【Ziel】 Angesichts der zunehmenden Energie- und Umweltprobleme erhält Wasserstoffkraftstoff weltweit große Aufmerksamkeit. Wasserstoff ist breit verfügbar, und in Kombination mit der Mikro-Mischverbrennungstechnologie kann eine kohlenstofffreie und niedrigstickoxid-Emission Verbrennung erreicht werden. Ob ein Mikro-Mischbrenner eine stabile und emissionsarme Verbrennung realisieren kann, hängt von den Misch- und Verbrennungseigenschaften von Kraftstoff und Luft ab, weshalb die Untersuchung der Mischcharakteristik des Mikro-Mischbrenners sehr wichtig ist. 【Methode】 Basierend auf einem selbst entwickelten einstufigen Mikro-Mischbrenner wurde mittels numerischer Simulation die Misch- und Strömungseigenschaften innerhalb dieses einstufigen Mikro-Mischbrenners untersucht, das Arbeitsprinzip erforscht und der Einfluss von verschiedenen Versatzdistanzen, Mischlängen, Luftlochformen und Momentumstromverhältnissen auf die Struktur des Strömungsfeldes und die Mischcharakteristik bei geringer Leistung analysiert. 【Ergebnisse】 Die numerischen Simulationsergebnisse zeigen, dass das Erhöhen der Versatzdistanz und der Mischlänge die Mischgleichmäßigkeit verbessert. Mit zunehmender Versatzdistanz wird der Einfluss des Äquivalenzverhältnisses auf die Mischung zunehmend größer, das Erhöhen des Äquivalenzverhältnisses beschleunigt das Verschmelzen der inneren Wirbel, die Intensität der äußeren Schrumpfwirbel nimmt zu; wenn die Mischlänge eine bestimmte Länge erreicht, verlangsamt sich das Wachstum des Gleichmäßigkeitsindexes allmählich, gleichzeitig diffundiert Wasserstoff stark, was eine vollständige Mischung im Mischbereich erschwert; bei geringer Brennstrahltiefe ist die Mischwirkung von Luftlöchern mit kleinem Höhen-Breiten-Verhältnis und kleinem Verhältnis der oberen zur unteren Fläche besser, bei niedrigem Äquivalenzverhältnis erzeugen die inneren Wirbel von dreieckigen Luftlöchern eine starke Saugwirkung auf den Kraftstoff; die Mischgleichmäßigkeit ist das Ergebnis der gemeinsamen Wirkung des Momentumstromverhältnisses und der Wirbelstärke. Im kleinen Querstrom ist der Einfluss des Momentumstromverhältnisses auf den Strahl ausgeprägter als die Wirbelstärke, bei gleichem Momentumstromverhältnis ist die Mischung mit kleineren Luftlöchern besser. Mit steigendem Momentumstromverhältnis zeigt die Kraftstoffverteilung einen Übergang von halbkreisförmig zu tropfenförmig und dann unterhorsförmig. 【Fazit】 Die Ergebnisse dieser Studie sind von Referenzwert für die optimierte Konstruktion und Anwendung der Mikro-Mischverbrennungstechnologie in Mikro-Gasturbinen.

Mikrogasturbine; einstufiger Mikromischbrenner; Strömungseigenschaften; Mischcharakteristik; Gleichmäßigkeitsindex