论文部分内容阅读
低旋流燃烧技术(LSC)是一种适用于燃气轮机的新型超低NOx排放的燃烧技术。其轴向速度迅速衰减,流场中某处气流速度与湍流火焰速度相等,在这一位置实现火焰稳定燃烧。低旋流喷射器(LSI)结构简单、适配性强,不需要对燃机系统进行重大改造,在保持效率、极限负荷比及成本的情况下可以满足更加严格的排放标准。首先,本文自行设计了低旋流喷射器,通过改变中心孔板的阻塞比控制中心流道的气流量,从而改变旋流器的旋流数。采用Fluent软件计算不同工况下中心流道与旋流通道的质量流量之比,进而对不同孔板配合旋流器所对应的旋流数进行计算。然后,利用粒子图像测速技术(PIV)对流速、叶片角、旋流数均不同的冷态流场进行实验研究。结果表明：(1)低旋流冷态流场具有自相似性,且与流速U0无关。高旋流与低旋流流动的临界旋流数S0,随着旋叶片角的增大而增加。(2)流场中轴线上轴向速度沿流动方向迅速衰减,喷口处轴向速度随着旋流数S增大而降低。低旋流流场中,轴线上无量纲湍动能受旋流数S的影响较小。(3)随着旋流数S的增加,旋流区湍动能明显增大。在旋流数相近时,随着叶片角的增加流场直流区湍动能k增大,而径向速度峰值、峰谷间距均减小。最后,设计并搭建适用于甲烷-空气燃烧的实验装置,控制当量比在0.7条件下进行燃烧实验,对不同叶片角、不同旋流数下的火焰形态进行研究。结果表明：(1)低旋流火焰受旋流数S的影响,随着旋流数的增加其形态由W形渐变为扫帚形。(2)旋流器叶片角相同时,随旋流数S的增加低旋流火焰长度减小,同时与喷口间的距离缩短。在旋流数S接近的情况下,改变旋流器叶片角,火焰形态有明显差异。