RANS simulations on combustion and emission characteristics of a premixed NH3/H2 swirling flame with reduced chemical kinetic model

Ammonia (NH₃) is considered as a potential alternative carbon free fuel to reduce greenhouse gas emission to meet the increasingly stringent emission requirements. Co-burning NH₃ and H₂ is an effective way to overcome ammonia’s relative low burning velocity. In this work, 3D Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) numerical simulations are conducted on a premixed NH₃/H₂ swirling flame with reduced chemical kinetic mechanism. The effects of (A) overall equivalence ratio Φ and (B) hydrogen blended molar fraction X_H2 on combustion and emission characteristics are examined. The present results show that when 100%NH₃-0%H₂-air are burnt, the NO emission and unburned NH₃ of at the swirling combustor outlet has the opposite varying trends. With the increase of Φ, NO emission is found to be decreased, while the unburnt ammonia emission is increased. NH₂ → HNO, NH → HNO and HNO → NO sub-paths are found to play a critical role in NO formation. Normalized reaction rate of all these three sub-paths is shown to be decreased with increased Φ. Hydrogen addition is shown to significantly increase the laminar burning velocity of the mixed fuel. However, adding H₂ does not affect the critical equivalence ratio corresponding to the maximum burning velocity. The emission trend of NO and unburnt NH₃ with increased Φ is unchanged by blending H₂. NO emission with increased X_H2 is increased slightly less at a larger Φ than that at a smaller Φ. In addition, reaction rates of NH₂ → HNO and HNO → NO sub-paths are decreased with increased X_H2, when Φ is larger. Under all tested cases, blending H₂ with NH₃ reduces the unburned NH₃ emission, especially for rich combustion conditions. In summary, the present work provides research finding on supporting applying ammonia with hydrogen blended in low-emission gas turbine engines.     

超小型直升机动力学模型的建模、辨识与验证

为实现超小型直升机的自动控制飞行,需建立较为精确的动力学模型.考虑机体、主旋翼/稳定杆和尾桨间的耦合对飞行动态特性的影响,建立了AF25B型超小型直升机的连续线性时不变系统模型.设计并配置了机载设备,完成在遥控飞行状态下的飞行数据采集与存储.通过时域系统辨识方法,辨识了直升机在悬停状态下的模型参数,并对辨识结果进行验证和分析,表明所建模型能充分反映该型直升机悬停状态下的动态特性.     

冲击发散冷却流场结构PIV测量

为了研究冲击发散冷却结构的流场特性,设计了一典型冲击发散冷却结构,采用粒子图像测速仪(PIV)对其流场特性进行了研究.研究发现,在冲击板与发散孔板间,气流的流动状态很复杂,在各个方向上均形成大量的涡,且涡的形式和强度均随吹风比的变化而变化.在发散气膜侧,随着吹风比的增大,由发散孔流出的冷却气流会逐渐穿透主流,从而使得冷却气膜层愈来愈不稳定,脱离壁面;而在发散孔出口与主流方向垂直的位置会形成一对旋转方向相反的肾形涡,且涡的位置随吹风比的增大而移向主流区域.      

尾缘吹气稳定器缝宽对燃烧性能影响的试验

为了探讨尾缘射流出口缝宽对燃烧性能的影响,在来流λ_m-0.1,0.18,0.25和丁T_m-53,63,3 K状态条件下,分别对缝宽为1,2,4 mm的尾缘吹气式稳定器和V型稳定器的燃烧性能进行了试验研究,对比分析了它们的贫熄特性、温度分布和燃烧效率.燃烧试验结果表明缝宽对尾缘吹气式稳定器燃烧性能有明显影响.在本模拟条件下,缝宽较窄的稳定器贫熄边界较宽,缝宽为1 mm的尾缘吹气式稳定器贫熄边界最宽;从出口温度分布可以看出,缝宽小的尾缘吹气式稳定器高温区域较大;缝宽较小的稳定器燃烧效率较高,缝宽1 mm的稳定器燃烧效率最高.      

缓燃向爆震转捩过程中火焰和压力波发展规律试验

为了解缓燃向爆震转捩(DDT)过程,在60mm×60mm,长2m的方形爆震管内,利用高速摄影和高频压力传感器试验研究了4种余气系数下氢气/空气混合气燃烧时的火焰和压力波演变规律.结果表明:缓燃向爆震转捩经历了缓燃、爆燃、在壁面产生热点、形成爆震中心和稳定爆震5个阶段,缓燃、爆燃和爆震的火焰传播速度分别为0～15m/s,500～1000m/s和1800～2000m/s.压力传感器获得的时序图和对应峰值压力的变化规律也验证了上述过程:在压力传感器测试区间(850～1200mm)内,压力峰值从1.5MPa先跃升到7MPa上下,然后下降稳定在2～3MPa.据压力时序图算得的爆震波传播速度与高速摄影获得的火焰传播速度一致.      

羰基镍粉中铜、锰、钴含量的连续测试技术

建立了一种用AIR-C2H2火焰原子吸收光谱法连续测试镉镍电池羰基镍粉中铜、锰、钴含量,介绍了铜、锰、钴最佳测试条件,同时对样品硝化处理条件及在测试样品中的干扰因素进行了综合考虑。该方法具有很好的精密度和准确度,具有操作简便、时间快速、灵敏度高、重现性好、容易掌握等特点。铜、锰、钴含量的相对标准偏差均小于1.0%（n=6）。标准加入回收率均在97.0%-99.0%范围内。适用于镉镍电池羰基镍粉中含有较多共同被测离子铜、锰、钴的生产现场控制分析和样品系统分析。     

管道中不同形状悬置障碍物与火焰相互作用的实验观察

研究管道内火焰与障碍物相互作用过程对预防因燃烧失稳导致爆炸事故具有非常重要的意义.利用高速阴影照相系统对方形管道内火焰流经不同形状的障碍物时所产生的失稳加速及变形进行了实验测试.障碍物置于管道内前端的中央位置,其形状分别为圆柱,方柱以及三角形柱体,实验表明火焰阵面在临近障碍物时会产生变形,其形状与障碍物形状相关.另外,由于障碍物与管道壁面会形成不同形状的火焰通道,从而使火焰在通道内的加速程度不同,在障碍物后形成不同的阵面结构.火焰在绕过障碍物后,因受到未燃气产生的尾流低压旋涡影响而在障碍物后方中向管道中心线翻转.     

小型无人直升机稳定杆建模与姿态系统设计

x对某小型无人直升机的稳定杆单独进行了建模,并着重分析了稳定杆在整个飞行控制系统中所起的作用以及它对姿态系统的影响。针对稳定杆所引起的姿态系统动态响应的峰值和弱阻尼,采取在控制策略中加入陷波器的方法进行补偿。仿真结果表明：陷波器消除了稳定杆所引起的峰值,提高了姿态系统的动态阻尼,姿态系统的性能得到了明显的优化,最后实现了姿态系统的自行稳定和按设定值变化,为小型无人直升机的姿态系统设计提供了工程设计方法。     

小涡喷发动机排气温度传感器及温度信号放大器的研制

该温度传感器采用直径Ф１，５ｍｍ的碰地型铠装热电偶作测温元件，其金属外套管由高温合金ＧＨ３０制造。这种铠装热电偶短时工作上限为９００℃，长期工作上限为８００℃，时间常数小于０．３ｓ，能经受发动机振动和高温气动力的作用而可靠地工作。信号放大器采用差动输入式，可与碰地型的热电偶输出信号相配工作，放大器抗干扰能力强，结构紧凑，电气性能好。该系统经飞行试验证明，性能稳定，工作可靠。     

火箭发射燃气喷流缩比试验相似参数

文章在总结、分析国内外发射燃气喷流缩比试验相似参数的基础上,提出了模拟火箭发射初期燃气喷流缩比试验五个基本相似参数.利用发射燃气动力学理论较为系统地说明:满足这五个相似参数,缩比模型试验的燃气流场结构与原型试验的燃气流场结构保持线性几何相似关系,空间对应位置处流场参数一致,缩比发射设备承载与原型发射设备承载之间保持平方缩比关系.同时指出燃气喷流流场结构与燃气物性密切相关,燃气物性不同的喷流流场之间不存在严格意义的流场分布相似及动力学相似关系.