某重型燃气轮机DLN燃烧室数值模拟-冷态分析

数值模拟是开展燃气轮机燃烧室性能分析的重要手段。本文通过外形3D扫描与内型工业CT扫描构建了某重型燃气轮机天然气DLN燃烧室的完整几何模型。通过对该完整三维建模进行高质量网格划分,并综合燃机循环分析给出的工况参数,开展了数值模拟分析。本文冷态模拟了燃烧室内流场、组分场,分析了空气流量分配特性、主喷嘴燃空掺混特性、速度场分布、总压恢复系数等。结果可为燃气轮机DLN燃烧室的分析与设计提供参考。     

燃气轮机燃烧室三维冷态流场数值模拟

本文针对某燃气轮机环管型燃烧室三维冷态流场的数值模拟问题进行了研究。根据该型燃气轮机燃烧室的设计图纸建立真实的三维计算几何模型;在计算中采用SIMPLE算法,k-ε双方程湍流模型,对其进行了冷态空气流场的数值模拟;通过对各处流场分布的分析,特别是对主要区域各关键截面的流动分析,可以判断出燃烧室设计的合理性,为进一步优化燃烧室的结构设计、改善流场结构,并为开展燃烧室热态流场的数值模拟奠定了基础。     

某重型燃气轮机一级动叶气热耦合数值模拟

数值模拟是开展燃气轮机部件性能分析的重要手段,但是透平动叶工况与结构高度复杂,要开展完整全三维结构的气热耦合分析存在较大挑战。本文通过外形3D扫描与内型工业CT扫描获得了某重型燃气轮机透平一级动叶的关键几何数据,综合燃气轮机整体工况参数分析等相关信息,对一级动叶实现了完整的三维建模并进行了高质量网格划分,然后开展了单排动叶气热耦合数值模拟。计算获得透平气动效率较高,表面平均温度值比较合理,主要高温点也与透平实际烧蚀点比较吻合。相关结果可为透平动叶故障分析与设计改进提供参考。     

燃气轮机燃烧室内部两相流动数值模拟与结构优化

针对燃气轮机低污染燃烧室内部流动的特殊要求，基于燃烧室完整真实几何结构进行三维的冷态模拟和两相流动模拟，分析内部的流动规律以及原始设计中存在的问题。通过改进燃烧室几何结构，得出更加合理的流场分布，从而指导燃烧室的结构优化设计。改进后的数值模拟结果表明：所采取的改进措施的效果明显，所建立的流动分析系统可以进行燃气轮机燃烧室的优化设计。     

掺混孔调整对燃气轮机DLN燃烧室性能影响研究

掺混孔是影响燃气轮机燃烧室出口温度分布的重要设计参数.针对多喷嘴DLN燃烧室开展整体数值计算,探讨了掺混孔尺寸调整对燃烧室性能的影响规律.研究表明,减小掺混孔一方面可使进入燃烧室头部的空气量增多,燃烧峰值温度和平均温度显著下降,有利于改善燃烧特性,另一方面削弱了掺混孔射流卷吸效应,使火焰筒金属壁面的高温区范围大幅缩小....     

湍流燃烧模型对某燃气轮机燃烧室性能计算的影响

针对某型燃气轮机环形燃烧室,通过数值模拟,对比分析了Standardk—ε、RNGk-ε、Realizable k-ε、Standard k-ω、雷诺应力五种湍流模型以及简单概率密度模型（PDF）、有限速率模型、涡耗散模型（ED）、涡耗散概念模型（EDC）四种燃烧模型对环形燃烧室性能计算的影响。结果表明：Realizable k-ε模型模拟的冷态流场与PIV试验测量结果最符合;EDC模型最能合理的模拟燃烧效果,但在预测NOx排放时不如有限速率模型精确。以上结论为后续该型号燃气轮机环形燃烧室的数值计算和设计提供了参考。     

燃气轮机燃烧室内部流场的冷态模拟与优化设计

利用流体分析软件STAR-CD对一个燃气轮机燃烧室的内部流场完整真实的几何结构进行了三维的冷态模拟；得出其内部的流场分布，对其加以分析，找出原设计中存在的问题，并加以改进，得出更加合理的流场分布，从而指导燃烧室的结构设计。改进后的数值模拟结果表明，改进措施的效果是十分明显的，所建立的流动分析系统为燃气轮机燃烧室的优化设计提供了强有力的计算分析工具。     

PG9351FA燃气轮机DLN2．0＋燃烧室烧穿故障分析

杭州华电半山发电有限公司天然气发电工程的燃气轮机共有18个燃烧室,采用DLN2.0 燃烧器,当机组运行到6 440h时,#13燃烧室火焰筒出现烧穿故障.本文对其原因进行了分析,并提出了建议,可供兄弟电厂参考.     

重型燃气轮机燃烧室流动特性研究

为了探究燃烧室流动特性,为燃气轮机燃烧室设计改型、燃气轮机的安全稳定运行及合理的组织燃烧室流场提供参考依据,本文基于某重型燃气轮机分管型燃烧室,建立了预混燃烧模式下燃烧室三维数值仿真模型,采用数值模拟方法研究了燃烧室温度场、压力场、速度场以及主要组分浓度场的分布规律。结果表明:燃烧室旋流喷嘴下游中心区域为局部高温区,在喷嘴射流区存在低温区域,燃烧室中后部温度高于燃烧室头部温度;燃烧室头部压力较大,后部压力分布趋于均匀;燃烧室喷嘴及燃烧室头部区域,回流区域明显;旋流喷嘴附近NOx质量分数最大。     

论PG9351FA燃气轮机的进气加热系统

对PG9351FA燃气轮机的进气加热系统扩大DLN 2.0 燃烧室预混燃烧工作范围和限制压比超限的作用进行了详细地阐述和分析。     

Numerical simulation of a hydrogen fuelled gas turbine combustor

The interest for hydrogen-fuelled combustors is recently growing thanks to the development of gas turbines fed by high content hydrogen syngas. The diffusion flame combustion is a well-known and consolidated technology in the field of industrial gas turbine applications. However, few CFD analyses on commercial medium size heavy duty gas turbine fuelled with pure hydrogen are available in the literature. This paper presents a CFD simulation of the air-hydrogen reacting flow inside a diffusion flame combustor of a single shaft gas turbine. The 3D geometrical model extends from the compressor discharge to the gas turbine inlet (both liner and air plenum are included). A coarse grid and a very simplified reaction scheme are adopted to evaluate the capability of a rather basic model to predict the temperature field inside the combustor. The interest is focused on the liner wall temperatures and the turbine inlet temperature profile since they could affect the reliability of components designed for natural gas operation. Data of a full-scale experimental test are employed to validate the numerical results. The calculated thermal field is useful to explain the non-uniform distribution of the temperature measured at the turbine inlet.     

LDA在燃气轮机燃烧室流场测量中的应用

介绍了激光多普勒测速技术在燃气轮机燃烧室内部流场测试的应用，阐述了LDA的基本原理和模型燃烧室内光学路径的实现方法，同时作者利用双相位多普勒分析仪DualPDA (Cual Phase Doppler Anemometer)对模型燃烧室内部流场进行了二维冷态测试，获得了大量的原始数据，为深入研究燃烧室内部气流特性提供了实验基础。     

ГТЭ_65型_新研制的发电用燃气轮机

对中等功率ГТЭ-65发电用燃气轮机装置研制过程和设计理念,包括热力系统参数的选择、3大部套(压气机、燃烧室和涡轮)的设计及其特点、主要部件的模型和试验台试验、应用的可能性和进一步升级改进的途径做了综述。利用已有的研制成果,使用按比例绘制的方式,对压气机采用了全模拟设计。按照DLN或DLE原理,满足为实现燃料低排放燃烧的一系列条件,设计了低排放环形燃烧室。通过方案比较,采用了4级涡轮设计。除第四级动叶外,涡轮所有叶片都是冷却的。ГТЭ-65是符合当代"F"级技术水准的一型中等功率燃气轮机,既可用于简单循环燃气轮机电站,也可用于基于燃气轮机的蒸燃联合循环电站;既可用于基本负荷运行,也可用于半峰值和峰值负荷运行。     

某重型燃气轮机环型燃烧室的数值模拟

参考现有某重型燃气轮机环型燃烧室,运用FLUENT软件对其喷嘴结构及燃烧室部分进行三维数据模拟及分析,通过数值模拟分析燃烧过程速度、压力、温度等变量的分布规律,以及对燃烧室不同截面的流场分布规律的分析,特别是对主要区域各关键截面的流场分析,从而判断出燃烧室设计的合理性,为进一步优化燃烧室的结构设计、改善流场结构奠定基础.     

多流体模型在燃气轮机燃烧室三维反应流中的应用

对一种模型燃气轮机燃烧室中的三维反应流进行了数值模拟，模型燃烧室的燃料是CH4，燃烧类型是预混燃烧，在数值模拟过程中，采用了Spalding于1995年提出来的多流体模型来对燃烧室中的湍流预混燃烧进行了数值模拟，在数值模拟过程中考虑了辐射问题，采用了六通量辐射模型。通过数值模拟给出了速度，压力，湍流脉动动能，湍流动能耗散率，焓值，湍流粘度，温度，密度，燃烧产物质量分数，氧的质量分数，燃料/空气混合比，燃料质量分数，空间三个方向的辐射热通量以及各种流体的质量分数等变量的分布情况，此外，还采用传统的旋涡破碎模型对此燃烧室进行了数值模拟，并对两种方法的结果进行了分析比较，由分析可以看出多流体模型的结果接近于实际情况，对模型燃烧室进行三维反应流数值模拟的工作为今后对实际燃烧室反应流的数值模拟打下了一定的基础。     

湿度对HAT循环燃烧室旋流扩散燃烧特性的影响

为研究湿度对燃烧特性的影响,采用湍流雷诺应力模型和层流小火焰模型,对湿空气透平(HAT)循环燃气轮机带有旋流器的燃烧室内甲烷扩散燃烧过程进行了数值模拟对比了在4种不同空气含湿量(0、100、200、300g／kg(DA))情况下的燃烧室内部温度场、速度场以及NO组分分布的情况,分析了湿度对HAT循环燃烧室扩散燃烧特性的影响结果表明,加湿降低了整个燃烧室的温度,并使其内部温度分布更加均匀;加湿使燃烧室的NO浓度大大降低;加湿减小了回流区长度。     

Optimization of Gas Turbine Combustor Mixing for Improved Exit Temperature Profile

In this article, a design optimization technique for mixing in a gas turbine combustor is presented. The technique entails the use of computational fluid dynamics and mathematical optimization to optimize the combustor exit temperature profile. Combustor geometric parameters were used as optimization design variables. This work does not intend to suggest that combustor exit temperature profile is the only performance parameter important for the design of gas turbine combustors. However, it is a key parameter of an optimized combustor that is related to the power output and durability of the turbine. The combustor in this study is an experimental liquid-fuelled atmospheric combustor with a turbulent diffusion flame. The computational fluid dynamics simulations use a standard k-? model. The optimization is carried out with the Dynamic-Q algorithm, which is specifically designed to handle constrained problems where the objective and constraint functions are expensive to evaluate. The optimization leads to a more uniform combustor exit temperature profile than with the original one.     

改烧焦炉煤气后燃气轮机燃烧室的改进

为改烧焦炉煤气,对原来燃用天然气的QD128燃气轮机燃烧室进行了改进,重新设计了能使用焦炉煤气和液体燃料的双燃料喷嘴,修改了火焰筒的头部结构,同时减少了火焰筒内壁掺混孔的进气比例.采用计算流体动力学软件Fluent对燃烧室进行了数值模拟计算,并与燃用天然气的原型燃烧室流场、温度场计算结果进行了对比分析.结果表明:燃烧室头部燃烧区存在明显的空气回流能满足稳定火焰的要求.温度场与原型燃烧室基本一致,出口截面温度场品质(OTDF、RTDF)优于原型燃烧室.     

Development of a gas turbine performance analysis program and its application

A general-purpose performance prediction program, which can simulate various types of gas turbine such as simple, recuperative, and reheat cycle engines, has been developed. A stage-stacking method has been adopted for the compressor, and a stage-by-stage model including blade cooling has been used for the turbine. The combustor model has the capability of dealing with various types of gaseous fuels. The program has been validated through simulation of various commercial gas turbines. The simulated design performance has been in good agreement with reference data for all of the gas turbines. The average deviations of the predicted performance parameters (power output, thermal efficiency, and turbine exhaust temperature) were less than 0.5% in the design simulations. The accuracy of the simulation of off-design operation was also good. The maximum root mean square deviations of the predicted off-design performance parameters from the reference data were 0.22% and 0.44% for the two simple cycle engines, 0.22% for the recuperative cycle engine, and 0.21% for the reheat cycle engine. Both the design and off-design simulations confirmed that the component models and the program structure are quite reliable for the performance prediction of various types of gas turbine cycle over a wide range of operations.