进口喷水对压气机与进气系统流场影响的研究

摘要

近年来世界性的能源危机和环境污染的加剧,以及燃气轮机装机容量的增加和使用范围的扩展,使得改善燃气轮机的性能显得更加重要。目前燃气轮机已广泛应用于电力、石化、天然气输送、铁路运输等重要工业领域。压气机是制约燃气轮机功率提高的最主要因素,其耗功约占燃机涡轮功的1/2～2/3。另外,运行环境温度也会对燃机输出功率产生一定影响,即环境温度每升高1℃,燃气轮机输出功会相应下降0.54～0.90％。因此降低压气机压缩过程温度是提高燃气轮机输出功率非常有效的一种途径。湿压缩技术是在压气机进口或在压缩过程中向被压缩气体喷入液体,利用液体的汽化吸热,来减小压缩功,增大输出功,以此达到改善燃气轮机性能的目的。本文的主要工作有:
　　 1.介绍了商用CFD软件和主要数值计算方法、计算所选用的湍流模型以及所涉及的湍流计算模型以及湿压缩的数值模拟方法中两相流计算模型。
　　 2.进气系统喷雾冷却数值研究。用三维绘图软件Proe建立了燃气轮机进气道的复杂几何结构,然后通过前处理软件ICEM对其进行合理网格剖分,并在CFD软件CFX中建立了用于数值计算的模型。首先对燃机进气道进行了未喷雾的额定工况下的流场进行了计算和分析,对该结构进气道的流场进行分析;又对不同流量点进行了计算,作为与相同计算点的喷雾工况作比较的基础;然后对进气道喷雾冷却流动进行了数值模拟。通过对喷雾和没有喷雾工况的详细比较,得出了燃气轮机进气道喷雾冷却的基本规律。
　　 3.进气系统与压气机喷雾冷却综合模拟。在现在常用的燃机进气喷雾冷却系统中,常常进行过喷雾,也就是喷雾量远远超过使气流在喇叭口出口达到饱和的程度,这样部分水分就会进入压气机内继续完成蒸发,这时压气机内的流动就是湿压缩流动。所以对进气系统和压气机进行了联合的模拟研究,以探索水分蒸发的整个过程的机理,以及过喷雾对进气道和压气机气流流动和性能的总体效果。