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船用低排放塔式分级燃烧室设计与性能研究
| 论文题名： | 船用低排放塔式分级燃烧室设计与性能研究 |
| 关键词： | 船用燃气轮机;塔式分级燃烧室;旋流器;燃烧性能;数值模拟 |
| 摘要： | 随着燃气轮机的发展和广泛的应用，降低燃烧室出口污染物排放逐渐受到了人们的重视，在保证燃烧性能的同时实现低排放燃烧是燃烧室研发设计的发展方向。低排放燃烧室的流场结构、燃烧组织关键在于头部旋流器的设计，不同的旋流器结构对空气的组织方式不同，流场结构对于燃料的燃烧有着很大的影响。 本文采用贫预混燃烧技术，基于原型燃烧室进行头部旋流器结构设计及燃烧室整体方案设计研究，提出了多旋流塔式分级低排放燃烧室(LETCC)方案，通过数值模拟的方式对燃烧室的各项性能进行研究。本文主要研究内容如下: (1)通过经验公式与数值模拟辅助的方式，设计了多旋流塔式分级旋流器结构，按照低排放燃烧室的设计原则，在原型燃烧室火焰筒的基础上进行改型设计，得到塔式分级贫油预混低排放燃烧室。 (2)通过数值模拟的方法对原型燃烧室与塔式分级燃烧室的燃烧性能进行对比，分析了两种燃烧室温度场、速度场以及高温区的差异及原因。结果表明，设计工况下低排放燃烧室的出口NOX排放为45.39ppm，CO排放为34.3ppm，OTDF为27.39％，RTDF为16％。采用贫油预混燃烧技术的塔式分级燃烧室有着良好的燃烧性能、排放性能。 (3)在设计工况下探究了旋向组合方式、主燃级旋流数、塔式旋流器斜径向角以及主燃一级喷油轴向位置对燃烧性能的影响。结果表明，四级旋流器为同旋向、主燃一级旋流数为0.65、主燃二级旋流数为0.9、塔式旋流器斜径向角为45°、主燃一级喷油轴向位置为20mm时，燃烧室有较好的综合性能参数。主燃级同旋向时燃烧室平均温度较低;随着主燃二级旋流数的增大，主回流区的轴向尺寸逐渐减小，径向尺寸逐渐增大;随着斜径向的增大，燃烧室中轴线温度逐渐降低。 (4)对塔式分级低排放燃烧室的变工况性能进行研究。在高工况下，研究了主燃级燃油分级比例对燃烧性能、排放性能的影响。结果表明，在1.0工况，随着主燃级燃油分级比例的增加，出口NOX排放呈逐渐下降的变化趋势，当主燃级燃油分级比例为1.4时，燃烧室出口NOX排放最低为37.15ppm;在0.8工况，燃油分级比例的变化对出口NOX排放影响不大，主燃级燃油分级比例为1.1时，NOX排放较低为13.83ppm。主燃级燃油分级比在1.1附近时，1.0工况和0.8工况燃烧效率最高分别为99.661％、99.653％。 |
| 作者： | 许博文 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 郑洪涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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