燃气轮机双燃料喷嘴燃油内流场特性仿真分析

作为燃气轮机中的重要部件,喷嘴内部结构直接决定了燃油燃烧和动力输出效率,设计喷嘴结构并开展喷嘴中内流场特性仿真分析成为新型燃气轮机开发的研究重点。使用Solidworks软件对双燃料喷嘴结构进行设计,并对其燃油流道进行数值模拟。利用Fluent软件先对喷嘴燃油的整体内流场进行数值k-epsilon模拟,再使用流体容积法(VOF)方法对喷嘴燃油的核心流道进行数值模拟,研究喷嘴燃油流道的特性。结果显示燃油流道的质量流量、进口流速和核心流道进口流速随着进口压力的增大而增大;雾化锥角会随着进口压力的增加而增大,且当进口压力超过0.5 MPa时,雾化锥角最终会稳定在110°左右;同时结合相关实验数据与仿真数据进行对比。仿真研究为燃气轮机喷嘴的结构改进提供了依据。

3D打印燃气轮机天然气喷嘴的流场仿真分析

开展3D打印天然气喷嘴流场仿真研究,为小型化燃气轮机控制技术的提升奠定基础。利用Solidworks、ANSYS ICEM CFD软件进行3D打印天然气喷嘴模型建模和网格划分,基于FLUENT仿真完成不同压力工况下稳态天然气喷射流场的数值模拟计算。在天然气喷嘴外流场中形成的几何回流区会随着供气压强的增大而消失,中心回流区会随着工况压力的增大而逐渐向下游区域移动;天然气喷嘴的体积流量会先随着供气压强的增大而增大,供气压强大于0.15 MPa时体积流量逐渐饱和趋于平缓;质量流量随着压力工况的增大而呈线性增大;在距离喷嘴出口70mm处的不同压强工况下的不均匀度小于0.37。从仿真上研究天然气的分布以及气流的流动特性为3D打印喷嘴安全稳定运行及合理组织流场提供参考依据,为3D打印技术在燃气轮机制造中的应用提供了理论基础。

燃气轮机离心式燃油雾化喷嘴仿真

开展离心式燃油喷嘴雾化仿真研究,为燃气轮机燃烧提供依据。利用Solidworks、ANSYS ICEM CFD软件进行离心式喷嘴外场建模和网格划分,基于FLUENT仿真完成不同压力工况下瞬态离心式喷嘴外流场数值模拟计算。对离心式喷嘴在无辅助空气作用下和有空气辅助作用下的外流场进行了数值模拟研究,分析其在13个压力点工况下(0.05 MPa、0.1 MPa、0.3 MPa、0.5 MPa、1.0 MPa、1.5 MPa、2.0 MPa、2.5 MPa、3.0 MPa、4.0 MPa、5.0 MPa、6.0 MPa、7.0 MPa)的雾化液滴分布以及性能参数的结果。研究表明:在无空气辅助下,喷嘴的雾化液滴分布都呈圆锥状分布,喷嘴在压力点工况下的整体索太尔平均直径(SMD)以及不均匀度的极大值(极小值)分别为414.54μm(40μm)、0.6709(0.4874);在3个不同空气压力下(10 kPa、14 kPa、20 kPa),喷嘴的雾化液滴分布都呈圆锥状分布,喷嘴在压力点工况下的整体SMD以及不均匀度的极大值(极小值)分别为35.93μm(15.67μm)、0.8387(0.7040)。本文的仿真研究为离心式燃油喷嘴应用到燃气轮机燃烧中提供了依据。