贫燃预混旋流燃烧器回熄火边界数值模拟

为了预测回熄火边界，采用部分预混燃烧模型对天然气旋流预混燃烧器开展计算流体力学模拟。燃烧室直径60 mm、长160 mm，模拟工况包括空气和体积分数为25%的O2+体积分数为75%的N2 2种氧化剂，旋流器出口轴向速度为0.6~1.5 m/s范围的回火边界，以及1.5~4.5 m/s范围内的吹熄边界。通过回火和吹熄实验数据对模型进行验证，并分析结构参数对回熄火边界的影响。对比了Realizable k-ε模型和雷诺应力湍流模型，结果表明雷诺应力模型对回熄火边界的模拟结果更好。分析了回火和吹熄前后旋流器出口截面Da的变化情况，结果表明不同气流速度条件下回火临界点的1/Da以及吹熄临界点的Da和混合分数具有一定的关系。保持几何旋流数不变，对比分析了3种旋流器进口结构回熄火发生前后的流场变化及回熄火边界的变化，结果表明结构参数对回火和吹熄区间的影响作用相反，存在最优的进口长度和宽度组合使得由回火到吹熄的稳定燃烧区间最大。     

合成气燃气轮机燃烧室CFD模拟的模型选择及优化

采用雷诺平均的计算流体力学方法,通过模拟与燃烧室模态相似的标准旋流扩散燃烧实验以及合成气模型旋流燃烧室实验,分析了4种湍流模型对旋流燃烧及合成气燃烧室的数值模拟结果的影响。对比标准实验的速度、温度以及混合分数等实验数据,讨论不同模型以及参数取值的模拟效果,选取最合适燃烧室内复杂流型预测的realizableκ-ε湍流模型,并对位于湍流动能耗散率(ε)方程源项中的模型常数C2做出修正。耦合相应较为准确的燃烧模型以及反应机理,形成针对合成气燃烧室性能预测的较为理想的模拟方法。开展合成气模型旋流燃烧室燃烧实验,利用形成的数值模拟方法,对燃烧室壁温及NOx排放进行了预测,结果与实验较吻合,验证模拟方法可靠。     

不同充气条件下密相输运床返料系统气固流动数值模拟

采用计算颗粒流体力学对密相输运床返料系统内的气固流动行为进行了数值模拟,分析了曳力模型和颗粒最大堆积浓度等参数对模拟结果的影响,确定了合适的模型参数。通过对比3组工况的模拟结果,获得了与实验结果基本一致的立管压力分布和固体循环流率随充气条件的变化规律,并分析了立管内压力梯度分布、气体流动方向、颗粒浓度分布等。结果表明立管充气口处压力梯度绝对值为局部最大值;当立管充气口气量为零时,会使充气口上方一段距离的压力梯度绝对值较小;充气量增大到一定值时会在充气口附近形成明显的气泡。当缺少立管高位充气时,会导致立管下部区域形成大的压力梯度,增加颗粒下落阻力。充气松动颗粒的作用仅对充气口附近区域有一定影响,更大的作用是在立管内形成均匀的压力梯度分布,使立管内气固流动状态保持上下一致。在制定充气方案时,应根据固体循环流率确定立管压降,补充合适气体量以维持气体下行速度均衡,使得各段的平均压力梯度相同。     

单管微混燃烧器燃料/空气掺混规律研究

为了使应用于燃气轮机的单管微混燃烧器实现清洁燃烧,达到降低污染的效果,采用数值模拟的方法,从影响单管微混燃烧器燃/空掺混均匀性的几何参数入手,分析了几何参数与掺混均匀性的问题,研究了微混燃烧器中非反应流动以及燃/空分配对掺混均匀性的影响,形成了单喷嘴微混设计方案。三维模拟模型基于如下设计参数建立：空气孔径D_a为2～5 m、空气孔间距S为5～11 m、第1排空气孔与燃料主流入口平面距离L₁为3～35 m、流速V为50～70 s。结果表明：混合质量并不直接取决于空气孔直径D_a的大小,而是与燃空射流动量比有关;空气孔间距S对均匀度的影响较小,且与最短预混段长度L呈三次多项式的关系;L₁的长度与预混段长度在给定区间内呈现四次多项式的关系;流速V、空气孔直径D_a、射流深度H三者可呈现出一个函数关系,可由已知量推测未知量的范围。基于上述研究结果,在合适的几何尺寸下,单管微混燃烧器可以得到较高的混合质量,压损较小的情况下,使燃/空掺混均匀性更好。     

提升管与双流化床耦合的全循环气固流动模拟

多床耦合装置可实现不同的化学反应过程和温度匹配,为了理解多床的调节特性和稳定运行范围,采用数值模拟对提升管耦合双流化床的气固流动行为进行了研究.固体循环流率通过上下2个L阀充气进行控制,并且上L阀和下L阀充气量匹配才能保证装置的稳定运行.模拟了多组操作工况,发现稳定运行范围内上L阀和下L阀充气量呈线性匹配关系,固体循环...     

燃气轮机改烧焦炉煤气的适应性研究

AGT-25燃气轮机改烧焦炉煤气具有很好的经济性和市场前景,有必要开展适应性研究,包括焦炉煤气喷嘴、双燃料系统和燃料切换控制程序.对焦炉煤气喷嘴结构进行了数值模拟,选出两种喷嘴结构开展部件燃烧试验,对比确定装机的喷嘴方案.按研究结果更换焦炉煤气喷嘴和双燃料系统,增加燃料切换控制程序,实现了燃气轮机以焦炉煤气为主燃料的工...     

氢气微混燃烧器燃空掺混特性数值研究

实现氢气和空气在氢燃气轮机燃烧室喷嘴管外均匀掺混可以在避免回火的同时实现低NO_x燃烧。为了在喷嘴出口到燃烧之前尽量实现均匀的掺混,通过数值模拟方法计算分析了微混喷嘴出口的流动特性以及燃空来流相互作用对氢气和空气混合的影响,研究了燃空动量比、燃料微孔间隙比、射流高度及混合长度对微混喷嘴冷态燃空掺混的影响。结果表明：掺混效果直接受标准射流深度、邻射流扰动及扩散段旋涡结构的影响。燃空动量比R_m为1.19～1.77时,所达到的标准射流深度可以实现较均匀掺混;间隙比为0.54时,邻射流相互作用会增大射流中心的氢气浓度下降梯度;增加射流高度和混合长度均能降低混合不均匀度;近壁旋涡对的完整发展有利于改善掺混。     

煤粉柔和气化炉内流动特性数值模拟

基于煤粉柔和气化炉的工况特征,采用数值模拟手段研究了喷嘴位置、喷嘴孔径(射流速度)和煤粉平均粒径等对气化炉内气固流场特性、烟气回流比和颗粒平均停留时间等的影响规律。结果表明:柔和气化炉内流场分布主要受二次风喷嘴位置和射流速度的影响,二次风喷嘴位置对流场影响更大;保持一次风和二次风射流速度不变时,随着二次风喷嘴与炉膛中心距离的增加,烟气回流比和颗粒平均停留时间先增大后减小;随着二次风射流速度的增大,烟气回流比增大,而颗粒平均停留时间有所变短;随着煤粉平均粒径减小,烟气回流比变化很小,而颗粒平均停留时间显著延长。     

某燃气轮机燃烧室燃料适应性数值研究

针对某燃气轮机燃烧室的燃料适应性进行了数值模拟，获得了以天然气和16.44、14.65、12.98 MJ/m3（标准状态）3种不同热值煤制气为燃料时的燃烧室性能，并分析了不同燃料工况下的燃烧室流场和温度场特征。结果表明:等热负荷条件下，燃烧室出口温度的均匀性随燃料热值的降低而下降，但是在一定范围内仍然能够满足要求；而在燃料供气压力不变的条件下，燃烧室热负荷随燃料热值的下降而降低，但是出口温度分布的均匀性有所改善。因此，当燃烧室改烧煤制气时，应适当降低负荷运行或对喷嘴结构进行相应调整以保证燃烧室的长时间和稳定运行。     

喷管结构对甲烷微混燃烧特性的影响研究

微混燃烧是一种具有潜力的低污染燃烧技术,而作为基础单元的微管结构对燃烧特性有显著的影响。以单元微管模型燃烧器为对象,在空气预热加压和常温常压2组工况下,使用计算流体力学方法分析了不同微管直径、微管后段长度、火焰筒微管面积比时的甲烷微混燃烧特性。数值模拟结果表明：常温工况的火焰长度明显增长,并且增幅受到微管直径和面积比的影响较大;随着微管直径增大,火焰筒内流场和温度场基本相似,无量纲火焰长度变化不大,但是微管直径更小时2组工况的火焰长度变化更小,具有更好的适应性;随着微管后段长度增加,微管出口湍流强度大幅降低,火焰长度明显增加,2组工况下火焰长度的变化趋势较为一致;随着火焰筒与微管面积比增加,火焰长度有先缩短后增长的趋势,而面积比在4.0～9.0时火焰长度较短,燃烧性能较好。研究结果对燃气轮机燃烧室具有参考价值,对自由射流火焰也有一定的参考意义。