用稳流试验台和等折射率技术进行内燃机气缸和燃烧室中紊流运动的研究

本文报导了利用等折射率技术和激光多普勒测速技术在稳态流动模拟试验装置上对直喷式柴油机气缸和燃烧室内的紊流运动所进行的研究。由于在这种情况下激光束在透明材料制成的燃烧室内表面上不再受到折射或反射，所以可以在复杂形状燃烧室内的任一部位进行测量，并可保持高的有效数据率（Ｄａｔａｒａｔｅ）。由于有足够高的数据率，所以有关紊流的一些详细信息，如紊流强度、尺度、高次矩、能谱密度等都可以得到，而这些参数对燃烧都有重要影响。在本研究中对圆柱形燃烧室和方形燃烧室内的流场进行了测量，并获得了令人满意的结果。     

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。     

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。     

柴油机喷雾速度场的激光相位多普勒测试

本文介绍了一种测试柴油机喷雾速度场的新手段－激光相位多普勒测试技术。进行了稳态下喷雾速度场的测试，对测试结果进行了分析，为柴油机喷雾的理论研究提供了试验依据，加深了对柴油机喷雾内部微观情况的了解。     

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。     

燃烧室几何形状对缸内气体流动和发动机性能的影响

本文通过对采用不同燃烧室时缸内流场的计算和分析，研究了燃烧室收口、底部凸台及燃烧室偏心对缸内流场的影响，并通过发动机试验，研究燃烧室几何形状对性能的影响。     

直喷式柴油机复杂形状燃烧室内空气运动的数值模拟和实验研究

本用ＳＩＭＰＬＥ算法在适体正交曲线坐标网格下对直喷式柴油机复杂形状燃烧室（如方形，四角形等）中的空气运动进行了多维数值模拟计算，并与传统中国柱形燃烧室内流动进行了对比。其中方形燃烧室的结果还与激光多普勒测量结果进行了对比，在试验装置中，为了克服激光束在燃烧室内表面的反射和折射造成困难，作采用了折射率匹配技术－工作介质是一种液体，它的折射率与制成气缸，活塞和燃烧室形状的有机玻璃的折射率完全相同，     

大湿度燃烧计算模型及蒸汽喷注对燃烧室燃烧流场特性的影响

基于传统的气态燃烧计算模型针对大温度燃烧室的工作特点作出修正,提出了适于大温度燃烧计算的数学模型,然后就一个具体的注蒸汽燃烧室中的四种蒸汽喷注位置方案对燃烧室内部流场特性的影响进行了对比计算分析,得到了一些规律性结论。     

蒸发混合式汽车燃油加热器燃烧室配风模拟计算及改进设计

对蒸发混合式汽车燃油加热器燃烧室配风系统的结构进行了改进研究。采用k-ε双方程模型，利用FIRE软件，对一台5kW加热器配风系统各层进气孔的直径、数量、位置、旋向等参数对燃烧室内部流场的影响进行了模拟计算和分析，结果发现：燃烧室内中心涡和周向涡并存，后者流速慢，是形成积碳的主要区域。提出了能够扩大中心涡、减小周向涡的改进方案，试验表明，改进方案较好地解决了原加热器一级燃烧室缩口及周壁局部积碳较多的问题。     

喷嘴与安装孔之间的缝隙对微型燃气轮机燃烧室影响的数值分析

为了探究喷嘴与燃烧室壁面安装孔间的缝隙对微型燃气轮机燃烧室流动及燃烧特性的影响,运用三维数值计算软件,对30 kW微型燃气轮机燃烧室在不同面积缝隙下的燃烧过程进行了数值计算,得到了燃烧室内的流场及温度场,并对比分析了燃烧室各处的气体流量分配、燃烧室内部温度分布以及污染物排放量。计算结果表明:缝隙面积的变化对燃烧室内气量分配的影响是全局性的,随着缝隙面积的增大,缝隙内的气体流量增加,燃烧室其它各处的流量则相应减小。在贫燃的条件下,这一过程使得燃烧室内部的整体温度逐渐减低,随之C0的排放量小幅增大。此外,一定范围内的缝隙能够在降低燃烧室整体温度的同时维持火焰形态,有效降低NOx的排放量。     

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。     

某重型燃气轮机DLN燃烧室数值模拟-热态分析

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,并综合燃气轮机循环分析给出的工况参数,开展了数值模拟分析。本文热态模拟了燃烧室内流场、温度场及组分场,发现该型燃烧室喷嘴布置方式存在中心区域不能完全燃烧的风险。研究方法与结果可为燃气轮机DLN燃烧室的分析与设计提供参考。     

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.     

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     

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。     

A chemical reactor network for oxides of nitrogen emission prediction in gas turbine combustor

This study presents the use of a new chemical reactor network （CRN） model and non-uniform injectors to predict the NOx emission pollutant in gas turbine combustor. The CRN uses information from Computational Fluid Dy- namics （CFD） combustion analysis with two injectors of CH4-air mixture. The injectors of CH4-air mixture have different lean equivalence ratio, and they control fuel flow to stabilize combustion and adjust combustor＇s equiva- lence ratio, Non-uniform injector is applied to improve the burning process of the turbine combustor. The results of the new CRN for NOx prediction in the gas turbine combustor show very good agreement with the experimen- tal data from Korea Electric Power Research Institute.     

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.     

Numerical study of an annular gas turbine combustor with dump diffuser

INTRODUCTIONThemainfunctionofagasturbinediffusersystemistoreduceinletvelocityoftheflametubeandtoachieveminimaltotalpressurelossforimprovedcombustionprocesses.Inmoderngasturbinecombustors,thedumpdiffuserhasbeenwidelyused,becausethesuddenexpansionatpre...     

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。     

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.