高压气体引射器的试验研究和仿真 (2004年)
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第3卷第2期
2004 年6 月
热科学与技术
Jo urnal of Therm al Science and Tec hno lo gy
Vol.3No.2
Ju n
.
2004
文章编号: 1671-8097(2004)02-0133-06
收稿日期: 2003-04-29; 修回日期: 20 04-05-11.
作者简介: 张鲲鹏(1976-), 男, 四川都江堰人, 博士生, 主要研究方向为发动机燃烧技术、燃烧室数值模拟、热汽机性能和流体机械.
高压气体引射器的试验研究和仿真
张鲲鹏
1
, 薛 飞
2
, 潘卫明
2
, 范志华
2
( 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工作
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:
TK
413.2 文献标识码:
A
0
前 言
近 年来,随着环保法规在世界范围内广泛建
立并日益严厉,工业燃烧室的研究重点已经转向
提高燃烧室效率,降低污染物排放方面。一些新技
术已经出现,并应用于工业领域。其中包括:贫预
混预燃烧技术(lean premix prevaporise,
LPP)
[1 ]
、高温空气燃烧技术(high tem perature
air com bustion)
[2]
、废气再循环技术(exhaust
gases recirculation, E G R )、燃 气 再 循 环 技 术
(com bustion gases recirculation, C G R )
[3 ]
和主动
控制燃烧(active control com bustion) 等。这些技
术成功应用于工业领域,大大降低了污染物排放,
改变了传统工业技术的面貌。
良好设计的燃烧室内流场能够保持火焰稳
定,提高燃料利用率,从而提高燃烧室效率,并能
有效减少污染物生成。在一个 CG R 燃烧室内,燃
烧后产生的热燃气不是被全部直接排出燃烧室。
部分燃气产生回流,在燃烧室内再循环,再次加入
到燃烧过程中。燃气再循环的作用是多方面的:首
先,高温燃气预热了燃料和空气,有利于充分燃
烧;其次,高温燃气携带的热能被回收,当然提高
了总能利用率;再次,再循环燃气使得燃料和空气
混合更加均匀,这也有利于提高火焰稳定性;最
后,再循环燃气加强了燃烧室内旋流,有效降低火
焰局部高温区的温度,从而大大减小了 N O
x
的产
生。
在 一些工业燃烧室中,使用气体引射器来产
生燃烧室内循环气流。而对于 CG R 燃烧室,气体
引射器更起到关键的作用。此外,提高燃烧室压力
有利于提高燃烧室功率和效率。这样,一些燃烧室
被设计在较高的压力下运行。高背压对于气体引
射器工作特性的影响成为值得研究的课题。但目
前这方面的研究还很不充分。
本文展示了一系列高压引射试验及试验结
果,更多的了解气体引射器在高压工况下的工作
特性。同时,利用计算流体力学软件 F LU E N T 进
行了气体引射器的全尺寸三维数值仿真,获得了
引射器内气流运动的细节。仿真与试验结果验证,
显示出压力对引射影响的相同趋势。本文将对这
类 C G R 燃烧室的设计提供重要的参考。
1
气体引射器的理论分析
气体引射器广泛应用于流体机械和化工反应
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