燃气轮机环形燃烧室内燃烧流动的数值模拟

对一个复杂的GE—F101型工业燃气轮机环形燃烧室，采用Reynolds应力湍流模型(RSM)、EBU—Arrhenius湍流燃烧模型和六通量热辐射模型描述其燃烧流动，应用FLUENT软件进行了三维化学反应流场的数值模拟研究。研究结果表明：旋流和燃料进口射流对燃烧室流内温度和流场分布有着重要的影响；利用数值手段得到燃烧室出口的温度分布以判断其能否满足透平叶片进口温度的要求是可行的；燃烧室工作压强对出口的NO分布有着重要影响。在燃用气体燃料时，燃气轮机的NO排放主要来自于热NO，瞬时NO只占很小一部分。图11参6     

燃气轮机回流式燃烧室内两相流动数值模拟及分析

利用流体分析软件STAR—CD对某回流式燃气轮机燃烧室的内部流场进行了三维冷态数值模拟及两相流反应数值模拟。建立了燃烧室的三维计算几何模型及计算网格,计算了燃烧室的单相流场及喷雾两相流场。在计算中气相采用N-S方程求解,采用高雷诺数κ-ε湍流模型及SIMPISO算法;液相采用Lagrange法处理,采用颗粒群轨道模型。根据计算结果进行流动分析,为进一步进行燃烧室内部燃烧过程的数值计算分析及改善燃烧室的结构设计、降低排放奠定了基础。     

预混燃烧下环境温度对某型燃气轮机燃烧稳定性和NOx排放影响的 数值研究

环境温度通过改变燃烧室入口空气温度进而影响燃气轮机燃烧稳定性和NO_x排放。为了掌握预混燃烧模式下环境温度对燃气轮机燃烧稳定性和NO_x排放的影响规律,本文以某重型燃气轮机燃烧室为研究对象,采用SAS湍流模型和涡耗散概念燃烧模型,通过改变环境温度,对多旋流喷嘴燃烧室预混燃烧模式下燃烧稳定性和NO_x排放进行了数值计算。研究结果表明:在燃气轮机预混燃烧模式下,提升燃气轮机环境温度,有利于提高燃烧室燃烧稳定性;环境温度从0℃上升到30℃,在不调整燃料和空气流量的情况下,燃烧室出口NO_x排放质量分数增加97.8%。     

微型燃气轮机燃烧室性能的数值研究

针对Capstone公司的C30微型燃气轮机的燃烧室，采用κ—ε湍流模型、EBU—Ambenius湍流燃烧模型描述其燃烧流动，采用扩展Zeldivch机制描述HOx生成；应用分区结构化网格和SIMPLE算法求解控制方程，进行了三维燃烧流动的数值模拟研究，同时对燃烧室的整体性能进行了分析。通过数值计算及结果分析，着重研究了环型贫燃预混燃烧室的燃烧组织形式对燃烧室性能的影响，并探讨了流动控制板对燃烧室内燃烧流动和燃烧室出口HOx分布的影响。数值研究的主要目的是配合新型微型燃气轮机的研制，获得微型燃气轮机燃烧室的设计经验，为研制既有高燃烧效率和燃烧稳定性，又有低HOx排放特性的燃烧室奠定基础。     

耦合天然气详细反应机理的三维湍流预混火焰结构数值预测

以具有279机理的天然气燃烧为例,分别采用涡耗散概念EDC湍流燃烧模型、修正的涡旋破碎EBU湍流燃烧模型以及基于时均值的Arrhenius关系,对燃烧室内复杂的湍流反应流进行了三维数值模拟,并对预测结果进行了分析．结果表明,EDC模型可以较好地反映湍流化学作用,并且能够较好地描述各基元反应,从而为工程实际复杂燃烧情况下其有害排放、中间物质、自由基和痕迹物质生成机理的研究提供基础。     

稳态湍流非预混燃烧的小火焰模拟

以甲烷/空气的湍流射流非预混燃烧为对象,建立二维稳态湍流非预混火焰的小火焰模型.利用湍流流动模型和小火焰模型耦合求解,计算出速度、混合分数、温度以及反应标量的摩尔分数在燃烧室内的分布,模拟结果表明小火焰模型能够用来描述燃烧室内燃烧机理.     

微型发动机的燃烧模型和数值模拟

提出了微型发动机燃烧过程的数学模型，并对采用氢气为燃料的微型涡轮机中环形燃烧室内的燃烧，建立了阿累尼乌斯有限反应速率模型，在考虑对流和辐射传热损失的条件下，采用CFD软件包FLUENT进行了数值模拟。根据所得到的模拟结果分析了影响燃烧的主要因素：结构、燃料、质量流率、H2与空气比和壁面材料，提出了克服尺寸减小对燃烧带来的困难的途径。     

垃圾衍生燃料在内旋流流化床中燃烧数值研究

使用FLUENT软件平台,采用非预混燃烧模型、标准k—ε湍流模型以及P-1辐射模型,对垃圾洐生燃料在内旋流流化床中的燃烧特性进行数值模拟研究。通过数值模拟,得到一定工况下炉膛内的温度场、组分场分布,模拟结果与实验数据符合较好。     

等离子发生器燃烧过程的数值研究

用湍流扩散燃烧的简单概率密度函数模型对等离子发生器燃烧流场进行了数值模拟。其中概率密度分布采用函数,使用RNG湍流模型得到了流场各参数同平均混合分数,混合分数脉动均方值的关系图及等离子发生器内部温度、压力、速度、密度、湍动能及各种燃烧产物等一系列湍流燃烧流场的特性参数分布,为研究燃烧室等离子强化燃烧机理奠定了基础。     

基于数值模拟的燃惰气燃烧室的优化设计研究

惰性气体是一种高效、环保、经济的防、抑爆及消防灭火介质,惰气的来源制约了惰气安全防护技术的研究开发.以一种新型燃惰气燃烧室为研究对象,采用了RNGk-ε双方程模型描述湍流流动,随机颗粒轨道模型追踪燃油颗粒运动,考虑了化学反应动力学机制对燃烧的影响,采用了修正的EBU湍流燃烧模型计算燃烧速率,同时采用了离散坐标法表征辐射传热过程,建立了燃烧室三维气雾两相湍流燃烧模型,对燃烧室流动燃烧特性进行了深入数值模拟研究,模拟结果与实验结果的比较表明了数值模型及数值方法的合理性.在数值模拟的基础上对燃惰气燃烧室进行了优化设计,采用了多种强化燃烧技术.对优化设计燃烧室的数值模拟结果表明设计合理,满足设计要求.研究结果为惰气安全技术的开发设计奠定了基础.     

Experimental and numerical analysis of natural bio and syngas swirl flames in a model gas turbine combustor

Turbulent reacting flows in a generic swirl gas turbine combustor model are investigated both numerically and experimentally. In the investigation, an emphasis is placed upon the external flue gas recirculation, which is a promising technology for increasing the efficiency of the carbon capture and storage process, which, however, can change the combustion behaviour significantly. A further emphasis is placed upon the investigation of alternative fuels such as biogas and syngas in comparison to the conventional natural gas. Flames are also investigated numerically using the open source CFD software OpenFOAM. In the numerical simulations, a laminar flamelet model based on mixture fraction and reaction progress variable is adopted. As turbulence model, the SST model is used within a URANS concept. Computational results are compared with the experimental data, where a fair agreement is observed.     

燃气轮机燃油燃烧室改用双燃料流场数值分析

针对燃气轮机燃油燃烧室改成双燃料燃烧室对燃料喷嘴进行一体化概念设计,并采用CFD技术对其双燃料燃烧流场进行数值模拟。针对燃烧室燃用C7H16和裂解气燃料的不同情况,采用标准κ-ε湍流模型、化学平衡条件下的快速化学反应系统和简单概率密度函数（PDF）燃烧模型、液体燃料的喷雾模型以及SIMPLE算法。模拟并对比分析了两种燃料燃烧时的燃烧效率、出口温度均匀性、壁面最高温度以及速度分布等参数随工况变化的趋势,并得出结论：1）不同燃料燃烧时的流场特征基本保持一致;2）裂解气燃料燃烧时,其燃烧效率较高,但出口温度均匀性较差;3）在加入相同焓值的燃料进入燃烧室时,裂解气燃料燃烧得到的出口温度低于燃油的燃烧状态。     

燃气轮机燃烧室流场数值计算研究及分析

对燃气轮机逆流式环形燃烧室,热态三维流场的数值模拟问题进行了研究,建立了三维计算模型,生成了数值计算网格。数值模拟研究表明,改变燃烧室的几个结构参数,可以得到更加合理的流场。通过对关键截面的流动分析,可以判断燃烧室设计的合理性,为进一步优化燃烧室结构设计、改善流场奠定了基础。     

燃气轮机燃烧室与透平交互作用研究进展

当代高性能燃气轮机高温部件燃烧室和透平存在着复杂的流动传热现象.随着燃机透平进口温度不断提高,部件交互作用愈发突出,直接影响到燃烧筒和叶片材料的温度水平.总结了国内外燃机中燃烧室/透平交互作用的研究进展,包括热斑、湍流度、辐射、旋流、尾迹管理等因素,归纳了典型的理论研究、实验研究、数值模拟成果.燃烧室与透平交互作用的机理研究已取得较大进展,在真机工况下的验证与应用仍需开拓.高温部件的实验平台与计算开发是支撑设计体系建设的重要基础.     

某重型燃气轮机环形燃烧室的数值模拟

完成了环形燃烧室从扩压器、旋流器到火焰简完整真实几何结构的建模,并进行三维数值模拟.数值计算采用有限速率/涡团耗散湍流燃烧模型、Realizable k-ε湍流模型、SIMPLE压力速度耦合算法以及二阶精度迎风差值格式.分析了不同负荷对流星分配、出口温度、燃烧效率、压力损失以及污染物排放的影响.在对比现场实测结果后发现...     

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.     

Modelling of combustion performances and emission characteristics of coal gases in a model gas turbine combustor

In recent years, gas mixtures are being used as alternative fuels in combustors. These gas mixtures are obtained by different methods. For instance, coal gasification and carbonization as coal have the largest reserves among fossil fuels. Gas mixtures obtained via coal gasification and carbonization are called water gas, generator gas, town gas and coke oven gas. These fuels contain various gases. As a result of this, heating values of fuels are also different. Therefore, combustion performances and emission characteristics of these fuels need to be investigated. In this study, combustion performances and emissions including CO, CO₂ and NO_X of water gas, generator gas, town gases, coke oven gas and methane were numerically investigated in a model gas turbine combustor. The numerical modelling of turbulent nonpremixed diffusion flames has been performed in this combustor. Mathematical models used in this study involved the k–ε model of turbulent flow, the PDF/mixture fraction model of nonpremixed combustion and P‐1 radiation model. A CFD code ANSYS Fluent was used for all numerical investigations. Temperature distributions of axial and radial directions were determined. A NO_X post‐processor was used for the prediction of NO_X emissions from the gas turbine combustor. Modelling was performed for 60 kW thermal power and different equivalance ratios (i.e. Ф = 0.91, Ф = 0.77 and Ф = 0.67). The studied type 1 model gas turbine combustor was modelled for Ф = 0.91 equivalance ratio. Then, Other equivalance ratios were analysed for type 2 model gas turbine combustor. The effect of dilution air on combustion performances and emission characteristics was also investigated. It is concluded that the coke oven gas, the town gas I, town gas II and the water gas are appropriate for usage as alternative fuel, whereas the generator gas is not suitable for gas turbine combustors. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

旋风炉内气相燃烧及两相流动的数值模拟

在有反应两相流动及煤粉燃烧的全双流体模型（ＰＴＦ模型,ｐｕｒｅ ｔｗｏ－ｆｌｕｉｄ ｍｏｄｅｌ）基础上,采用修正的ｋ－ε－ｋｐ两相湍流模型,对旋风炉内的湍流气相燃烧（甲烷和一氧化碳的燃烧）及在气相燃烧条件下的两相流动进行了数值模拟研究,模拟结果表明,在有燃烧的情况下,在旋风炉的底部存在近壁回流区,该回流区有利于火焰稳定,气粒两相切向速度分布具有类似的Ｒａｎｋｉｎｅ涡结构,该研究为煤粉燃烧的数值模拟     

数值模拟环形燃烧室两相反应流场

在任意曲线坐标系下,采用一种整体分区结合法,对包扩压器和火焰筒在在内的环形燃烧室三维两相反应流进行了数值模拟。所相采用Ｅｕｌｅｒ方法处理,并采用标准ｋ－ε双方程紊流模型、ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ紊流燃烧模型,六通量热辐射模型;液相采用Ｌａｇｒａｎｇｅ法处理。在非交错网格体系下,气相用ＳＩＭＰＬＥ法求解,液相采用颗粒群轨道模型,并用ＰＳＩＣ算法对其进行数值求解,计算结果表明这种新方法是可行的。