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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 被引量:2
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作者 杨亚晶 刘志鹏 魏衍举 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期12-20,共9页
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... 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。 展开更多
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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旋流喷射器流动与燃烧特性研究 被引量:4
2
作者 邓洋波 于丰瑞 +1 位作者 姜曦 宋德彦 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1341-1349,共9页
为了给低旋流喷射器(LSI)推广应用提供理论依据,自行设计具有两种旋流叶片角LSI。应用数值模拟方法确定不同LSI旋流数,旋流数范围为0.417-0.881。利用粒子成像测速(PIV)测试系统,对流通气流LSI在方形通道内展向平面和铅垂截面二维... 为了给低旋流喷射器(LSI)推广应用提供理论依据,自行设计具有两种旋流叶片角LSI。应用数值模拟方法确定不同LSI旋流数,旋流数范围为0.417-0.881。利用粒子成像测速(PIV)测试系统,对流通气流LSI在方形通道内展向平面和铅垂截面二维速度分布进行测试。对开放空间内低旋流喷嘴,流通甲烷气体和空气预混合燃烧特性进行实验研究。研究结果表明:当叶片角θ=37°,旋流数S≤0.576时,旋流诱导中心区域和周围空气旋转,形成具有中心区域和周围空气低速区域、中心低速区域分布特点的扩散流动。当叶片角θ=37°,甲烷和空气当量比φ=0.7,S≤0.576时,流通LSI气流产生与展向截面流场分布相似的中部凸起呈"W"型脱体蓝色火焰。随着旋流数S增加,在0.576≤S≤0.588范围内,火焰与喷口间的距离缩短,火焰转变为"扫帚"型火焰。当S=0.623时,形成高旋流贴体火焰。增大旋流叶片角,流场的扩张角增加,环形旋流区和中心直流区轴向速度沿中心轴衰减更快。 展开更多
关键词 旋流喷嘴 PIV测试 旋流数 预混合燃烧 燃烧室
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新型双旋流燃烧室热声振荡的实验研究 被引量:4
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作者 何祖强 王平 +3 位作者 Meenatchidevi Murugesan Antonio Ferrante 李伟超 姜霖松 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期44-52,共9页
对一新型双旋流燃烧室开展了实验测量,研究了燃烧状态参数2种变化过程对火焰热声振荡特性的影响(过程1:保持甲烷体积流量不变,当量比从0.900逐步减小至0.725再逐步增大至0.925;过程2:保持当量比为0.850不变,逐步增大预混气的体积流量)... 对一新型双旋流燃烧室开展了实验测量,研究了燃烧状态参数2种变化过程对火焰热声振荡特性的影响(过程1:保持甲烷体积流量不变,当量比从0.900逐步减小至0.725再逐步增大至0.925;过程2:保持当量比为0.850不变,逐步增大预混气的体积流量)。结果表明:在该燃烧室中存在M型和V型2种火焰结构;在过程1中,随着当量比减小,火焰由不稳定的M型转变为稳定的V型,其后,随着当量比增大,又逐渐转变为M型,存在明显的滞环现象;在过程2中,仅在初始流量下存在明显的热声振荡现象,随着流量增大,火焰变得稳定;基于压力脉动信号的功率谱特性分析和相空间重构分析,发现该双旋流燃烧室内热声振荡主频率分布于400.0和256.0 Hz左右。 展开更多
关键词 双旋流燃烧室 贫燃预混燃烧 热声振荡 火焰结构 相空间重构
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中心分级预混旋流火焰燃烧噪声的实验研究
4
作者 罗守博 张耀恒 +2 位作者 韩啸 王建臣 张弛 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期187-195,共9页
针对中心分级旋流燃烧器中预混甲烷火焰在常温常压下的燃烧噪声进行了实验研究,主要关注实验工况和限制域结构对燃烧噪声的影响。用声级计测量了燃烧噪声声压级,用带有CH滤镜的单反相机拍摄火焰的平均图像。实验结果表明,在主、预燃级... 针对中心分级旋流燃烧器中预混甲烷火焰在常温常压下的燃烧噪声进行了实验研究,主要关注实验工况和限制域结构对燃烧噪声的影响。用声级计测量了燃烧噪声声压级,用带有CH滤镜的单反相机拍摄火焰的平均图像。实验结果表明,在主、预燃级空气流量恒定时,总当量比与分层比对燃烧噪声产生了显著的影响,氢气掺入对燃烧噪声无明显影响;预燃级当量比对于燃烧噪声的产生起关键作用,预燃级当量比越接近1.00燃烧噪声越大;相同工况下,预燃级空气流量分配越多,产生的燃烧噪声越大。改变火焰限制域的结构,使用锥形火焰筒可以减少燃烧噪声的产生。本研究还结合带有CH滤镜的摄像机拍摄的火焰图像,初步分析了燃烧噪声与火焰宏观结构之间的对应关系。 展开更多
关键词 航空发动机 中心分级 旋流火焰 燃烧噪声 火焰宏观结构 预混甲烷火焰 贫预混燃烧
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预混旋流火焰热声不稳定性的成像诊断研究 被引量:4
5
作者 杨瑶 王高峰 +1 位作者 胡科琪 夏一帆 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期2305-2313,共9页
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... 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. 展开更多
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CNN-LSTM深度学习的燃烧不稳定性检测方法研究 被引量:3
6
作者 闾曾怡 王高峰 +1 位作者 杨瑶 张非非 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期119-125,共7页
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... 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. 展开更多
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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Flow characterization and dilution effects of N_2 and CO_2 on premixed CH_4/air flames in a swirl-stabilized combustor 被引量:1
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作者 韩乐 蔡国飙 +2 位作者 王海兴 Renou Bruno Boukhalfa Abdelkrim 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第3期382-395,共14页
Numerically-aided experimental studies are conducted on a swirl-stabilized combustor to investigate the dilution effects on flame stability, flame structure, and pollutant emissions of premixed CH4/air flames. Our goa... Numerically-aided experimental studies are conducted on a swirl-stabilized combustor to investigate the dilution effects on flame stability, flame structure, and pollutant emissions of premixed CH4/air flames. Our goal is to provide a systematic assessment on combustion characteristics in diluted regimes for its application to environmentally-friendly approaches such as biogas combustion and exhanst-gas recirculation technology. Two main diluting species, N2 and CO2, are tested at various dilution rates. The results obtained by means of optical diagnostics show that five main flame regimes can be observed for Nz-diluted flames by changing excess air and dilution rate. CO2-diluted flames follow the same pattern evolution except that all the domains are shifted to lower excess air. Both N2 and CO2 dilution affect the lean blow- out (LBO) limits negatively. This behavior can be counter-balanced by reactant preheating which is able to broaden the flammability domain of the diluted flames. Flame reactivity is degraded by increasing dilution rate. Meanwhile, flames are thickened in the presence of both diluting species. NOx emissions are significantly reduced with dilution and proved to be relevant to flame stability diagrams: slight augmentation in NOx emission profiles is related to transitional flame states where instability occurs. Although dilution results in increase in CO emissions at certain levels, optimal dilution rates can still be proposed to achieve an ideal compromise. 展开更多
关键词 dilution effect premixed combustion swirl flow optical diagnostics
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受限空间强旋射流扩散火焰的数值模拟
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作者 桂巧昳 《航空发动机》 2007年第1期30-33,共4页
通过求解包括辐射换热项的二维轴对称法富尔平均的NS方程,采用涡耗散的燃烧模型,对公开实验数据的受限空间内强旋射流的无预混火焰进行了数值模拟,得到了流场的平均速度、主要标量的空间分布;通过和实验数据对比,分析了目前常见的湍流... 通过求解包括辐射换热项的二维轴对称法富尔平均的NS方程,采用涡耗散的燃烧模型,对公开实验数据的受限空间内强旋射流的无预混火焰进行了数值模拟,得到了流场的平均速度、主要标量的空间分布;通过和实验数据对比,分析了目前常见的湍流模型及数值求解技术在模拟复杂流场中的应用。 展开更多
关键词 强旋射流 无预混燃烧 数值模拟 法富尔平均
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旋流预混燃烧室燃烧特性研究 被引量:7
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作者 张志浩 刘潇 +3 位作者 赵铁铮 刘刚 吕光普 郑洪涛 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期171-177,共7页
以某型燃烧室为研究对象,采用RANS(Reynolds average navier-stokes)和LES(large eddy simulation)两种方法进行数值模拟,并对两种数值方法的模拟结果进行了对比分析。研究结果表明,RANS的计算结果能够反应燃烧场中的主要流场特征,具有... 以某型燃烧室为研究对象,采用RANS(Reynolds average navier-stokes)和LES(large eddy simulation)两种方法进行数值模拟,并对两种数值方法的模拟结果进行了对比分析。研究结果表明,RANS的计算结果能够反应燃烧场中的主要流场特征,具有一定的工程意义。LES能够复现弱轴向流动区等具体的流场细节,对剪切层位置和强度模拟较准确,还能模拟火焰动态发展过程,捕捉燃烧流场动态特性。与RANS相比,在燃烧流场数值仿真方面,LES占据更明显的优势。经计算,该工况下进动涡核由三个相对独立的螺旋涡分支组成,在燃烧室激起周期性速度脉动和压力脉动,LES捕捉到进动涡核主频率为156 Hz。 展开更多
关键词 旋流预混燃烧室 部分预混燃烧 大涡模拟 进动涡核
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功率对空气分级NH_(3)、NH_(3)/CH_(4)火焰排放的影响
10
作者 咸国礼 孔雨晗 +2 位作者 姜磊 胡宏斌 张永生 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1634-1642,共9页
NH_(3)作为氢能载体,可实现氢能远距离输运。针对NH_(3)燃烧的反应性低、稳定性差、高燃料型NO_(x)排放问题,设计旋流燃烧器和空气分级燃烧室,实验研究功率为5~23 k W的NH_(3)、NH_(3)/CH_(4)扩散火焰NO_(x)排放特性。并采用化学反应器... NH_(3)作为氢能载体,可实现氢能远距离输运。针对NH_(3)燃烧的反应性低、稳定性差、高燃料型NO_(x)排放问题,设计旋流燃烧器和空气分级燃烧室,实验研究功率为5~23 k W的NH_(3)、NH_(3)/CH_(4)扩散火焰NO_(x)排放特性。并采用化学反应器网络(CRN)进行化学动力学模拟,分析排放变化的原因。结果表明:5 kW、Ф_(pri)=1.05的条件下,NH_(3)火焰NO_(x)测量排放最低为114.4×10^(-6)@15%O_(2);随着功率升高,NO_(x)排放增加,且导致燃烧不充分、火焰延长,此时最佳Ф_(pri)提前、燃烧范围减少、NO_(x)进一步增加;本文的CRN更适合模拟预混燃烧的NO_(x)排放,而不是扩散燃烧;功率升高不会改变反应路径,但生成NO的基元反应速率的升高幅度略大于消耗NO的基元反应速率,从而导致NO排放升高. 展开更多
关键词 NH_(3)、NH_(3)/CH_(4)火焰 NO_(x)排放 旋流扩散燃烧 空气分级 CRN模拟
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CH4/空气预混稀燃临吹熄火焰结构研究 被引量:3
11
作者 张玮杰 王金华 +4 位作者 郭实龙 常敏 聂要辉 金武 黄佐华 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期389-394,共6页
预混稀燃是最具有前景代替传统扩散燃烧的清洁燃烧方式之一.然而,高速流动的预混稀燃中常出现低当量比下火焰吹熄的情况.吹熄给燃烧过程带来了极大的不稳定性.旋流和钝体是实际燃烧中常用的稳焰方式.吹熄的机理研究大多基于钝体或旋流... 预混稀燃是最具有前景代替传统扩散燃烧的清洁燃烧方式之一.然而,高速流动的预混稀燃中常出现低当量比下火焰吹熄的情况.吹熄给燃烧过程带来了极大的不稳定性.旋流和钝体是实际燃烧中常用的稳焰方式.吹熄的机理研究大多基于钝体或旋流火焰进行,但同时加入两者稳焰时的吹熄研究尚且不足.本研究基于OH-PLIF技术,在旋流加钝体稳焰下,针对CH4/空气预混稀燃临熄火条件下的火焰面结构进行了测量和表征.研究表明,临熄火过程中火焰根部抬升逐渐增加,火焰面密度减小,火焰趋向于向回流区聚集.结果表明,火焰根部局部熄火对吹熄过程可能有重要影响,同时验证了未燃气回流促进吹熄的结论. 展开更多
关键词 旋流钝体燃烧器 预混稀燃 OH-PLIF 临吹熄火焰结构 根部抬升 火焰面密度
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三级旋流燃烧室流动和点火过程中火焰传播特性 被引量:1
12
作者 任勇智 李建中 +2 位作者 金武 胡阁 袁丽 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2045-2053,共9页
为了研究三级旋流燃烧室的流动以及预燃级非预混燃烧特性,设计了三级旋流燃烧室试验结构方案与光学非接触测量方案,研究了总压损失与当量比对三级旋流燃烧室流动特性及火焰结构的作用和点火过程中火焰特征结构与特征时间的影响规律。研... 为了研究三级旋流燃烧室的流动以及预燃级非预混燃烧特性,设计了三级旋流燃烧室试验结构方案与光学非接触测量方案,研究了总压损失与当量比对三级旋流燃烧室流动特性及火焰结构的作用和点火过程中火焰特征结构与特征时间的影响规律。研究结果表明:总压损失对燃烧室内热态流场结构无影响,其主要改变具体的速度值大小;在头部高速射流区存在内、外剪切层,随着流动向下游发展,高速气流紧贴壁面流动;火焰结构随着当量比变化存在"V"型火焰、过渡火焰以及包络火焰三种形态,过渡当量比在0.6左右;热态回流区扩张段扩张角度随总压损失的增大而增大,随着当量比增大先减小后增大;点火过程中存在大尺度火焰的熄灭与复燃,复燃火焰从回流涡附近以三维螺旋方式回传;随总压损失的增大,火核生成时间延长,火焰传播时间缩短,熄火复燃时间缩短;随当量比增大,火核生成时间延长,火焰传播时间先延长后缩短,熄火复燃时间缩短。 展开更多
关键词 三级旋流燃烧室 非预混燃烧 流动特性 点火过程 火焰传播
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