湍流脉动性能对短环形燃烧室燃烧流场的影响

摘要

燃气轮机技术的发展对燃烧室提出了更高的要求,容积热负荷越来越高,长度尺寸减小,工作环境愈加恶劣。燃气轮机燃烧室的燃烧流场通常处于高雷诺数的湍流流动状态。旋流器作为其主要部件之一,其结构变化会引起下游流场的湍流脉动性能的变化,进而影响燃烧室的整体工作性能。因此,研究湍流脉动性能对燃烧流场的影响有着重要的意义。本文针对某型航空燃气轮机短环形燃烧室进行了三维物理模型的建立,通过对其主要组成部件的结构优化改进,研究讨论了该型燃烧室在容积热负荷增加的工况下的工作特性,得到了良好的设计结果,为燃气轮机短环形燃烧室的设计提供了参考和借鉴。
　　本文首先依据燃烧流场的特点,利用CKEMKIN软件构建了燃料燃烧室的初步化学反应器网络并以此确定最佳空气配比,再利用微元法得出各个反应区的体积以确保火焰筒内可以提供足够的反应空间。取整体燃烧室的二十分之一作为研究对象,根据燃烧室的尺寸限制要求建立了其三维物理模型,其中扩压器采用短突扩扩压器,旋流器选用双级斜切径向旋流器。在容积热负荷增加的工况下,利用Fluent软件对燃烧室进行数值模拟,得到了初始模型热态流场的特点并在此基础上进行结构改进和优化。本文主要针对旋流器的工作性能展开了细致的研究,考察了其在不同结构尺寸下的对燃烧流场的影响。在利用Fluent进行燃烧室三维数值计算时,采用Realizablekε双方程湍流模型,EDC燃烧模型,CONE喷嘴来模拟喷油雾化的过程。采用颗粒群轨道模型来描述液相油滴的运动轨迹和变化历程。对控制方程采用迎风的差分格式进行离散,壁面处理采用标准壁面函数法;采用SIMPLE算法求解离散方程。
　　本文整个研究过程表明,旋流器的结构变化会引起主燃区湍动能、湍流强度等性能以及主回流区尺寸的变化,对燃烧室的性能有较大的影响。得出双级斜切径向旋流器采用同向旋流,一级斜切孔切角为60°、孔数为8个、孔径为5mm,二级旋流叶片宽度为6.5mm、叶片数为10个、安装角为70°的情况燃烧效果更好。本文得出的工作结论对于以后的燃烧室设计和模拟具有一定的借鉴意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究进展

1.3 本文主要内容

第2章 燃烧室数学模型及模拟方法

2.1 引言

2.2 基本控制方程

2.3 湍流流动模型

2.4 湍流燃烧模型

2.5 离散相模型

2.6 边界条件

2.7 本章小结

第3章 燃烧室配气分析

3.1 引言

3.2 CHEMKIN软件结构及各反应器介绍

3.3 燃烧室流场一维设计方法的确定

3.4 燃烧室流场主要反应区域的特性分析

3.5 燃烧室流场一维特征分析

3.6 本章小结

第4章 短环形燃烧室旋流器结构优化

4.1 引言

4.2 短环形燃烧室几何模型建立及其网格划分

4.3 燃烧流场的评定参数

4.4 初始模型燃烧室数值计算结果分析

4.5旋流器结构设计参数

4.6湍流模型和燃烧模型的对比分析

4.7 斜切径向旋流器旋向对燃烧室的影响

4.8 一级斜切孔结构参数对燃烧室的影响

4.9 二级旋流叶片结构参数对燃烧室的影响

4.10本章小结

第5章 湍流脉动性能对短环形燃烧室燃烧流场影响分析

5.1 引言

5.2旋流器旋向对湍流脉动性能的影响

5.3 一级斜切孔对湍流脉动性能的影响

5.4二级旋流叶片对湍流脉动性能的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢