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。     

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。     

燃烧室形状和位置对柴油机缸内空气运动的影响

本文利用多维数值模拟方法，进行了３个柴油机燃烧室方案下缸内三维流场的计算。系统地分析了燃烧室形状和位置对缸内流场的影响。计算表明，挤流和涡流的相互作用将使缸内涡流呈现非对称结构。     

采用热-流耦合方法对火焰筒壁温三维数值模拟

考虑了流场变化对换热的影响,使用热-流耦合方法,对某型燃烧室整个流场、温度场进行完全的数值模拟。该方法对流场和固壁内换热进行耦合计算,得出了三维燃烧室壁温分布。计算中,对完全发展的湍流燃气采用了标准“k-ε”湍流模型,运用DO模型计算了燃气的热辐射,燃烧模型使用涡-耗散模型来计算化学反应速度,固壁材料使用了变比热和变导热系数。数值模拟结果表明流场与固壁相互作用得更充分,能更精确地反映流场和温度场的整个形态,可以模拟出较为合理的流场和温度场分布以及相应的流动换热特性。     

STIG燃烧室流场特性的数值研究

介绍了大湿度燃烧计算模型及ＳＴＩＧ燃烧室流场计算的数值方法,并就不同蒸汽喷注方式对燃烧室流场特性的影响情况进行了广泛的数值模拟研究,得出了一些规律性的结论。图８参７     

某重型燃气轮机燃烧室燃烧性能的数值模拟

对某重型燃气轮机的燃烧室分成火焰筒头部、全尺寸火焰筒、过渡段三部分进行了热态的数值模拟研究。对火焰筒头部采用轴向旋流器、不等间距喷燃孔等结构的燃烧室进行计算,得到了燃烧室的三维流场分布及温度分布。研究了旋流器安装角变化对燃烧性能的影响。计算结果很好地反映该重型燃气轮机燃烧室燃烧流动特点,为重型燃气轮机燃烧室的设计开发提供了重要参考。     

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。     

内燃机缸内空气运动的三维数值模拟

本文对内燃机进气和压缩过程中的缸内流场进行了三维数值模拟计算,得到了合理的结果.这些结果表明,从多维数值模拟,可以获得较大的信息量,能够较好地反映几何形状的影响.计算中发现,在进气过程后期和压缩过程中,燃烧室内的涡流中心存在着进动现象.由于燃烧室的偏置,挤流和涡流的相互作用将使燃烧室内的涡流呈现非对称结构;反喷或逆挤流主要集中在燃烧室边缘上.     

燃油的喷射雾化燃烧对柴油机缸内空气流动影响的研究

将柴油机缸内气体与全体燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到缸内流动计算的壁面边界条件。利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE,在进气压缩过程流动三维瞬态数值模拟基础上,对6110柴油机喷雾燃烧过程缸内三维非稳态流动进行数值模拟研究,着重分析燃油喷射、雾化、燃烧对缸内流动的影响。研究结果表明喷雾燃烧过程中燃油的喷射流动直接影响到缸内流场的总流型,在一定空间内完全打破缸内大的旋流流场。     

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.     

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。     

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。     

进气畸变对回流燃烧室性能的影响研究

针对燃气轮机实际运行过程中不同火焰筒之间的空气流量畸变问题,以回流燃烧室为研究对象,开展三维数值模拟,分析进气流量改变对燃烧室多物理场分布特征和燃烧室性能的影响。结果表明：进气流量偏离理想设计对燃烧室回流区结构、温度场、总压恢复系数和燃烧效率等参数产生不利影响,而对燃烧室空气流量分配比例、主燃孔和掺混孔射流深度等参数的影响不明显;随着进气流量的减小,燃烧火焰拉长,燃烧室出口温度均匀性变差,燃烧效率急剧降低。     

Three-dimensional analysis of a plate methanol steam micro-reformer and a methanol catalytic combustor with different flow channel designs

Three-dimensional models of a plate methanol steam micro-reformer and a methanol catalytic combustor with parallel flow fields and serpentine flow fields have been established. The effects of the flow field design and the fuel flow rate on the methanol conversion and transport phenomena in the micro-reformer were investigated. The results revealed that the methanol conversion of the micro-reformer with the serpentine flow field and the combustor with the serpentine flow field has been optimized as a result of improved thermal management in the micro-reformer with combustor. With a change in flow field design from the micro-reformer and the combustor with parallel flow fields to the micro-reformer and combustor with the serpentine flow fields a wall temperature increase from 225 °C to 237 °C was observed. The methanol conversion of the micro-reformer with the serpentine flow field and the combustor with the serpentine flow field could be improved by 23% relative to the employment of a parallel flow field. A numerical model provided an efficient way to characterize the transport phenomena within the micro-reformer and combustor; the results will benefit the future design of plate methanol steam micro-reformers with combustors.     

Experimental Investigations on NOx Emission and Combustion Dynamics in an Axial Fuel Staging Combustor

Axial Fuel Staging(AFS)technology is an advanced low-emission combustion method in modem gas turbine,which divides the combustor into two axially arranged combustion zones.For revealing the characteristics of axial staged combustion,an industrial-grade combustor was designed and built.The distribution of temperature and velocity field in the combustor was presented with numerical simulation.And an Atmospheric Combustor Test Rig for axial staged combustion was built.The flow resistance characteristics of the combustor were measured at first.Then the effects of the equivalent ratio and the preheating temperature on the pollutant emission and combustion instability were investigated.The results show that the total pressure recovery coefficient in cold state is always above 98%;starting the secondary combustion at low load can reduce NO emissions by 50%,and can suppress the combustion oscillation amplitude of the combustor.At the design point with φ=0.62 and preheating temperature=400°C,NO emission and CO emission are 15.68 and 4.22 mg/m³(@15%O₂).     

大加速度场中层流扩散火焰流场的数值计算

通过对大加速度场中层流燃烧室流场的数值计算,建立了大加速度场中二维层流燃烧的数学模型,对控制方程组进行离散,采用SIMPLE算法和交错网格设计并调试程序。在调试成功的程序上对甲烷和空气在大加速度场中的扩散燃烧过程进行了数值模拟。计算结果表明,沿燃烧室轴线方向的均匀大加速度场会对扩散火焰的速度场和温度场等产生明显影响。一方面使得燃料与空气的扩散混合过程得到强化,扩散火焰的形状变短变粗,火焰面温度升高．因而能够提高其燃烧速度;另一方面,由于浮力作用驱动高温气流的流动方向与燃料射流的方向相反,将形成一种不稳定的流场结构,并同时诱发燃烧过程的不稳定。     

垃圾填埋气焚烧火炬的数值模拟

采用数值模拟方法研究了填埋气焚烧火炬内部的流动燃烧情况.通过对不同形状流道的计算,对不同燃料喷嘴在不同工况下的燃烧提供了满足设计要求的流场,计算结果和试验数据吻合较好.采用的计算方案适用于研究变负荷、变组分的低热值气体燃烧装置,可为此类装置的工程设计提供依据.     

某型低排放燃烧室喷嘴结构优化研究

为提高干低排放燃烧室火焰稳定性,对某燃气轮机干低排放燃烧室喷嘴进行了结构优化,增加了中心预混值班喷嘴,同时对燃料分配进行调整,分析了值班火焰对燃烧室的火焰稳定性和污染物排放的影响。计算结果表明：值班路过量空气系数为1.5,两级旋流过量空气系数相同时,可有效拓宽燃烧室贫燃熄火边界,同时保持较低的污染物排放。最后通过试验测试了燃烧室的贫燃熄火特性和压力脉动特性,初步验证了值班喷嘴结构对稳定燃烧的作用。