喷嘴射流速度对富氢燃料平行射流燃烧器燃烧特性影响的实验和数值研究(英文)

作者：刘志刚; 熊燕; 张哲巅

来源：推进技术, 2022, 1-16.

• 柔和燃烧
• 富氢燃料
• NOx排放
• 抬升高度
• Da数

针对燃气轮机燃烧，天然气掺氢是减少碳排放的可行策略。柔和燃烧（Moderate or Intense Low Oxygen Dilution）具备解决高绝热火焰温度下NOx排放过高的潜力。本文通过实验和数值模拟相结合的方式，研究了喷嘴射流速度对富氢燃料平行射流燃烧器燃烧特性的影响。实验燃料由50%Vol甲烷和50%Vol氢气构成。喷嘴的射流速度为90 m/s ～ 150 m/s。基于实验工况，利用化学反应网络模型计算了富氢燃料在不同绝热火焰温度下实现柔和燃烧的临界回流比。当量比小于0.6时，临界回流比随着氢气含量的增加而降低。实验结果表明，喷嘴射流速度的增加，NOx排放略有下降，CO排放和反应区抬升高度增加。喷嘴喷射速度由90 m/s增加到150 m/s，数值模拟结果显示，平行喷射燃烧器内的烟气回流比例保持不变。Da数（Damko?hler number）的分布可作为判定柔和燃烧的因素，其直观显示喷嘴射流速度对柔和燃烧的影响。喷嘴射流速度增加，流场内Da＞1的区域呈现降低趋势，这意味着慢速反应区域增加。对于富氢燃料，提高喷嘴射流速度有利于建立柔和燃烧，达到低NOx排放。

• 单位
  中国科学院大学; 中国科学院工程热物理研究所