氫氣被認為是未來燃氣輪機等系統(tǒng)中最有潛力的清潔燃料，因而摻氫燃燒被認為是燃氣輪機低碳清潔燃燒技術發(fā)展的重要方向之一。隨著我國“雙碳戰(zhàn)略”的逐步落實以及全球?qū)Νh(huán)境問題的日益重視，摻氫燃燒的火焰結構和流動特征研究更是刻不容緩。本項目擬建立一套燃氣輪機分級旋流燃燒實驗裝置，采用數(shù)值模擬和激光/光學可視化實驗相結合的研究方法，研究噴嘴關鍵幾何與運行參數(shù)對天然氣摻氫火焰結構特征及燃燒特性的影響機制，獲從而得分級旋流噴嘴的優(yōu)化方案，為東方汽輪機摻氫燃氣輪機燃燒室自主研制提供數(shù)據(jù)支撐和理論參考。

本項目旨在研究燃燒器關鍵幾何與運行參數(shù)對天然氣摻氫火焰結構特征及燃燒特性的影響，因此，本項目共分解為三個研究子任務：

(1)通過數(shù)值模擬，建立分級燃燒模型，分析不同工況條件對火焰結構、流場特性的影響規(guī)律；(2)以實驗方法探究不同的結構參數(shù)和操作參數(shù)對火焰穩(wěn)定性和火焰釋熱率分布的影響；

(3)以實驗方法探究雙旋流火焰熱聲振蕩影響因素，包括總當量比、總空氣流量、內(nèi)外旋流器分級比與值班火焰摻混比對甲烷火焰熱聲振蕩特性的影響。

本項目的研究成果有：

(1)在數(shù)值模擬方面，通過RANS方法，采用SSTk-ω模型，分別進行冷態(tài)、熱態(tài)下的計算，完成對不同工況下溫度場、流場的分析；

(2)完成內(nèi)外旋流器、火焰噴口件等的結構設計，并以實驗方法探究不同結構參數(shù)與操作參數(shù)對火焰穩(wěn)定性和火焰釋熱率分布的影響

(3)搭建實驗平臺完成了實際實驗驗證，使用OH自發(fā)光得到火焰結構與流場信息，通過壓力傳感器得到熱聲振蕩過程中的壓力信息，結合多個信息綜合分析得到燃燒時中的相關燃燒狀態(tài)。