燃气轮机燃烧室中的管路设计

燃气轮机燃烧室中的管路主要用于供油、引气和测试等,其重要性往往易被忽视,而成为故障易发部位。为了提高燃气轮机燃烧室管路部件的可靠性,从实际应用出发,分析总结了燃烧室的管路设计中需要考虑的管路材料、直径以及壁厚的选择,形状的确定,相配件的热膨胀协调、卡箍与支架的设计,振频及动应力计算与测试,焊接方式的选择与工艺控制,后期校形控制等主要因素。通过对以上各设计细节的控制,可以从根本上解决管路易出现的各种问题,降低燃烧室管路故障发生的概率。     

燃烧室空气流量分配试验方法模拟分析与优化

为了明确当前燃烧室流量分配试验采用的堵孔法的合理性,按照某单管燃烧室流量分配试验的实际流程进行数值模拟,分析了试验本身存在的方法误差和根源,据此提出了采用堵孔法和单侧积累式堵孔法相结合的优化试验方法,并进行了数值模拟验证。结果表明:采用堵孔法进行流量分配的测定存在一定的方法误差,该方法对火焰筒头部的测定影响较小,而对主燃孔、掺混孔和气膜冷却孔的测定影响相对较大,主要原因在于未同时考虑被测孔排及其下游孔排的过流条件;采用堵孔法和单侧积累式堵孔法相结合的方式进行流量分配测量,能够大幅度降火焰筒上主燃孔、掺混孔和气膜冷却孔的测量误差,降低幅度分别达到约6%、12%和9%,效果明显;试验方法优化前后,火焰筒上各孔排进出口截面的静压差的改变是试验方法误差一直存在的根本原因,但方法优化后这个压差的变化量及对测量结果的影响较优化前都更小。      

基于化学反应器网络模型法的预混气组分对NOx反应路径影响研究

摘 要：为探究预混气组分对不同反应路径下NOx生成影响,针对高压射流反应器,基于CFD流场特征等,构建优化了单PSR、2PSR、3PSR以及PSR+PFR四种化学反应器网络模型。在贫预混燃烧条件下,研究了纯CH4及其混合气燃烧时不同反应路径下NOx的生成情况,得出了燃烧室内不同反应区域每条反应路径NOx的生成量。结果表明,纯CH4燃烧产生的NOx主要来自于热力型、快速型和N2O-中间体型三条反应路径。绝热火焰温度的提高主要促进了热力型和N2O-中间体型NOx的生成。随着CH4或CO中加入H2摩尔分数的增加,NOx排放总量降低,快速型NOx生成速率降低,特别是火焰刷区域的。另外,混合气中CO摩尔分数的增加会导致NOx生成量增多。     

环形回流燃烧室两相反应流场的数值研究

本文在任意曲线坐标系下,采用区域数据即时传递法,对包括冷却通道在内的整个环形回流燃烧室的三维两相反应流进行了数值模拟。气相采用Euler方法处理,并采用标准k-ε双方程紊流模型,EBU-Arrhenius紊流燃烧模型,六通量热辐射模型,液相采用Lagrange法处理。在非交错网格体系下,气相用SIMPLE法求解,液相采用颗粒群轨道模型,并用PSIC算法对其进行数值求解。      

航空发动机燃烧室燃烧过程与排放物生成的反应动力学数值模拟

选用正癸烷作为航空煤油的替代燃料,建立了正癸烷的化学反应详细机理与简化机理(包括50种组分,118个基元反应).分别采用详细机理与简化机理对正癸烷在激波管中的着火延迟时间、在预混燃烧炉内的燃烧过程进行了数值计算,并与实验结果进行了对比分析.同时,耦合该简化机理与CFD计算软件Fluent,对某型航空发动机环管形燃烧室中单个火焰筒内流动特性与燃烧过程、排放物及活性中间组分生成的反应动力学特性进行了详细分析,并与采用C₁₂H₂₃为燃料的单步反应机理的计算结果进行了对比分析.结果表明:采用简化机理计算得到的着火延迟时间、反应物与各主要生成物摩尔分数的整体变化趋势与实验数据吻合较好;与采用C₁₂H₂₃为燃料的单步反应机理相比,采用正癸烷为替代燃料的简化反应机理计算得到的温度场分布更符合实际,其出口平均温度亦更为接近燃烧室出口设计温度;同时,能更为详细了解燃料低温裂解过程及裂解产物、中间产物及主要排放物的生成规律.      

回流环形燃烧室出口温度场的试验

以某涡轮风扇发动机回流环形燃烧室为研究对象,采用试验的方法,研究了不同工况下该燃烧室出口温度分布特性.部件试验结果得到了出口温度沿周向分布和径向分布特性,重点详细分析了温度沿涡轮导叶叶高的分布特性,并在此基础上提出了局部扇形区域径向温度沿叶高的分布特性这一概念来考核燃烧室出口温度品质,为燃烧室出口温度分布的评估和改进优化提供了有益的参考价值.      

燃烧室宽度对煤油旋转爆震波传播模态的影响—“爆震专刊”

为研究基于煤油的旋转爆震波的传播特性,以煤油和含氧量40%的富氧空气作为燃料和氧化剂,基于燃烧室外径均为100 mm的无内柱燃烧室和燃烧室宽度分别为32 mm、26 mm和20 mm的环形燃烧室开展了对比实验。不同氧化剂流量下,共观察到四种燃烧波模态,分别为爆燃模态、准稳定爆震模态、双波对撞模态和稳定旋转爆震模态。无内柱燃烧室中,氧化剂流量较低时无法维持旋转爆震波的稳定传播,出现爆燃模态和准稳定爆震模态;当氧化剂流量超过120 g/s时,可以得到旋转爆震模态,旋转爆震波峰值压力超过0.7 MPa,平均传播速度为1750 m/s。对于环形燃烧室,旋转爆震波的传播速度仅为1245~1465 m/s,明显低于无内柱燃烧室中的传播速度。随环形燃烧室宽度减小,对应旋转爆震波模态的工况范围更窄,传播速度更慢。在本研究对应的工况范围内,增大燃烧室宽度,更有利于基于煤油的旋转爆震波的稳定传播。     

反压对隔离段激波串结构的影响

采用不同的无黏通量格式与湍流模型组合对轴对称圆截面隔离段进行了数值计算,选取与试验结果最匹配的组合研究隔离段在反压作用下的流场结构及参数特性.对不同反压下的独立隔离段模型和隔离段燃烧室模型进行了三维模拟,分析了隔离段反压比对其流场结构、出口参数及其中激波串形态的影响.针对该轴对称隔离段提出了其可承受的极限反压.比较了冷态均匀反压与燃烧诱导反压下的隔离段流场.结果表明:无黏通量格式与湍流模型的选择影响着激波串的形态和长度,对于隔离段数值模拟十分关键;隔离段出口参数受反压影响,出口处在激波串区域时,附近截面上静压分布的不均匀性较大,出口处在混合区时压力分布则相对更均匀,激波串发展程度影响隔离段出口压力均匀性;对于该圆截面隔离段及燃烧室,直接给定均匀的平面冷态反压所产生的激波串与燃烧反压下的激波串在结构形态和起始位置上未见明显差异.      

超燃冲压发动机控制方法

针对超燃冲压发动机地面试验和飞行试验的需求,本文论述了超燃冲压发动机控制的基本问题。在对这些基本问题认识的基础上,初步给出了超燃冲压发动机控制系统的基本框架,探索了控制任务的解决方案。主要包括推力控制、燃烧模态控制、进气道控制、调节/保护多回路切换控制和发动机/飞行器一体化协调控制。最后对超燃冲压发动机控制未来发展进行了展望。     

喷注方案对圆形超燃冲压发动机性能的影响研究

在飞行马赫数Ma=6,总当量比为1.0条件下,采用三维数值模拟研究了不同喷注位置煤油当量比分布对双凹腔圆形发动机推力性能和壁面热流的影响。喷注位置包括支板壁面喷注K1,隔离段出口壁面喷注K2,第一凹腔尾缘壁面喷注K3以及第一扩张段壁面喷注K4。结果表明,K1注油当量比大小直接影响燃烧室内的燃烧模态和流道中心燃烧。为了保证发动机推力性能,K1注油须达到一定量,促使流道燃烧处于亚燃模态,且流道内具有较强的中心燃烧。为优化发动机壁面热流环境,剩余燃料需要在K2,K3和K4分散注入。K2和K3注油当量比大小同时影响第一凹腔燃烧性能,其中K2注油当量比降低,推力性能下降,但壁面热流性能提高,而适当增加K3喷注煤油,有利于提高推力性能。增加K4注油,第二凹腔及其之后流道区域燃烧增强,发动机推力性能和热流性能均提高。通过分析各注油位不同当量比分布对发动机力热性能的影响规律,最终获得了力热性能较优的注油当量比分配方案,此时K1～K4注油当量比大小依次为0.6,0.1,0.1,0.2。