旋流貧油噴射駐渦燃燒室的數(shù)值研究.pdf

1、旋流貧油噴射 TVC(Trapped Vortex Combustor)作為融合了LDI(Lean Direct Injection)、RQL(Rich-burn，Quick-quench，Lean-burn)等部分技術(shù)特點(diǎn)的新型駐渦燃燒室，目前對(duì)其認(rèn)識(shí)還較欠缺。為了揭示旋流、回流、燃燒相互作用下燃燒室內(nèi)燃燒流動(dòng)現(xiàn)象及其演變規(guī)律，同時(shí)深化認(rèn)識(shí)燃燒湍流流動(dòng)機(jī)理和尋求高效燃燒室性能和低污染排放的結(jié)構(gòu)優(yōu)化匹配規(guī)律，本文用數(shù)值模擬方法研究了燃燒

2、室冷態(tài)和熱態(tài)下的三維無旋和有旋流動(dòng)，結(jié)果表明，燃燒室主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和氣動(dòng)參數(shù)對(duì)燃燒室性能和NOx排放有不同程度地影響，總體上總壓損失受影響有限，單旋流模式中不同氣動(dòng)條件下均獲得了良好的排放性能，旋流和燃燒顯著影響湍流流場(chǎng)特性，主要結(jié)論有：
　?。?）非全封閉式導(dǎo)向葉片更好，其I型匹配：La/Bc=0.47（La為導(dǎo)向葉片凹腔內(nèi)長(zhǎng)度，Bc為凹腔深度）；旋流通道結(jié)構(gòu)優(yōu)化匹配：Zs/Lc=0.47(Zs為旋流通道軸向長(zhǎng)度，Lc為燃燒室總長(zhǎng)

3、)，阻塞比BR=0.6，旋流出口結(jié)構(gòu)采用預(yù)混方案更好，單旋流模式下優(yōu)化匹配：內(nèi)外徑比 Ri/Ro=0.888，受限比 LR=14.98。只有Ro適中時(shí)，增大 Ri/Ro才會(huì)使排放指數(shù)型增加；并排雙旋流模式下增大 Ri/Ro會(huì)改善燃燒效率和排放性能，優(yōu)化匹配：Ri/Ro=0.72，LR=14.98，旋流器間距Ds滿足Ds/W=0.5時(shí)（W為燃燒室寬度），排放最少，同旋結(jié)構(gòu)綜合性能更好；在受限比LR一定時(shí)，雙旋流模式中降低Ri/Ro更有利于

4、改善燃燒室總體性能和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，單旋流模式則剛好與之相反，單旋流模式更有低排放優(yōu)勢(shì)。
　　（2）冷態(tài)：旋流主要影響回流區(qū)總體強(qiáng)度，旋流間相互作用主要影響回流區(qū)形態(tài)，旋流極大拓展了強(qiáng)烈湍流脈動(dòng)區(qū)域的范圍，極大削弱雙渦結(jié)構(gòu)，適中的旋流更利于維持雙渦結(jié)構(gòu)；熱態(tài)：旋流對(duì)回流區(qū)位置形態(tài)的影響不如冷態(tài)的大，旋流主要影響回流區(qū)總體強(qiáng)度和鈍體效應(yīng)回流區(qū)，旋流對(duì)回流區(qū)總體強(qiáng)度的影響比冷態(tài)更強(qiáng)烈，單旋大大增強(qiáng)凹腔湍流脈動(dòng)，但雙旋反而使其受到抑制，旋流主

5、要影響旋流通道下游溫度分布；燃燒顯著改變凹腔回流區(qū)和旋流回流區(qū)形態(tài)，使回流區(qū)總體尺度與強(qiáng)度均減弱，增強(qiáng)了旋流回流區(qū)強(qiáng)度，但縮小了其尺度，還使凹腔回流區(qū)尺度和強(qiáng)度均明顯減小，燃燒改善了雙渦結(jié)構(gòu)，使氣流旋動(dòng)比湍流脈動(dòng)具有更強(qiáng)的軸向衰減特性，主要影響火焰筒下游流場(chǎng)，未對(duì)凹腔混合流動(dòng)的旋轉(zhuǎn)特征造成強(qiáng)烈影響。
　　（3）增加直流當(dāng)量比不利于燃燒效率和排放性能；增加直流溫度不利于出口溫度分布、渦系結(jié)構(gòu)、減少排放；增加直流速度明顯降低燃燒效率和

6、總壓恢復(fù)系數(shù)，但會(huì)減少排放；適當(dāng)增加旋流當(dāng)量比會(huì)改善出口溫度分布，但會(huì)增加排放；增加旋流溫度主要加熱旋流回流區(qū)，并使中心軸線溫度梯度劇增，過高旋流溫度不利于燃燒效率和減少排放；總體上適當(dāng)提高旋流速度有利于改善燃燒室性能，減少排放；強(qiáng)旋流時(shí)增大旋流數(shù)使雙渦結(jié)構(gòu)受到干擾卻未被完全破壞，繼續(xù)增大旋流數(shù)至超強(qiáng)旋狀態(tài)，則雙渦結(jié)構(gòu)被完全破壞，強(qiáng)旋流下增大旋流數(shù)主要增強(qiáng)旋流回流區(qū)及其附近流場(chǎng)的燃燒強(qiáng)度，在非常強(qiáng)旋時(shí)增大旋流數(shù)才使燃燒效率明顯降低，旋流