[科普中国]-分级进风燃烧室

燃烧室

燃烧室是燃料或推进剂在其中燃烧生成高温燃气的装置，是一种用耐高温合金材料制作的燃烧设备。活塞到达上止点后其顶部与汽缸盖之间的空间，燃料即在此室燃烧。它是燃气涡轮发动机、冲压发动机、火箭发动机的重要部件。它由扩压器、燃烧室壳体、火焰筒、燃料喷嘴、点火装置构成。

在燃烧物理学中有四种守恒方程，即总质量守恒、动量守恒、能量守恒及组分守恒方程。1

分级燃烧分级燃烧作为一种低燃烧技术，其研究与应用得到越来越多的重视。在各种工业煤粉燃烧器和燃烧室的设计中，采用分级燃烧技术以控制和降低燃烧过程中的生成与排放正日益增多。为了有效地利用分级燃烧技术，达到高效燃烧和低排放的目的，通过实验测量详细了解分级燃烧过程中气固两相速度场及其湍流脉动特性等各种物理量场的分布是很有必要的。

三维激光粒子动态分析仪（PDA）是一种非接触式的流场光学测量仪器.它不仅可以测量颗粒或示踪粒子的瞬时速度，还可以同时获得粒径的信息，并具有较高的测量精度和空间分辨率，因而尤其适用于各种含颗粒的多相流动的测量。

分级进风燃烧室简介如图所示为圆柱形分级进风燃烧室。在燃烧室进口处，空气分为同轴的一次风和二次风。一次风携带固体颗粒或示踪粒子从内环形通道进入燃烧室内，二次风则通过外环形通道进入燃烧室，气体燃料通过与内外环形通道同轴的中心管喷入燃烧室内。燃烧室垂直向上布置，中心燃料管、一次风管、二次风管和燃烧室的内直径依次为8 mm、40 mm、58 mm和160 mm，外直径依次为14 mm、44 mm、68 mm和236 mm，燃烧室长度为1000 mm。燃烧室的圆筒壁内衬有35 mm厚的耐火层。2

分级进风燃烧室内湍流燃烧特点关于分级进气燃烧室内湍流燃烧的气体瞬时速度场和平均温度场与组分浓度场的结论如下：

（1）气体轴向速度和切向速度在燃烧室中心区域较高，近壁区域较低，壁面附近出现了回流。在下游截面上，气体轴向速度分布趋于平缓，而气体切向速度则衰减到较低的数值。

（2）气体轴向脉动速度均方根值在燃烧室中心区域较高，近壁区域较低。气体切向脉动速度均方根值不仅在中心区域较高，而且在近壁区域也较高。在下游截面处，气体轴向脉动速度均方根值仍具有相对较大的数值，而切向脉动速度均方根值则比上游截面处有所降低。燃烧室内气体湍流脉动的各向异性在上游截面处较为明显，在下游截面处受到削弱。

（3）气休轴向一切向脉动速度关联量绝对值在下游截面处明显大于上游截面处。在下游截面上，气体轴向一切向脉动速度关联量的绝对值在中心区域较大，而在近壁区域较小。

（4）在燃烧室前部，气体温度和二氧化碳浓度在中心区域较高，近壁区域较低，氧气浓度在中心区域较低，近壁区域较高，中心嫩烧反应区内的一氧化碳浓度也较高。随着分级燃烧的进行，下游截面处气体温度和各组分浓度分布逐渐趋于均匀，一氧化碳浓度则逐渐下降。

（5）在燃烧室前部，中心燃烧反应区内的NO浓度较高，近壁区的NO浓度则较低，NO浓度分布的峰值位于氧气浓度径向梯度较大的位置处。在下游截面上，NO浓度逐渐降低，分布趋于均匀。3