切向射流对驻涡燃烧方式污染物生成的影响机理

When the aero-engine is working, a large amount of pollutants is formed in the combustor. In the diffusion process of pollutants, the secondary pollutants may be formed. These pollutants would cause serious harm to the environment..By using multizone combustion, trapped vortex combustion can greatly reduce the emission of pollutants. In this project, the impact of tangential jet on the pollutants generation and diffusion is studied. The influence mechanism of combustion-zone jet on the temperature distribution and the emissions generation is analyzed. The influence mechanism of mainstream jet on the emissions generation and diffusion is also analyzed. The prediction method of emissions generation for trapped vortex combustion is discussed. During the research, the influence of various factors on the pollutants generation is explored basing on the experimental method, and the gas component analyzer and the dynamic temperature testing system with high precision are adopted. As a complement, the interaction mechanism between air and liquid fuel in the combustion zone is discussed basing on the method of theoretical analysis. Through introducing the parameters of vortex intensity and turbulent intensity, the quantitative analysis about the influence mechanism of tangential jet on the pollutants generation and diffusion is made in this project..This project is of great significance for the emission reduction of the aero-engine and the environmental protection of the airport peripheral area.

航空燃气轮机工作过程中，燃烧室内会形成大量的污染物，在污染物扩散过程中，还会形成二次污染物，这些污染物会对环境造成严重危害。.通过采用分区燃烧，驻涡燃烧方式可大幅度降低污染物排放。本项目针对切向射流对燃烧区污染物生成和扩散的影响开展研究，分析燃烧区射流对温度分布和污染物生成的影响机理，研究主流射流对污染物生成和扩散的影响机理，探讨驻涡燃烧方式的污染物排放预测方法。研究过程中：以模型试验方法为主，研究多种因素对污染物生成的影响，采用的主要测试设备是高精度的燃气成分分析仪和动态温度测试系统；以理论分析方法为辅，分析燃烧区的气液相互作用过程；通过引入旋涡强度、湍流强度等量，定量分析切向射流对污染物生成和扩散的影响机理。.本研究对于航空燃气轮机污染物减排及机场附近大气环境污染防治有重要意义。

驻涡燃烧方式是一种新型的航空燃气轮机低污染燃烧方式，其采用基于凹腔稳焰的径向分级结构，具有较宽的稳定燃烧范围。凹腔区射流和主流区射流均对驻涡燃烧室的污染物生成有明显的影响，本项目研究切向射流对驻涡燃烧方式燃油浓度分布、燃烧特性、污染物排放的影响机理。. 研究过程中，采用数值模拟、模型实验、理论分析相结合的方法，研究了：无反应条件下射流对驻涡区燃料浓度分布和流场结构的影响机理；射流、燃烧过程对驻涡区燃料浓度分布和温度分布的影响机理；射流对驻涡区污染物生成、扩散和燃烧特性的影响机理；驻涡区形式对燃烧区温度分布、燃烧特性、污染排放的影响机理；射流对驻涡区流动与燃烧相互作用过程的影响机理。. 无反应条件下的研究结果表明：凹腔射流速度的变化，导致凹腔内旋流场的强度值发生变化，但分布趋势变化不明显；凹腔射流速度增加时，气流中的煤油蒸汽量下降；喷雾锥角的增加会使煤油液滴和蒸汽的分布范围增大；油滴SMD值增大会使油滴分布范围变大。燃烧条件下的研究结果表明：凹腔射流速度的增加会使液滴颗粒分布更集中；喷雾锥角增加会使气相燃料分布更均匀；SMD值增加会使油滴蒸发距离增加。单一燃烧区模型实验的研究结果表明：低主流射流速度有利于凹腔内的油气混合，可以降低CO排放；凹腔射流速度对油气混合过程的影响较为复杂；深凹腔结构更有利于油气的均匀掺混。多燃烧区模型实验的研究结果表明：燃油逆喷方式有利于改善燃烧特性；驻涡区形式影响CO、NOx和UHC的生成量；Lefebvre半经验关系式可用于液体燃料型驻涡燃烧室的CO、NOx的生成量预测。相互作用过程的研究结果表明：射流速度的升高使高温区面积减小，燃烧效率降低；涡团在流场传播中，会导致更多的小涡旋产生；涡团之间的相互影响以及油气的混合使涡的湍流强度继续增大，增强了油气掺混。. 研究结论可作为设计新型航空燃气轮机燃烧室的理论参考，研究结果在航空燃气轮机减排、机场附近大气环境污染防治等方面有着很好的应用前景。