燃燒室實(shí)驗(yàn)件設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬.pdf

1、燃燒室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能改進(jìn)離不開相關(guān)試驗(yàn)的研究和驗(yàn)證。本文設(shè)計(jì)了一套燃燒室實(shí)驗(yàn)件。該實(shí)驗(yàn)件不僅能夠用來對(duì)噴嘴、旋流器等部件進(jìn)行冷態(tài)流場(chǎng)的測(cè)量,而且能夠進(jìn)行燃料燃燒的可視化研究,對(duì)燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與部件性能的優(yōu)化具有重要意義。
　　本文應(yīng)用Pro/E軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)件進(jìn)行建模。實(shí)驗(yàn)件參照壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),并進(jìn)行光學(xué)觀測(cè)窗口的布置,增加機(jī)械調(diào)節(jié)裝置來拓寬流場(chǎng)觀測(cè)范圍,有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒、霧化等復(fù)雜現(xiàn)象的可視化研究。內(nèi)部筒體設(shè)計(jì)采用了在霧

2、化段富燃預(yù)混和貧燃預(yù)混兩種方案。富燃方案對(duì)比分析多組結(jié)構(gòu),并采用正庚烷和煤油進(jìn)行研究,貧燃方案采用煤油作為燃料,改進(jìn)了火焰筒頭部旋流器的設(shè)計(jì)形式。數(shù)值計(jì)算采用可實(shí)現(xiàn)的kε湍流模型、EBU-Arrhenius燃燒模型來模擬內(nèi)部的燃燒流場(chǎng),采用迎風(fēng)格式對(duì)控制方程進(jìn)行離散化處理,并使用SIMPLE算法求解離散方程。
　　數(shù)值研究表明,采用霧化段富燃、燃燒段大速差同向射流方案,并在火焰筒頭部安裝環(huán)直環(huán)進(jìn)氣時(shí),溫度場(chǎng)和反應(yīng)區(qū)的分布能夠達(dá)到最

3、優(yōu)。加大直環(huán)進(jìn)氣量,并使進(jìn)氣與富燃預(yù)混氣體快速摻混,就能有效縮短反應(yīng)區(qū)長度,防止壁面燒蝕。富燃方案中預(yù)混氣流通道內(nèi)氣流速度較慢,存在回火危險(xiǎn)。正庚烷與煤油熱值接近,在簡化的一步反應(yīng)機(jī)理下溫度場(chǎng)、反應(yīng)區(qū)分布相似,可采用正庚烷燃料來預(yù)先模擬煤油的燃燒流場(chǎng),但兩種燃料的其他物理性質(zhì)差異較大,應(yīng)采用煤油進(jìn)行富有針對(duì)性的霧化和蒸發(fā)研究。
　　采用貧燃方案時(shí),氣流流速加快會(huì)使燃料停留時(shí)間縮短,避免回火的發(fā)生,但需采用相應(yīng)的火焰穩(wěn)定方案來有效組