氣路蒸汽回注雙燃料噴嘴設(shè)計(jì)及其性能研究.pdf

1、化學(xué)回?zé)嵫h(huán)作為一種先進(jìn)循環(huán)，具有能源利用率高、污染物排放低的優(yōu)點(diǎn)?；瘜W(xué)回?zé)嵫h(huán)的工作特點(diǎn)決定其燃燒室需要具備氣液雙燃料燃燒以及注蒸汽燃燒的功能，這就要求燃燒室噴嘴能夠進(jìn)行燃油噴射、蒸汽回注、雙燃料噴射和重整氣噴射。因此，深入開(kāi)展燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴方面的技術(shù)研究，對(duì)化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有重要的實(shí)用價(jià)值。
　　蒸汽由噴嘴氣路回注到燃燒室，在燃油和空氣間形成屏蔽層，阻隔燃油與空氣間的摻混燃燒，易導(dǎo)致燃燒室熄火現(xiàn)象的

2、發(fā)生；高水碳比條件下，重整氣屬于低熱值氣體，流量大，流速快，流場(chǎng)難以組織，易出現(xiàn)燃料與空氣間摻混效果惡化、火焰拉長(zhǎng)、燃燒效率低、出口溫度場(chǎng)均勻性惡化、噴嘴頭部過(guò)熱等問(wèn)題。以上的現(xiàn)象和問(wèn)題均亟需研究和解決。為此，在滿足噴嘴原位換裝的要求下，本文開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的研究工作：
　?。?）采用數(shù)值計(jì)算的方法得到了原型燃油燃燒室設(shè)計(jì)工況下燃燒流場(chǎng)的相關(guān)特性參數(shù)，分析了流場(chǎng)的組織方法?；诨瘜W(xué)回?zé)嵫h(huán)燃燒室對(duì)燃油流量和霧化性能的要求，雙燃料

3、噴嘴的油路選用了雙路雙噴口離心式噴嘴，并采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法對(duì)該油路的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了計(jì)算。噴嘴性能滿足燃燒室設(shè)計(jì)要求。
　　（2）研究了重整氣噴射方案對(duì)燃燒室燃燒流場(chǎng)的影響。首先，針對(duì)用于實(shí)驗(yàn)臺(tái)工況的原型軸向旋流孔式雙燃料噴嘴，在原型燃油燃燒室設(shè)計(jì)工況下，數(shù)值研究了重整氣燃燒室的性能及其流場(chǎng)特性，發(fā)現(xiàn)重整氣的流動(dòng)會(huì)影響燃燒室頭部回流區(qū)結(jié)構(gòu)。其次，針對(duì)氣體燃料的軸向和徑向噴射方案，分析了軸向噴射方案中重整氣旋流數(shù)、出口方式、噴嘴安裝位置和

4、徑向噴射方案中重整氣噴射角度、噴射速度、噴嘴安裝位置對(duì)燃燒流場(chǎng)主要參數(shù)的影響，為雙燃料噴嘴的設(shè)計(jì)提供基本方法。
　?。?）提出了重整氣燃燒流場(chǎng)多級(jí)流線控制方案。依照此方案，在油路結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，采用上述基本方法對(duì)噴嘴氣路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。采用氣路三級(jí)噴射方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)重整氣燃燒流場(chǎng)的多級(jí)流線控制，解決了燃燒效率低、出口溫度場(chǎng)均勻性惡化的問(wèn)題，降低了噴嘴頭部溫度。
　?。?）通過(guò)正交數(shù)值試驗(yàn)方法對(duì)多級(jí)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，得到了原型燃

5、油燃燒室設(shè)計(jì)工況下噴嘴的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。同時(shí)基于對(duì)重整氣流量影響的研究結(jié)果，設(shè)計(jì)了一種新型的多級(jí)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，克服了噴嘴原位換裝的難題。
　?。?）采用數(shù)值計(jì)算方法研究了蒸汽回注量對(duì)于燃燒室燃燒流場(chǎng)的影響，深入分析了蒸汽回注導(dǎo)致燃燒室熄火的原因，給出了不同工況下燃燒室蒸汽回注熄火極限邊界。結(jié)果表明，相對(duì)于改型軸向旋流孔式雙燃料噴嘴，在原型燃油燃燒室設(shè)計(jì)工況下，采用多級(jí)雙燃料噴嘴可將燃燒室的蒸汽回注熄火極限邊界拓寬38.3％；蒸