低排放燃烧室化学反应器网络模型的参数化

一种模型低污染燃烧室三维两相数值模拟
马存祥;邓远灏;徐华胜;钟世林
【期刊名称】《燃气涡轮试验与研究》
【年(卷),期】2012(000)002
【摘要】贫油预混预蒸发（LPP）技术是目前最具发展前景的低污染燃烧技术，
可实现很低的NO2排放。

本文采用FLU-ENT软件，对一种模型低污染燃烧室（采用LPP燃烧技术）进行三维两相数值模拟计算分析。

研究了模型燃烧室的流
场结构、流量分配、回流特性、雾化特性和燃烧性能，并对NO2排放进行了预测。

结果表明，模型燃烧室流场中存在与TAPS燃烧室相似的三个涡结构，流量分配与试验吻合良好，雾化特性良好并具有较好的温度场和低的NO2排放。

【总页数】6页(P28-32,58)
【作者】马存祥;邓远灏;徐华胜;钟世林
【作者单位】中国燃气涡轮研究所,四川成都610500;中国燃气涡轮研究所,四川成
都610500;中国燃气涡轮研究所,四川成都610500;中国燃气涡轮研究所,四川成都610500
【正文语种】中文
【中图分类】V235.11
【相关文献】
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柴油机设计与制造Design and Manufacture of Diesel Engine2020年第4期第26卷（总第173期) doi ：10. 3969/j. issn. 1671 - 0614. 2020. 04. 007柴油机选择性催化还原化学反应动力学模型参数化凌建群，纪晓静(上海柴油机股份有限公司，上海200438)摘要随着柴油机国六排放法规的实施，选择性催化还原（selective catalytic reduction，SCR)后处理系统转化效率要求达到90%〜95%，或更高因此，实际工程应用中，越来越多 的采用基于SC R化学反应动力学模型的闭环控制策略该策略最关键的要点是将SC R化学反应 动力学模型准确地参数化，计算SC R催化剂中的氨存储量文中通过Simuliiik软件搭建SC R化 学反应动力学模型，利用SC R催化剂小样测试数据进行模型标定，然后利用发动机台架测试数 据进行模型校验和优化，得到满足工程应用的SC R化学反应动力学模型参数标定结果 关键词：选择性催化还原化学反应动力学模型参数化Parameterization of Chemical Reaction Kinetic Model ofSelectrive Catalyst Reduction for Diesel EnginesLING Jianqun,Jl Xiaojing(Shanghai D iesel Engine Co.,Ltd.,Shanghai 200438, China)Abstract：W ith the implementation of China VI emissions regulations for diesel engines,it is re­quired that the conversion efficiency of selective catalytic reduction (SCR)after-treatment system should be90% -95%or higher.Therefore,in engineering application,the closed-loop control strategy based on SCR chemical reaction kinetic m odel is getting m ore com m on recently.The key of the strategy is to parameterize the SCR chemical reaction kinetic model and calculate the ammonia storage in the catalyst.In this paper,the chemical reaction kinetic*m odel of SCR was l)iiilt by the Simulink software,and the m odel was parameterized w ith catalyst synthetic*gas test data,and verified and optimized with engine bench test data,obtaining the calibrated parameters of tin'SCR chemical reaction kinetic model,which are applicable to engineering application.Key words：selective catalytic reduction,chemical reaction kinetic,model,parameterization〇引言随着柴油机排放法规的日趋严格，对选择性催 化还原（selective catalytic reduction，SCR)后处理 系统的转化效率也提出了更高的要求在国I V和国V阶段，SCR转化效率大概为60%〜80%，SCR 的主流控制策略为基于MAP的开环控制策略,，对 于重型国六应用，SC R转化效率要求达到90% ~ 95%,或以上。

低排放燃烧室化学反应器网络模型的参数化刘闯;李鹏飞;刘勇;朱冬清;金仁瀚【摘要】为了掌握低排放燃烧室的污染物排放情况,对其化学反应网络器(CRN)模型的参数化进行研究.对爬升工况下燃烧室CFD数值模拟结果进行分析,划分燃烧室的结构,得到燃烧室的CRN模型.再利用自编程软件对燃烧室的结构参数和进口参数进行参数化定义,并把参数化的CRN模型在不同工况下的模拟结果与试验结果分别比较.结果表明:在慢车工况下二者相差不大,在爬升工况下二者差异也在允许误差范围之内.验证了该模型可行性较好,该参数化CRN模型可用于预测低排放燃烧室的污染物排放量和出口温度.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2016(042)002【总页数】6页(P11-16)【关键词】化学反应器网络模型;低排放燃烧室;CFD数值模拟;参数化;污染物排放;航空发动机【作者】刘闯;李鹏飞;刘勇;朱冬清;金仁瀚【作者单位】南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室,南京210016;南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室,南京210016;南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室,南京210016;南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室,南京210016;南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室,南京210016【正文语种】中文【中图分类】V231.2目前，化石燃料的燃烧过程已经成为非常可靠的能量来源。

燃气轮机燃烧室内的燃烧情况直接影响到燃气轮机的性能和排放。

化学反应网络（CRN）会定量地提供燃烧室中氮氧化物和一氧化碳的生成结果，对燃烧室的设计、优化环节以及燃烧系统污染物排放的减少非常有帮助。

在国外，Sturgess［1］运用区域建模的思想研究了贫油预混燃烧室内的贫油熄火情况；Steele［2］构建了HP-JSR反应器，应用2个PSR串联的简单网络模型对污染物排放进行预测，预测结果与试验数据吻合得很好；Nicol等［3］运用由1个PSR和一系列PFR组成的模型，研究了在甲烷和空气预混燃烧情况下，不同的反应机理对NOX排放的影响；Sturgess和Shouse［4］运用CFD-CRN方法对燃烧室内污染排放进行了研究，CRN模型能够较好地满足流场以及化学反应计算的要求；Bengtsson［5-6］采用单个PSR和单个PFR的简单网络模型对燃气轮机燃烧室内NOx排放进行了模拟，计算结果与试验结果基本一致；Bhargava等［7］利用PSR 和PFR构建了CRN模型，并研究了当量比以及压力对NOx和CO排放特性的影响；Rutar［8-9］通过PSR模型，运用GRI Mech 3.0化学动力学反应机理，成功预测了高压射流反应器下NOx和CO的排放量；Falcitelli等［10］运用通用算法构建了CRN模型，研究了影响污染物生成的因素；Mohamed和Rizk等［11-14］构建CRN网络模型研究了当量比、停留时间以及温度对CO 和NOx排放特性的影响；Novosselov［15］等对某燃气轮机燃烧室污染物的形成机理进行了详细分析，构建了复杂的CRN网络模型，详细介绍了CRN网络模型的构建过程，计算结果与试验结果高度吻合；Mancini等［16］采用同样的步骤构建了化学反应网络模型RNM，预测NOx的生成与测量结果误差在5%以内。

模型燃烧室的初步设计1.模型燃烧室的要求：1)点火可靠，燃烧稳定。

2)模型燃烧室光路可通，可应用PLIF技术进行燃烧诊断实验。

3)空气流量分配可调，用以模型燃烧室的调试。

4)模型燃烧室加工装配方便。

4.设计工况参数：表1.设计工况参数表格2.热力平衡计算结果3.模型燃烧室简介：考虑到实验室的条件，设计工况下的模型燃烧室入口气体为低温低压空气，因此燃烧室点火性能差，燃烧强度低，燃烧稳定性差，因此有必要采取措施改善燃烧室的点火性能，并能使燃烧室持续稳定燃烧。

措施：1）采用旋流器和主燃孔进气装置，使主燃区形成足够尺度和强度的回流区；2）合理分配流量，使火焰筒内的参考速度维持在较低的数值；3）采用间接点火3.1流场的组织方式：在本模型燃烧室中，空气除了从旋流器和主燃孔进入火焰筒外，还有一部分空气从冷却孔和掺混孔等进气装置进入火焰筒，这几股空气相互独立又相互作用，共同组织了燃烧室的流场，使模型燃烧室能够持续稳定的燃烧，同时燃气全部从模型燃烧室的火焰筒尾部流出。

采用上述传统的燃烧室流场组织方式有以下几点好处：1）避免空气全部从头部涌入，改善点火和燃烧性能。

2）主燃孔射流有利于形成回流区。

3）可按面积法进行流量分布的初步计算。

3.2模型燃烧室的结构模型燃烧室为一矩形燃烧室，火焰筒头部等距安装有三个喷嘴旋流器组件。

火焰筒体上开有主燃孔及掺混孔。

为使火焰筒内部达到一定的压强，火焰筒出口收缩。

模型燃烧室通过法兰与进排气管道连接。

为了在模型燃烧室上开展PLIF技术燃烧诊断实验，需要在模型燃烧室上合理布置光路。

因此在燃烧室机匣两侧各安装一矩形玻璃视窗用以接受光学信号，并在机匣和火焰筒的顶部同一位置安装一窄边玻璃，用来通入激光片光源。

在机匣底部安装泄油阀，起到排出火焰筒内残余的燃油和定位火焰筒的作用。

点火器与泄油阀位于同一轴向位置，考虑到点火器与顶部的玻璃视窗位置冲突，因此点火器不能安装在喷嘴中心线上。

点火枪和油枪斜插入火焰筒，使点火火焰能接近中心喷嘴喷出的油雾锥。