并驗證了80kW的新型環(huán)形RQL燃燒室，克服了因過熱導(dǎo)致的低運行小時數(shù)（約2500小時）的故障，新的燃燒室對流道進行了優(yōu)化，在保持相似溫度和效率的同時，降低了制造成本和NOx的排放；E.Amani等人[10]為研究燃燒室的空氣分配策略，將大量數(shù)據(jù)用于構(gòu)建響應(yīng)面，以分析空氣分配對七個燃燒器性能參數(shù)的影響。靈敏度分析表明，排放特性是對空氣分配設(shè)計最敏感的參數(shù)，并且測得最佳設(shè)計使總排放降低了78％，而燃燒效率，最高排氣溫度和均勻性也分別提高了6％，7％和5％，得出改善性能的主要原因是燃燒室內(nèi)火焰長度的減少以及形成多個CRZ(CornerRecirculationZone)渦流。M.M.Torkzadeh等人[11]首先提出了一種模擬真實燃燒器中燃燒流的有效模型，該模型適用于計算量較大的設(shè)計優(yōu)化過程。他們利用此模型研究了燃燒室中的非預(yù)混旋流穩(wěn)定火焰，并對燃燒器執(zhí)行基于燃燒效率、模式因子、污染物排放等多目標優(yōu)化，通過響應(yīng)面和敏感性分析得出漩渦數(shù)對目標的影響。MarcoBuffi等[12]在已有燃燒室基礎(chǔ)上改造了一款燃用生物質(zhì)油的20kW級微型燃燒室，該新型燃燒室同樣能使用石化柴油和乙醇等作為燃料。由于生物質(zhì)油燃燒能力較差，因此在頭部加設(shè)了值班火焰，并且對新型燃燒室的容積進行了適當?shù)臄U大以延長燃油在燃燒室內(nèi)的停留時間。同時將原有的切孔式旋流器換用兩排直葉片式旋流器，每排8個葉片，改善了空氣與燃料的混合特性。為避免頭部高溫區(qū)造成燒蝕，在噴口與旋流葉片之間開設(shè)了10個冷卻小孔。使用改造后的燃燒室進行滿負荷熱態(tài)實驗測得NOx、CO排放量分別為45mg/m3和800-1000mg/m3。以上介紹的多是微型燃燒室作為微型燃氣輪機核心部件在發(fā)電領(lǐng)域中?

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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[5]柴油燃料替代混合物低溫燃燒機理數(shù)值模擬與試驗研究[D]. 雒婧.天津大學(xué) 2012
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碩士論文
[1]15kWth微型燃氣輪機加壓燃燒室燃燒性能研究[D]. 齊寶恒.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
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本文編號：3049112