等離子點火發(fā)生器多物理場的數(shù)值研究.pdf

1、等離子點火技術(shù)是一項新型燃氣輪機點火技術(shù),具有點火延遲時間短、點火能量高及活化助燃的優(yōu)點。由于燃燒室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)氣流的存在,會導致等離子點火器的射流長度不足,甚至不能穩(wěn)定地點燃油氣混合物。因此本文針對某型等離子點火發(fā)生器的流動特性進行了深入的研究,目的是改進點火器的射流剛性及強度,從而提高其惡劣環(huán)境中的點火性能。
　　本文首先理論計算了等離子點火發(fā)生器內(nèi)空氣的化學反應,研究了等離子體的活化助燃特性。再次基于Fluent二次開發(fā)計算了

2、點火發(fā)生器內(nèi)電磁場、流場及溫度場多場耦合特性,并對點火器的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計。最后基于等離子體與磁場及電場的可作用性,設計了屏蔽式磁透鏡和浸沒物鏡型電透鏡裝置,提高了點火器的點火性能。
　　本文計算化學反應時,假定高溫空氣反應均達到化學平衡狀態(tài),利用標準化學勢求解各反應平衡常數(shù),計算了10000K溫度下高溫空氣的平衡成分并分析了活化粒子的濃度。其次本文對Fluent軟件進行了多物理場耦合計算程序的開發(fā),研究了電磁場與流場、溫度場之

3、間的相互作用,采用了考慮低雷諾數(shù)的RNGk??雙方程湍流模型,方程中考慮了輻射、電子遷移功、焦耳熱及自感應洛倫茲力的影響,并對點火器的工作電流、進氣流量及結(jié)構(gòu)尺寸(噴嘴半徑、噴嘴長度、陰極內(nèi)縮量)進行了對比性研究,最終確定了最佳工作參數(shù),并優(yōu)化設計了電極結(jié)構(gòu)。本文還基于ANSYS電磁學模塊設計了具有磁屏蔽裝置的磁透鏡裝置,優(yōu)化設計了磁透鏡的工作參數(shù)。
　　結(jié)果表明:在點火器工作溫度范圍內(nèi),射流區(qū)域內(nèi)的高溫空氣發(fā)生了化學反應,產(chǎn)生的

4、氧原子成分對燃料的燃燒起到助燃作用。經(jīng)過對比,考慮低雷諾數(shù)的RNGk??雙方程模型可準確預測點火器內(nèi)及射流區(qū)域的流動特性。提高點火器的工作電流可明顯提高射流剛性與強度,但會增加電極燒蝕速度;增加進氣流量,可提高射流剛性降低電極溫度;陽極半徑的大小對射流速度的大小起決定性作用,陽極半徑越小,射流速度越大;增加陰極內(nèi)縮量可同時提高點火器射流的速度和溫度并明顯降低陰陽極之間電壓;減小陽極長度可提高點火器的溫度,但影響程度較小。當施加外部磁場時