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工程热物理学报
工程热物理学报

徐建中

月刊

0253-231X

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010-62584937

100190

北京中关村路乙12号（北京2706信箱）

工程热物理学报/Journal Journal of Engineering ThermophysicsCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为专业技术性刊物。主要刊登工程热力学与动力装置、热机气动热力学、传热传质学、燃烧学、热物理测量学、热效率装置、综合利用能源、代用燃料等方面的科技论文、研究简报、重要学术动态等。主要读者对象为工程热物理专业科技人员及相关高校师生。
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    面向先进燃气轮机的燃烧激光诊断及反应调控研究进展

    石小祥廉天佑李伟李玉阳...
    1550-1569页
    查看更多>>摘要：燃气轮机广泛应用于能源领域，在未来综合能源系统中作为多能互补灵活调峰手段将发挥关键作用。在"双碳"目标牵引下，燃气轮机燃烧室未来继续向高效、清洁、低碳和燃料灵活方向发展，先进低污染燃烧技术及低碳燃烧技术研发需求更加紧迫。为此，需要深入认识复杂流动与化学反应相互耦合的湍流燃烧过程，并针对氢气、氨气等低碳燃料发展激光诊断和燃烧调控方法。本文在综述燃气轮机燃烧技术的发展趋势、研究挑战及需求的基础上，从燃气轮机燃烧激光诊断和反应调控两个方面详细回顾了国内外研究现状和进展，最后展望了燃气轮机燃烧激光诊断和反应调控的未来研究方向。本综述对未来先进燃气轮机低碳燃烧技术研发和基础研究工作具有指导意义。

    燃气轮机低碳燃烧技术燃料灵活燃烧激光诊断燃烧反应调控

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    甲烷掺氢旋流预混燃烧回火特性研究

    储旭丁思宇李嘉斌杨阳...
    1570-1578页
    查看更多>>摘要：在节能减排与碳中和大背景下，燃气轮机燃烧室燃料逐渐向富氢方向发展。燃料掺氢后，燃烧过程更容易发生回火现象，需要对掺氢燃烧回火规律进行探究。本文选取了带钝体旋流预混燃烧室开展甲烷掺氢-空气的预混燃烧数值模拟研究，湍流模型采用SST k-ω模型，湍流燃烧模型采用火焰面生成模型(FGM);准确地计算湍流火焰速度对回火现象的预测非常重要，因此对进度变量输运方程中源项的封闭考虑了掺氢对层流火焰传播速度的影响。数值模型与方法得到了实验验证，并进一步探究了当量比、入口平均轴向速度、钝体壁面热边界条件对回火现象的影响。结果表明降低当量比、提高入口平均轴向速度以及增强壁面换热对回火现象具有抑制作用。本文所总结的回火规律对于掺氢燃烧室设计具有指导意义。

    掺氢燃烧FGM回火旋流预混燃烧

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    LPP燃烧室振荡燃烧火焰和流场相互作用的实验和数值研究

    孙培锋刘炳池陆启亮陈培...
    1579-1588页
    查看更多>>摘要：本文开展了贫预混预蒸发(LPP)燃烧室振荡燃烧时火焰-流场相互作用的实验和数值研究。利用数值模拟研究了稳定燃烧时的热态流场和火焰结构，以及振荡燃烧时的燃烧室压力波动及主频，与实验中用PIV、OH-PLIF和压力传感器测得的热态流场、火焰结构和压力波动及主频吻合得较好。对振荡燃烧工况的大涡模拟研究发现:在一个振荡燃烧周期内，燃烧室内压力波动导致了预混预蒸发段前后压差波动，进而引起了预混预蒸发段出口处轴向速度波动和流场扭曲，并伴随着剪切层附近的旋涡形成、发展和脱落。旋涡改变了火焰形状和位置，导致放热率的周期性波动，进而引起流场的周期性波动。周期性波动的放热率和流场耦合，形成火焰-流场的相互作用，使得振荡燃烧持续下去。

    振荡燃烧火焰流场数值模拟实验

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    轴向分级燃烧室低压模化燃烧特性试验研究

    张宇明臧鹏贾玉良谢健...
    1589-1597页
    查看更多>>摘要：为了获得低压模化对燃烧室燃烧特性的影响，提供燃气轮机燃烧室设计研发节约成本、缩短试验周期的可靠性方法，选用某型F级燃气轮机轴向分级燃烧室，开展了低压模化试验研究。试验结果表明:压力对燃烧室总压损失系数分布和数值高低无明显影响。压力升高会降低燃烧室火焰筒壁面温度，却对出口温度分布无明显影响。此外，压力的升高会导致NOx和NO排放的增高以及NO2排放的降低;采用压力指数表征压力和NOx排放关系时发现，不同模化压力下的压力指数n在0。264～0。269内波动;随着压力的变化，CO和未燃碳氢(UHC)排放均维持在极低水平。

    轴向分级燃烧室低压模化燃烧特性

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    湍流旋流氨气-甲烷预混火焰燃烧特性研究

    刘文锋帅瑞洋王平钱伟佳...
    1598-1604页
    查看更多>>摘要：为了研究NH3-CH4掺混燃气的燃烧特性，设计了一个可视化的旋流湍流燃烧装置，通过实验对当量比(φ)、氨气掺混比(XNH3)和入口空气流量对燃烧特性的影响进行分析。结果表明:随着当量比增加，燃烧室出口 NO排放先增加后减小，在φ=0。9时达到峰值，对其反应速率和燃烧光谱进行分析，发现NO2和HNO浓度协同影响了 NO的反应速率，NO排放和OH基强度呈正相关，NH2α基和H2O蒸气产生的链式反应促进了 NO的还原。随着XNH3升高，火焰由蓝色逐渐转变为橙黄色，NO排放先增加后减少，在XNH3=0。4附近出现峰值。另外，随着入口空气流量的增加，气流速度增大导致湍流强度增大，贫燃状态下NO排放增加，而在富燃状态下排放减少，文中对其中机理进行了分析。

    氨气燃烧旋流湍流火焰一氧化氮排放实验测量燃烧特性

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    甲烷/空气预混旋流火焰回火实验与模拟研究

    王云程王金华夏昊张玮杰...
    1605-1614页
    查看更多>>摘要：回火是贫燃预混低污染燃烧室中重要的燃烧不稳定问题之一。本文通过实验结合大涡模拟对钝体旋流燃烧器甲烷/空气预混旋流火焰回火过程进行研究。结果表明，在低湍流(雷诺数Re=4000)和高旋流(旋流数S=1。3)条件下，上游火焰传播由火舌引导的回火模式主导，火舌围绕中心钝体壁面以几乎恒定的回火速度向上游传播，在此过程中火焰-流动相互作用主要发生在火舌前侧。在火焰参考系下，火舌上游的流动偏转主要受径向压力梯度、科氏力以及离心力的影响。

    预混旋流火焰回火大涡模拟火焰-流动相互作用

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    速度扰动对自激振荡火焰流-热-声动态特性影响试验研究

    金明李原森陆羽笛柳伟杰...
    1615-1624页
    查看更多>>摘要：为分析燃烧器入口速度扰动频率对自激振荡燃烧的影响，掌握速度扰动抑制自激振荡燃烧的方法。通过试验研究了速度扰动频率对自激振荡燃烧条件下流-热-声动态特性的影响规律。试验在常温常压下进行，燃烧器入口平均速度ū=10。1 m/s，速度扰动幅值u'/ū=10％，速度扰动频率范围55～235 Hz。利用光电倍增管和脉动压力传感器测量全局火焰热释放率和脉动压力动态特性，采样率为20 kHz;采用高频PIV测量流场动态特性，采样率为1 kHz。结果表明在自激振荡燃烧条件下，流-热-声不稳定模态频率相同，多物理场耦合驱动自激振荡燃烧;在速度扰动与自激振荡燃烧耦合时，速度扰动频率近似等于自激振荡频率或倍频时，自激振荡燃烧受到抑制，而在其他速度扰动频率下，自激振荡仍占据主导。当受迫燃烧斯特劳哈尔数Stf远小于自激振荡燃烧斯特劳哈尔数St时，主燃级射流外剪切层大尺度旋涡仍存在，且旋涡脱落频率仍等于自激振荡频率;而Stf近似等于或大于St时，大尺度旋涡随着Stf增大而逐渐减少，且旋涡脱落频率等于速度扰动频率。

    自激振荡燃烧受迫燃烧速度扰动频率流动不稳定性热声不稳定性

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    轴向分级燃烧室热声稳定性的试验研究

    隋永枫张宇明臧鹏傅燕妮...
    1625-1633页
    查看更多>>摘要：为了探究次级燃料比例对热声特性的影响，对某型轴向分级燃烧室在高温高压条件下进行了热声稳定性试验。基于试验中在不同运行工况和不同次级燃料比例下获得的压力脉动信号，利用时频域分析方法和相空间重构分析法研究了燃烧室内热声特性的变化趋势。研究结果显示:燃烧室内存在30 Hz、90 Hz的低频振荡和1500 Hz的高频振荡;随着次级燃料比例的增加，主燃区空燃比增加，低频幅值在一定比例后突升，高频幅值整体呈降低趋势。相空间重构结果显示，在高温高压的条件下，燃烧噪声影响严重，虽能观察到极限环结构，但轨迹不平滑。随着负荷的推进，次级燃料比例增加以维持主燃区空燃比的稳定范围基本不变，从而保证了热声状态稳定。

    轴向分级燃烧室次级燃料热声稳定性相空间重构法

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    功率对空气分级NH3、NH3/CH4火焰排放的影响

    咸国礼孔雨晗姜磊胡宏斌...
    1634-1642页
    查看更多>>摘要：NH3作为氢能载体，可实现氢能远距离输运。针对NH3燃烧的反应性低、稳定性差、高燃料型NOx排放问题，设计旋流燃烧器和空气分级燃烧室，实验研究功率为5～23 kW的NH3、NH3/CH4扩散火焰NOx排放特性。并采用化学反应器网络(CRN)进行化学动力学模拟，分析排放变化的原因。结果表明:5 kW、φpri=1。05的条件下，NH3火焰NOx测量排放最低为114。4×l0-6@15％O2;随着功率升高，NOx排放增加，且导致燃烧不充分、火焰延长，此时最佳φpri提前、燃烧范围减少、NOx进一步增加;本文的CRN更适合模拟预混燃烧的NOx排放，而不是扩散燃烧;功率升高不会改变反应路径，但生成NO的基元反应速率的升高幅度略大于消耗NO的基元反应速率，从而导致NO排放升高。

    NH3、NH3/CH4火焰NOx排放旋流扩散燃烧空气分级CRN模拟

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    流型转化对CO2流动沸腾换热的影响研究

    黄永方徐肖肖孙云龙刘朝...
    1643-1649页
    查看更多>>摘要：本文开展了 CO2在内径5 mm水平光滑管内的流动沸腾换热及流型可视化实验，结合非绝热流型可视化数据对其流动沸腾换热特性开展研究。结果表明，受重力的影响，换热管顶部在低干度下发生间歇性干涸，导致其换热系数远低于底部换热系数。饱和温度的减小促进了流型的转换，有效减小间歇性干涸引起的管周向局部换热性能的差异，提高了截面的平均换热系数。饱和温度从15℃降至9℃时，截面平均换热系数提高约50％。

    二氧化碳流动沸腾流型可视化沸腾换热特性

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