增程器微燃烧室氢－空气燃烧特性研究

翟国凡，董志强，连晋毅，郭锐

增程器微燃烧室氢－空气燃烧特性研究

翟国凡，董志强*，连晋毅，郭锐

（太原科技大学 机械工程学院，山西 太原 030024）

某新型燃氢微型燃气轮机作为电动汽车增程器，综合了其高效率低排放的特点，燃烧室作为核心部件之一，其性能直接影响整个系统的效能。针对系统要求的燃烧室结构，通过SolidWords对燃烧室结构建模，并以Fluent进行仿真。为使燃烧室达到最佳性能，比较了不同氢/空气当量比下的燃烧火焰和NO分布情况，着重研究了燃烧温度对于NO形成的影响以及燃烧效率和出口处NO排放特性之间的关系，结果表明：在当量比为0.4～0.6时，燃烧效率可达到98.71%～99.04%，出口处NO质量浓度保持在5.36 ppm～20.22 ppm。所得结果对于该燃烧室的进一步设计以及其他微型燃气轮机燃烧室的设计都具有指导意义。

微型燃气轮机；燃烧室；当量比；燃烧温度；燃烧效率；NO排放

前言

目前使氢气转换为汽车动能主要有两种方式：一是氢气用作燃料燃烧做功，二是氢气用于燃料电池。但燃料电池系统通常要求99.99%～99.999%的高纯度氢；而用氢气作为内燃机燃料，既对氢气纯度要求不高，且氢气发动机热效率较高，综合效率与燃料电池效率相当，生产及使用成本低，在使用性能、成本等方面更具优势，在与空气为氧化剂做燃烧反应时，其尾气中的NO是燃烧系统的主要污染物来源[1]。

微型燃气轮机综合热效率在80%以上，作为电动汽车增程器，其功率设定在100 kW，基本技术特征是采用空气轴承连接的向心透平和离心压气机以及三个具有一定弯曲角度的燃烧室结构。……