強(qiáng)湍流下甲烷稀燃預(yù)混火焰的穩(wěn)定性研究

金 武，任超群，湯朝偉，李夏飛，李建中

(南京航空航天大學(xué)能源與動力學(xué)院，南京 210016)

預(yù)混稀燃由于其在效率和排放上的巨大優(yōu)勢，被認(rèn)為是未來清潔高效燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中最有前景的燃燒技術(shù)，并已在全球范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電中的具有超低 NOx排放的大型天然氣燃?xì)廨啓C(jī)中，以滿足最嚴(yán)格的排放法規(guī).此外，在航空工業(yè)上，NOx排放條例也越來越嚴(yán)格.因此，下一代運(yùn)用于航空發(fā)動機(jī)的預(yù)混稀薄燃燒技術(shù)正在快速發(fā)展中.目前商用飛機(jī)發(fā)動機(jī)已經(jīng)開始運(yùn)用預(yù)混稀燃技術(shù).裝備在波音787、747-8 飛機(jī)上的通用電氣GEnx發(fā)動機(jī)的 TAPS 燃燒器(twin annular premixing swirler combustor)[1]便是采用的預(yù)混稀燃模式.同時，預(yù)混火焰具有長度短、尺寸緊湊的優(yōu)點(diǎn)，能夠讓發(fā)動機(jī)的尺寸縮減，方便應(yīng)用于小型商用噴氣機(jī)發(fā)動機(jī)、移動式燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī).但是，穩(wěn)定性不足是預(yù)混稀燃技術(shù)利用時的最大限制，尤其是在高速強(qiáng)湍流條件下，易出現(xiàn)整體吹熄、局部淬熄等現(xiàn)象.為防止這些現(xiàn)象發(fā)生，通過值班火焰產(chǎn)生的高溫氣體保護(hù)，通常可以達(dá)到在底部穩(wěn)定高速火焰的目的.但是在強(qiáng)湍流作用下，仍有可能造成整體淬熄，從而在頂部出現(xiàn)開口現(xiàn)象；關(guān)于此現(xiàn)象的整體吹熄機(jī)制研究，是一個值得研究的前沿課題.

在湍流擴(kuò)散火焰中，隨著出口速度增大，火焰中局部熄滅發(fā)生的比例越來越大，火焰逐漸逼近吹熄.局部熄滅的發(fā)生取決于局部的標(biāo)量耗散率，其值隨燃料不同而變化，但當(dāng)局部熄滅……