燃烧室实验件设计与数值模拟.pdf

1、燃烧室的结构设计及性能改进离不开相关试验的研究和验证。本文设计了一套燃烧室实验件。该实验件不仅能够用来对喷嘴、旋流器等部件进行冷态流场的测量,而且能够进行燃料燃烧的可视化研究,对燃烧室结构设计与部件性能的优化具有重要意义。
　　本文应用Pro/E软件对实验件进行建模。实验件参照压力容器设计标准进行设计,并进行光学观测窗口的布置,增加机械调节装置来拓宽流场观测范围,有效地实现对燃烧、雾化等复杂现象的可视化研究。内部筒体设计采用了在雾

2、化段富燃预混和贫燃预混两种方案。富燃方案对比分析多组结构,并采用正庚烷和煤油进行研究,贫燃方案采用煤油作为燃料,改进了火焰筒头部旋流器的设计形式。数值计算采用可实现的kε湍流模型、EBU-Arrhenius燃烧模型来模拟内部的燃烧流场,采用迎风格式对控制方程进行离散化处理,并使用SIMPLE算法求解离散方程。
　　数值研究表明,采用雾化段富燃、燃烧段大速差同向射流方案,并在火焰筒头部安装环直环进气时,温度场和反应区的分布能够达到最

3、优。加大直环进气量,并使进气与富燃预混气体快速掺混,就能有效缩短反应区长度,防止壁面烧蚀。富燃方案中预混气流通道内气流速度较慢,存在回火危险。正庚烷与煤油热值接近,在简化的一步反应机理下温度场、反应区分布相似,可采用正庚烷燃料来预先模拟煤油的燃烧流场,但两种燃料的其他物理性质差异较大,应采用煤油进行富有针对性的雾化和蒸发研究。
　　采用贫燃方案时,气流流速加快会使燃料停留时间缩短,避免回火的发生,但需采用相应的火焰稳定方案来有效组