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斯特林发动机用燃气燃烧器设计研究

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斯特林发动机用燃气燃烧器设计研究

作者:来跃深高慧岭刘建设

来源:《科技视界》2014年第01期

【摘要】目的:为确保外燃式斯特林发动机长时间稳定工作,设计一种能够对该发动机

热腔端口均匀加热的燃气燃烧器。方法:采用轴向弯曲叶片使空气流强烈旋转,燃气经分流器分成8股细流垂直喷入空气旋流,并配合喇叭形火道与合理的炉膛结构。为验证此种燃烧器加热效果,应用Fluent14.0对其三维流场进行数值模拟。结果:仿真结果显示,燃烧器火焰较短,炉膛底部温度均匀,NOx发生量低于国家标准,燃烧充分。结论:研究结果表明,此种

结构形式的鼓风旋流燃烧器能在炉膛很大平面内造成均匀的温度场,能够满足对斯特林发动机热腔端口的均匀加热。

【关键词】燃烧器;旋流;叶片;数值模拟;温度场

外燃式斯特林发动机加热方式比较灵活,即可以使用传统的化学燃料,又可以使用太阳能、生物质能等。燃气加热具有热效率高、可靠性强、污染小等优点,考虑采用燃气加热装置实现对斯特林发动机热腔端口的均匀加热,驱动斯特林机长时间稳定工作。

燃气燃烧器是用来提供热源的装置,是燃气炉核心部件,其性能好坏直接影响着加热炉的各项经济技术指标。目前国内外学者对燃烧器的研究主要从如何强化燃烧过程和减少氮氧化物发生量两点出发,采用实验和计算机数值模拟两种方法。本文设计了一种鼓风旋流式燃烧器,并对燃烧温度场进行仿真分析,结果表明该燃烧器能够满足对斯特林发动机热腔端口的均匀加热。

1 设计思路

斯特林发动机的热腔端口为圆盘形,受热部位直径为400mm,厚度为83mm,其它部分需要隔热防护,如图1所示。为实现对其均匀加热,可以使所设计的燃烧器喷出的不是直焰而是紧贴炉壁向四周均匀伸展的圆盘形火焰,能在很大平面内造成均匀的温度场,并具有很强的辐射能力。该燃烧器主要以对流方式传热给炉墙,以辐射方式传热给热腔端口,有利于强化炉内传热过程和实现均匀加热,避免对热腔端口过烧,在工艺允许的条件下可提高加热速度,缩短端口与燃烧器的布置距离,缩小炉膛宽度,提高炉子工作效率和节约燃料。

图1 热腔端口

Fig.1 Thermal cavity port

2 燃烧器结构设计

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