热能动力工程

作者：杨文博,裴延琴,刘祖帅,咸国礼,周正弘,王偲臣

单位：中国科学院工程热物理研究所,,中国科学院工程热物理研究所,,中国科学院工程热物理研究所,,中科南京未来能源系统研究院,,中国科学院工程热物理研究所,,中国科学院大学,

关键词：掺氢比;双级反旋燃烧器;数值模拟;燃烧性能;回火

基金：中国科学院战略性先导科技专项资助No. XDC 0160000

采用稳态雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方法,结合Realizable k-ε湍流模型与火焰面生成流形(FGM)燃烧模型,研究掺氢比对双级反旋燃烧器(DACRS)燃烧室燃烧性能的影响。模拟基于GRI-Mech III机理,并辅以Cantera热化学反应计算,分析掺氢比对甲烷-氢气混合燃料燃烧特性及射流流动特性的影响规律。设定空气质量流量为0.4476 kg/s,温度680 K,压力13 bar；燃料温度288 K；氢气摩尔分数为0.6 ~1.0(步长0.1),对应当量比0.414 ~ 0.481,维持绝热火焰温度1800 K。研究结果表明:掺氢比为0.6 ~ 0.7时,燃烧呈贫预混模式,火焰稳定；掺氢比≥0.8时,发生回火,燃烧转为部分预混/扩散模式,双级反旋结构失效,流场呈直射流特征,流速提高4 ~ 5倍；掺氢比增加使绝热火焰温度与层流火焰速度升高,射流密度由5.0 kg/m3降至1.2 kg/m3,射流动量通量比在掺氢比0.82处达到峰值。本研究量化了高掺氢条件下回火阈值及射流特性变化,为富氢燃气轮机安全运行提供了关键数据支持。

来源：2025年第12期

《热能动力工程》期刊编辑部

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