高压气体引射器的试验研究和仿真.pdf

第 3卷第 2期 热 科 学 与 技 术 Vo1．3No．2 2004年 6月 JournalofThermalScienceandTechnology JUn．2004 文章编号：1671—8097(2004)02—0133—06 高压气体引射器的试验研究和仿真 张 鲲 鹏 ， 薛 飞 ， 潘 卫 明 ， 范 志 华 (1．哈尔滨工程大学 动力与核能学院，哈尔滨 150001； 2．上海齐耀动力技术有限公司，上海 201203) 摘 要 ：以一个高压气体引射器试验 台为基础．开展了一系列高压引射试验，研究高背压条件下引射器的T．-作 特性 。同时，利用计算流体力学方法对 引射器引射，混合过程进行 了详细的研究。系列试验表 明引射系数对引 射气流的压力变化不敏感 ，但高背压的确对引射气流和被引射气流在混合管内的混合，扩散和流动产 生影响。 数值仿真克服 了试验设备的限制 ，并显示 了引射流动的详细情况 。数值仿真结果表 明：在一定的工况下．总存 在一个最佳面积 比和最佳相对位置 以对应最大引射系数 (即使 引射器达到最大工作效率)，而其物理表现为引 射器喉管壁面压力最低 。正是 它们之间的内在关系决定 了气体引射器 的工作特性 。 关键词 ：高压气体 引射器 ；高压 引射试验 ；数值模拟 中图分类号：TK413．2 文献标识码 ：A 了总能利用率 ；再次，再循环燃气使得燃料和空气 U 刖 吾 混合更加均匀 ，这也有利 于提高火焰稳定性 ；最 近 年来 ，随着环保法规在世界范围内广泛建 后，再循环燃气加强了燃烧室内旋流，有效降低火 立并 日益严厉，工业燃烧室的研究重点已经转 向 焰局部高温区的温度 ，从而大大减小了NO 的产 提高燃烧室效率，降低污染物排放方面。一些新技 生 。 术 已经 出现 ，并应用于工业领域 。其 中包括 ：贫预 在 一些工业燃烧室 中，使用气体 引射器来产 混 预 燃 烧 技 术 (1ean premix prevaporise， 生燃烧室 内循环气流。而对于 cGR燃烧室 ，气体 IPP)[13、高 温空气燃 烧技 术 (hightemperature 引射器更起到关键 的作用 。此外，提高燃烧室压力 aircombustion)[2]、废 气 再 循 环 技 术 (exhaust 有利于提高燃烧室功率和效率。这样，一些燃烧室 gasesrecirculation，EGR)、燃 气 再 循 环 技 术 被设计在较高的压力下运行。高背压对于气体引 (combustiongasesrecirculation，CGR)[3和 主动 射器工作特性的影响成为值得研究的课题。但 目 控制燃烧 (activecontrolcombustion)等 。这些技 前这方面的研究还很不充分 。 术成功应用于工业领域，大大降低了污染物排放， 本文展示 了一 系列高压 引射试验及试验结 改变 了传统工业技术 的面貌 。 果，更多的了解气体引射器在高压工况下 的工作 良好设计的燃烧室 内流场能够保持火焰稳 特性 。同时，利用计算流体力学软件 FIUENT进 定 ，提高燃料利用率，从而提高燃烧室效率 ，并能 行了气体引射器的全尺寸三维数值仿真，获得了 有效减少污染物生成 。在一个 CGR燃烧室 内，燃 引射器 内气流运动的细节 。仿真与试验结果验证 ， 烧后产生的热燃气不是被全部直接排 出燃烧室。 显示 出压力对引射影响的相 同趋势 。本文将对这 部分燃气产生回流 ，在燃烧室 内再循环，再次加入 类 cGR燃烧室的设计