锥形燃气轮机燃烧器性能研究

摘要

随着人们对能源的需求的增加和需求种类的多样化，EV燃烧器作为一种低污染排放的燃烧器，得到了越来越多的重视和应用。但是由于技术难度高、专利保护等多方面的原因，造成目前对EV燃烧器的相关研究比较少，为了探究此类燃烧器的尺寸特征及燃烧性能，本文在对EV燃烧器的设计原理进行分析的基础上，自行设计了一种锥形燃烧器，针对所设计的燃烧室的尺寸和结构，利用CFD软件建立数值模型，对锥形燃烧器的性能进行数值模拟研究。
　　本研究通过分析仿真所得到的内部流场的轴向速度分布、燃烧产物的质量分数分布、燃烧效率、出口温度场分布等情况，来研究头部燃气喷管的存在与否、头部燃气喷管的燃气流量、余气系数对燃烧器燃烧以及污染物生成等方面的影响。结果表明:有头部燃气喷管的燃烧器流场对称性更好，更有利于燃烧;在一定范围内，头部燃气喷管的流量越大，内部流场的稳定性越好;但过大的流量会造成温度的升高，从而导致污染物NOx的排放量增加;在一定范围内，余气系数越大，燃烧效率越高，NOx的生成量越小，掺混深度越大，出口流场温度分布越均匀;从内部流场的稳定性来看，当余气系数设置在1.5-2.2之间时，燃烧的稳定性较好，更有利于所设计的燃烧器的燃烧。在仿真的过程中，对锥形燃烧器的结构简化、网格划分、仿真模型的选择，对后续的研究工作具有借鉴意义;同时，本文围绕头部燃气喷管这一结构细节的设计进行的详细对比和流量分析，所用的研究方法及所获得的具体数据，为探讨合适的锥形燃烧器结构提供了重要的参考依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．1．1 国内的能源结构及环境问题现状

1．1．2 氮氧化物的危害及生成机理

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 ABB低NOx燃烧技术及其燃烧器的发展

1．2．2 燃气轮机燃烧室的数值模拟的进展

1．3 本文的研究内容

1．4 本章小结

第2章 锥形燃气轮机燃烧器的研究

2．1 燃气轮机燃烧室的概述

2．2 燃烧轮机燃烧室的结构

2．3 锥形燃气轮机燃烧器的研究

2．3．1 EV燃烧室的介绍

2．3．2 EV燃烧器的设计原理及特点

2．3．3 锥形燃烧器的结构设计

2．4 本章小结

第3章 燃烧室的数学模型

3．1 燃烧的数值模拟概述

3．2 计算流体力学基本方程

3．3 数值模型

3．4 本文数学模型的选取

3．5 本章小结

第4章 燃烧器头部燃气喷管对燃烧的影响数值模拟

4．1 物理模型

4．2 网格划分与流场分析的平面选取

4．3 初始条件

4．4 头部燃气喷管对冷态流场的影响

4．5 热态数值模拟

4．5．1 Plane-A的温度分布

4．5．2 Plane-A轴向速度分布图

4．5．3 CO2质量分数的分布

4．5．4 NOx的生成

4．5．5 燃烧效率

4．5．6 出口温度分布

4．6 本章小结

第5章 头部燃气喷管的流量变化对燃烧影响

5．1 头部燃气喷管射流量对回流区的影响

5．2 头部燃气喷管射流量对燃烧内平均温度的影响

5．3 头部燃气喷管射流量对燃烧室内NOx的总质量分数的影响

5．4 燃烧效率

5．5 出口温度场分布

5．6 本章小结

第6章 余气系数对燃烧的影响

6．1 回流区

6．2 燃烧效率

6．3 余气系数对NOx的生成量的影响

6．4 余气系数对出口温度分布的影响

6．5 本章小结

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢