5kW微型燃烧室变工况燃烧性能研究

• 作 者: 张宁
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 微型燃烧室 燃烧机理 热态试验 数值模拟

近年来分布式能源系统迅速兴起,而微型燃气轮机则作为分布式能源系统的核心受到广泛关注,其应用领域覆盖极广,包含发电、船舶、化工、航空、汽车、天然气等诸多工业领域。本文是以微型燃气轮机形式的电动汽车新型热管理系统为背景,针对该系统中的5k W微型燃烧室通过数值模拟手段和试验方法开展课题研究。该燃烧室设计为常压燃烧室,鉴于其使用目的为汽车热管理系统,会在复杂且极端的环境下工作,所以本文的主要通过数值模拟探究在负荷变化、进气温度变化和进气压力变化的复杂工况下,燃烧室内部流场的变化规律,分析该燃烧室的出口温度、排放等参数,研究其变工况条件下的燃烧特性,并通过试验与模拟计算结果相互印证。本文先从方法学角度对数值模拟流程和边界条件进行了详细介绍,搭建了以5k W燃烧室集成件为核心的移动式试验台,对试验所用的仪器和软件进行了简介。完成了各项准备工作后,首先对柴油燃烧模拟的反应机理进行了研究,对比了简化机理和总包反应机理的计算结果,结合本文的研究需要,最终选用总包反应机理完成后续研究工作。在选定燃烧反应机理后,利用商用软件研究了负荷、温度和压力变化对燃烧室内部速度场、温度场以及出口参数的影响。变工况条件下,对于回流区的几何特征没有明显影响,回流区的长度维持在28-30mm,回流区的宽度稳定在23-25mm范围内。温度场以及出口参数变化规律相似,与负荷、温度和压力总体上呈现正相关的变化规律,NO随着负荷、温度和压力的增加分别以11%、22.6%和19%的平均增长率增加。最后通过试验对比验证数值模拟规律的合理性。负荷和进气温度的升高会使得出口CO含量减少,NO含量增加。压力降低会导致空气量减少,应适当补充空气量,使之在接近工况点运行。从定性角度来说,试验获得的数据变化规律与数值模拟结果一致。但污染物NO结果偏大于模拟结果,这可能是数值模拟忽略了雾化蒸发过程导致的。