值班燃料比对环管型燃烧室内NO_x生成特性影响

采用数值模拟对环管型燃烧室内NO_x生成规律进行了研究。通过改变值班燃料比获得燃烧室内流场、温度场以及热力型NO_x生成速率的分布。结果表明:随着值班燃料比的增大,中心轴线附近轴向速度有所上升,其他区域速度变化不大;值班火焰温度上升,中心轴线附近高温区范围扩大,高温明显促进了热力型NO_x的生成,其高速率范围基本与高温区重合。因此,在值班燃料比为4.0%~5.5%时,减小值班燃料比有利于降低出口NO_x排放质量浓度。

环管型燃烧室喷雾燃烧DES模拟

为研究燃气轮机燃烧室内复杂的两相三维湍流燃烧问题,采用基于Realizable k-ε模型的分离涡模拟(DES)方法对环管型燃烧室进行喷雾燃烧数值模拟。数值模拟结果表明:DES模拟在燃烧区发挥出大涡模拟(LES)的作用,能获取结构复杂的流场、温度场和涡量场,其对流场内涡结构的捕捉和分辨能力明显强于传统的RANS(雷诺时均N-S方法)模拟。与实验数据对比发现,DES模拟所得燃烧产物含量和燃烧室出口温度分布更符合。因此,DES方法可用于复杂形状燃烧室的燃烧数值模拟,能够避免RANS模型对湍流脉动进行平均处理导致耗散过大、抹平涡结构的缺点,从而可获取更准确的计算结果。

环管燃烧室热态流场的数值计算及性能分析

借助流体计算软件对某环管燃烧室内的热态流场进行了数值分析。气流的湍流流动采用Realizab lek-ε湍流模型进行模拟,用拉格朗日法跟踪油滴的轨迹,非预混PDF燃烧模型模拟气液两相的燃烧过程,辐射传热通过离散坐标模型来考虑。分析了气流流动规律、燃油液滴的运动轨迹、温度场的分布,获得了总压恢复系数、燃烧效率、燃烧室出口的径向温度分布系数等性能参数。计算结果可为环管燃烧室的优化设计提供参考。

燃料重整对环管燃烧室燃烧特性的影响

为了探究等离子催化重整燃料较纯甲烷燃料在环管燃烧室燃烧过程中的优势,本文完成了重整燃料组分的实验测量与环管燃烧室单头部燃烧的数值模拟工作。采用湍流模型Realizable k-ε对环管燃烧室的冷/热态场特性的影响。结果表明:当甲烷空速大于394 mL/(gcat·h)时,燃料热值增加率为正值;对于环管燃烧室,由于重整气燃料中水蒸气含量的增加,导致重整气燃料燃烧时高温区温度低于纯甲烷燃料的高温区温度;同时,相对于采用纯甲烷燃料燃烧,重整气燃料燃烧时的NO_(x)排放量降低了1个数量级。所做研究表明等离子催化协同重整气燃料在环管燃烧室降低NO_(x)排放方面有着更大的潜力。

环管型燃烧室横截面积变化对燃烧及NO_x生成的影响

采用数值模拟方法研究了环管型燃烧室横截面积变化对燃烧室燃烧、流动及燃烧室NO_x生成及排放的影响规律。分析表明:在环管型燃烧室主喷嘴出口形成主回流区,凸台区域形成外部回流区,外部回流区范围较小;随着横截面积增大,主回流区范围增大,温度峰值和高温区范围均有所减小;增大横截面积使得比面积热强度随之减小,燃烧室内温度水平逐渐下降,热力型NO_x生成速率降低,燃烧室出口NO_x排放量下降。

屏蔽套形变对环形间隙轴向流阻的影响研究

针对核主泵屏蔽电机中内冷回路上下支路流量分配的预测问题,研究了屏蔽电机定子屏蔽套变形规律及其对间隙环流轴向流阻的影响规律。采用有限元方法计算了内冷介质高压作用下定子屏蔽套轮廓的圆角沟槽状变形特征,并进行了实验验证。采用计算流体动力学方法研究了界面非圆轮廓形变对间隙流场的影响,通过变参数分析与数学拟合,建立了核主泵屏蔽电机定子屏蔽套形变后的间隙环流轴向流动阻力系数修正模型。该模型的计算结果表明,在屏蔽式核主泵的额定工作状态,驱动电机定子界面轮廓相较于理想状态存在11%的变形,这种变形会导致电机定转子间隙流动轴向沿程压降值下降到无形变间隙的83%左右。

环形流道内周向流对摩擦因子的修正公式

针对屏蔽电动机定转子环形流道内转子转动对其摩擦因子的影响作定量分析.搭建缩尺实验台,实验分析了不同转子转速下定转子间的压力分布规律.实验结果表明:转速的升高会引起压降增大,间隙环流的摩擦因子需要在经验公式上进行修正,分析拟合数据得到了修正系数与切向、轴向雷诺数比值的映射关系,从而推导出了环形流道内考虑周向流动下摩擦因子的修正公式.为了验证该公式的准确性与普遍性,利用计算流体动力学(CFD)软件对缩尺实验台与主泵屏蔽电动机定转子间的流场分别进行仿真,对比数值仿真与该修正公式所求得的摩擦因子,结果表明偏差在合理范围内.

环管型燃烧室火焰筒壁温气热耦合数值模拟

针对某型燃气轮机运行时回流式环管型燃烧室的火焰筒常发生烧蚀和裂纹,需获取其火焰筒壁温分布特点,进行分析以提出改进措施.全面考虑固体导热和辐射传热、气体与固体间的对流换热以及火焰和燃气的辐射,对燃烧室进行三维气热耦合数值模拟计算,获取流场、温度场以及壁温分布信息,并结合实验验证了三维气热耦合数值模拟能够较有效预测火焰筒壁温分布.由模拟结果知该型火焰筒壁温未超过设计值1 223K,但在联焰管与筒体连接处以及多个主燃孔处的温度较高、温度梯度较大,需要对这些部位的冷却方案进行改进.

当量比对环管型燃烧室内NO_x生成特性影响的研究

采用数值模拟方法研究了当量比对环管型燃烧室内燃烧及NOx生成特性的影响,分析了不同当量比时燃烧室内流场、温度场、热力型NOx生成速率分布、出口温度分布系数（OTDF）及出口NOx浓度的变化。模拟过程中,保持空气量不变,通过调整入口甲烷量来改变当量比。研究表明：增大当量比,燃烧室内燃烧反应速率加快,轴向速度升高,高温区域沿径向扩张,其范围明显扩大,热力型NOx生成速率加快,其高速率范围与高温区域重合,出口NOx浓度上升,而OTDF始终处于合理范围内。因此,在当量比为0.48-0.54范围内,适当降低当量比有利于控制出口NOx浓度。

旋流数对某环管型燃烧室内燃烧及NO_x生成特性的影响

采用数值模拟的方法对主喷嘴不同旋流数下某重型燃气轮机环管型燃烧室内流场、温度场和热力型NO_x生成规律进行分析。结果表明:燃烧室内主喷嘴出口形成主回流区,根部贴近壁面处形成外部回流区;值班喷嘴出口处形成中心回流区;值班喷嘴出口扩散火焰区域与外部回流区温度较高,热力型NO_x生成速率明显加快;旋流数增大,主回流区范围增大,外部回流区范围减小,中心回流区消失;燃烧峰值温度略有降低,高温区范围明显减小,热力型NO_x生成速率降低;适当增大主喷嘴旋流数有利于控制NO_x排放。