摘要：燃烧振荡是贫油预混火焰中广泛存在的非定常过程,是燃烧室设计中必须避免的。其中,脱体火焰对降低氮氧化物排放有优势,但其燃烧振荡往往更加严重。本文在中心分级燃烧器中,通过实验方法研究了斜坡限制域对脱体火焰燃烧振荡的被动控制效果。本文通过单反相机和高速摄像获取了火焰平均结构和瞬态图像,并通过相平均图像和本征正交分解研究了火焰动态演变过程。结果表明,当台阶高度为0 mm时,不同斜坡张角的斜坡限制域均能对燃烧振荡起到非常显著的抑制效果。而在30°斜坡张角的斜坡限制域中,随着台阶高度的增加,抑制效果变差,但振幅相较突扩限制域发生了明显的降低。

摘要：氢燃料在航空发动机、空天推进系统和地面燃气轮机等领域的应用可以实现零碳排放,对于缓解全球气候变化和保护环境具有重要意义。但氢燃烧应用仍面临着许多技术挑战,若在传统燃烧室中燃烧氢气将面临回火和氮氧化物排放高的风险,需要探索新的氢燃烧技术和污染物控制措施,以满足氢能迫切发展的需要。微混燃烧技术通过成百上千个微通道结合氢气微喷射,使空气和氢气快速掺混,形成微小尺度火焰,缩短氮气在高温区的驻留时间到毫秒等级,可大幅度降低氮氧化物生成。本文回顾了氢燃料在燃气涡轮发动机中的应用发展历史,梳理了氢气特点、NO_(x)生成机理、微混燃烧原理、预混燃烧和扩散燃烧的掺混方式和头部结构特点,总结了国内外关于氢燃烧仿真和试验,以及热声不稳定问题的研究进展,讨论了微混燃烧室关键参数对气动热力过程和NO_(x)生成的影响,归纳了NO_(x)控制措施,为氢燃烧室工程设计提供理论和试验参考,并对氢燃烧技术未来的发展进行了展望。

摘要：氢气是实现航空发动机零碳排放最具有应用潜力的燃料之一,本文提出一种蜂巢钝体微混扩散燃烧结构,内置微型钝体扰流主流空气,以增强与氢气掺混。采用k-ω剪切应力输运(SST)湍流模型和火焰面生成流行方法(FGM)中的扩散火焰方法,数值仿真模拟了基准方案在无氢气喷注、冷态、热态工况下的流动燃烧特性,详细分析了微混单元气动热力过程。建立了基于响应面预测和遗传算法的蜂巢微混单元优化设计流程,以钝体角度和钝体出口高度为约束条件,NOx排放最低为优化目标,获得了NOx排放的影响规律和最优方案。研究结果表明:钝体三维尾迹涡耦合氢气射流涡可显著增强主流扰动和掺混,氢气射流涡受工况和结构参数影响较大,钝体出口高度是影响NOx生成的敏感性参数,在2030 kPa和818 K的进气条件下,最优方案在15%含氧量条件下NOx的体积浓度低于5×10^(-6)。

摘要：为有效提升航空发动机燃烧室点火性能,以双级轴向旋流器为研究对象,采用三种气动结构参数为设计变量,开展了旋流器优化设计与燃烧室点火性能研究。研究通过试验测量了不同旋流器匹配的单头部燃烧室地面点火与模拟高空点火油气比,获得了旋流器气动结构参数与燃烧室点火性能之间的关联。研究结果表明:在保持总有效面积和内旋流数不变条件下,外旋流数从1.77增加至2.15时,燃烧室点火性能呈现先降低后升高的趋势,较小外旋流数点火特性更佳;内外有效面积比对高空低压工况燃烧室点火性能影响显著,在比值为3∶7时点火特性最佳。在保持其他结构参数不变条件下,文氏管喉道半径对燃烧室高空点火性能影响显著,喉道半径为8 mm时具有较好点火特性。

摘要：在保证燃烧室流场结构相似、流量分配相当的基础上,针对旋流杯燃烧室开展平直孔板耦合挡溅板和斜向导流孔板耦合导流护罩两种头部冷却结构的设计,通过高温高压扇形燃烧室试验和三维数值仿真对冷却性能进行评估和分析。结果表明:平直孔板耦合挡溅板冷却结构的壁温远高于斜向导流孔板耦合导流护罩冷却结构的壁温,其主要原因是斜向导流孔板耦合导流护罩冷却方式为带有一定角度的收敛双锥形冷却构型,可通过引导气流吹除燃烧室头部近壁面角涡区,防止燃气在靠近壁面处产生高温区,从而降低燃烧室头部壁温。斜向导流孔板耦合导流护罩冷却结构的壁温大幅度降低,且温度分布均匀,提高了头部的冷却性能,增强了燃烧室头部结构的可靠性。

摘要：为降低航空发动机和地面燃机碳排放和NOx,提出一种多射流布局的氢燃料微尺度非预混燃烧室头部结构。为获得微尺度非预混燃烧组织机理,以及关键设计参数对燃烧性能的影响,采用k-ωSST(剪切应力输运)和FGM(火焰面生成流行)方法中的扩散火焰方法,通过9种组分共26步反应开展数值仿真模拟,对动量通量比、当量比、空气和氢气的导流板高度进行敏感性分析,探究氢气与空气的混合特性、火焰结构、温度分布、NOx排放的影响因素。对比分析了传统航空煤油与氢气NOx排放。结果表明:减小动量通量比有利于缩短火焰长度,可降低169.6%的NOx;存在一个空气导流板高度的临界值,使得NOx最高,在15%含氧量条件下NOx的体积分数为5×10^(-6);氢气导流板高度由3 mm增加为11 mm,NOx减少75.9%。与传统煤油相比,最优结构参数组合方案可进一步降低85.7%的NOx。

摘要：为了解决某型航空发动机燃烧室冒烟数较大的问题,通过分析航空煤油的燃烧化学反应过程和燃烧室内油气掺混燃烧过程,确认了炭烟的产生主要发生在初级反应阶段火焰筒的头部区域。因此提出改进措施,将火焰筒头部的单级旋流器更换为旋流杯,并对旋流杯的结构参数进行调整。采用数值模拟及扇形试验对改进前后的火焰筒性能进行对比分析。研究表明:相对于单级旋流器,旋流杯使燃烧室头部流场由单涡结构变为双涡结构,燃油分布更加均匀,在头部高温的环境中降低了局部富油程度,从而减少了头部炭烟的生成;改进后,燃烧室冒烟数大幅降低,总压恢复系数变化不大,贫油熄火油气比达到了0.0046,能够满足发动机使用要求。

摘要：双级旋流器是航空发动机燃烧室头部产生回流区所采用的主要形式,研究主要考察第2级径向旋流器的旋流数对点火与燃烧稳定性能的影响,数值模拟结果能够较好地匹配第2级径向旋流器设计参数.试验研究表明:第2级径向旋流器旋流数的改变对燃烧室点火性能无影响;但减小该旋流数会对贫油熄火性能产生明显地改善,旋流卷吸效果会影响回流区火焰稳定.减小第2级径向旋流器旋流数,使下游卷吸量增加,回流区流动与火焰匹配更好,更有利于燃烧稳定性的提高.

摘要：北京航空航天大学发展的Te LESSⅡ低排放燃烧室采用中心分级的布局方式,其中心为经典的旋流杯结构预燃级,为燃烧室提供稳定的点火源,预燃级外圈采用预混设计的单级轴向旋流器的主燃级以降低排放。研究了预燃级一级旋流器和二级旋流器的旋流数组合对燃烧室熄火性能的影响,研究表明预燃级的设计在中心分级低排放燃烧室火焰稳定中扮演重要角色。在常温常压条件下的单头部燃烧室上测量贫油熄火油气比,并通过数值计算对比分析不同方案在熄火时的气动热力特征。研究表明:回流区总温越高燃烧室贫油熄火油气比越低,二级旋流数减少有利于火焰和流场的耦合,从而提高回流区火焰稳定,拓宽贫油熄火边界。一级旋流数增加贫油熄火油气比不是随之降低。

摘要：点火延迟时间是燃烧室设计的关键参数,为了揭示氢气对碳氢燃料点火特性的影响,通过CHEMKIN-PRO程序包和两种正十烷燃烧的化学动力学反应机理,计算了正十烷/氢气/空气预混火焰的点火延迟时间,分析了不同含氢比、气体压力和当量比下的点火延迟特性.结果表明:在温度超过临界值T_0时,点火延迟时间随氢气质量比增加而缩短,说明氢气对燃烧反应起到促进作用;当温度低于这个临界值时,氢气对燃烧反应起抑制作用,使得点火延迟时间随氢气质量比增加而延长.