SwRI为燃气轮机设计更安全更有效的氢气喷射器

西南研究所正在为用于发电的燃气轮机设计创新的氢燃烧系统。这些设计可防止回火，这是氢燃料燃烧系统中常见的问题，其中燃烧室的火焰进入喷嘴，这可能导致设备损坏。

氢燃料有许多好处，包括在燃烧过程中不产生碳排放。然而，特别具有挑战性的一件事是它具有高反应性，这使得它比天然气或燃气轮机通常运行的液体燃料更难使用。

“对于纯氢燃料，传统的低排放设计极易受到称为闪回的破坏性现象的影响，”SwRI推进和能源机械部门经理Griffin Beck说。“当燃烧室中的火焰闪回喷嘴时，就会发生这种情况，这可能会损坏设备。”

为了解决这个问题，SwRI正在探索在喷嘴内混合空气和氢气的新方法，同时避免回火。这些设计还针对极低的氮氧化物(NOx)排放，是作为支持为工业燃气轮机开发<>%氢燃料燃烧系统的项目的一部分产生的。

“氢是一种如此有吸引力的替代燃料的原因之一是它不会产生二氧化碳排放，但它确实会产生氮氧化物。然而，如果空气和氢气在喷嘴中有效混合，氮氧化物排放会显着降低，“贝克说。

喷嘴的工作原理是通过小的垂直路径将空气与氢燃料混合。这种设计允许空气和氢气快速混合，然后被迫离开喷嘴并以防止回火的流速进入燃烧室。

“当适量的空气和氢气混合得很好时，氮氧化物的排放量非常低，”贝克说。“此外，空气和氢气被迅速挤出喷嘴，以至于燃烧器中的火焰无法向后移动。

喷嘴的设计和分析是通过利用SwRI机械工程和动力总成工程部门员工的丰富经验完成的。跨学科团队的成员依靠计算流体动力学和机器学习工具来生成、分析和优化喷嘴设计。

“为了解决这个问题，我们利用研究所的计算和分析工具来设计和建模这项技术，”贝克说。“我们一直在进行的实际模拟非常计算密集，需要高性能计算集群的整个部分数天才能解决这些计算问题。它让我们的工程师能够采取一些独特的想法，并将其应用于这一挑战。

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