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)等部分技術特點的新型駐渦燃燒室，目前對其認識還較欠缺。為了揭示旋流、回流、燃燒相互作用下燃燒室內燃燒流動現(xiàn)象及其演變規(guī)律，同時深化認識燃燒湍流流動機理和尋求高效燃燒室性能和低污染排放的結構優(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，結果表明，燃燒室主要結構參數(shù)和氣動參數(shù)對燃燒室性能和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特性，主要結論有：
　?。?）非全封閉式導向葉片更好，其I型匹配：La/Bc=0.47（La為導向葉片凹腔內長度，Bc為凹腔深度）；旋流通道結構優(yōu)化匹配：Zs/Lc=0.47(Zs為旋流通道軸向長度，Lc為燃燒室總長

3、)，阻塞比BR=0.6，旋流出口結構采用預混方案更好，單旋流模式下優(yōu)化匹配：內外徑比 Ri/Ro=0.888，受限比 LR=14.98。只有Ro適中時，增大 Ri/Ro才會使排放指數(shù)型增加；并排雙旋流模式下增大 Ri/Ro會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（W為燃燒室寬度），排放最少，同旋結構綜合性能更好；在受限比LR一定時，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結構，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。
　?。?）冷態(tài)：旋流主要影響回流區(qū)總體強度，旋流間相互作用主要影響回流區(qū)形態(tài)，旋流極大拓展了強烈湍流脈動區(qū)域的范圍，極大削弱雙渦結構，適中的旋流更利于維持雙渦結構；熱態(tài)：旋流對回流區(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)總體強度和鈍體效應回流區(qū)，旋流對回流區(qū)總體強度的影響比冷態(tài)更強烈，單旋大大增強凹腔湍流脈動，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)總體尺度與強度均減弱，增強了旋流回流區(qū)強度，但縮小了其尺度，還使凹腔回流區(qū)尺度和強度均明顯減小，燃燒改善了雙渦結構，使氣流旋動比湍流脈動具有更強的軸向衰減特性，主要影響火焰筒下游流場，未對凹腔混合流動的旋轉特征造成強烈影響。
　?。?）增加直流當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、渦系結構、減少排放；增加直流速度明顯降低燃燒效率和

6、總壓恢復系數(shù)，但會減少排放；適當增加旋流當量比會改善出口溫度分布，但會增加排放；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；總體上適當提高旋流速度有利于改善燃燒室性能，減少排放；強旋流時增大旋流數(shù)使雙渦結構受到干擾卻未被完全破壞，繼續(xù)增大旋流數(shù)至超強旋狀態(tài)，則雙渦結構被完全破壞，強旋流下增大旋流數(shù)主要增強旋流回流區(qū)及其附近流場的燃燒強度，在非常強旋時增大旋流數(shù)才使燃燒效率明顯降低，旋流