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原文传递燃烧室燃烧流场组织方法研究

论文题名：	燃烧室燃烧流场组织方法研究
关键词：	舰船工程;燃气轮机;燃烧室;流场设计;CFD技术
摘要：	燃气轮机是常用的舰船动力装备,作为其重要部件的燃烧室,它的特性直接决定着燃气轮机的使用寿命和动力性能。燃烧室结构设计多受限于经验、半经验公式法,此方法繁琐、设计周期长,严重地阻碍了其自身的发展。针对此种状况,本文引入一种从一维计算到三维数值校核的燃烧室流场设计方法,通过对某型燃气轮机燃烧室流场的修正验证该方法的可行性,为燃气轮机燃烧室的发展提供了一定的参考。　　本文基于某型燃气轮机燃烧室,在不改变其头部及燃气收集器结构的前提下,使用一维方法对其流场组织形式进行优化。借助CFD技术,对此燃烧室模型进行三维数值计算校核,采用Realizableκ-ε双方程湍流模型,快速反应简化PDF燃烧模型;对控制方程采用二阶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SIMPLEC算法求解离散方程。　　在对燃烧室流场组织形式进行一维优化设计过程中,首先根据CHEMKIN软件的计算特点以及燃气轮机燃烧室的流动特征引入一种燃烧室一维长度校核方法-微元法:参照已知燃烧室的流动特征由易到难地构建了两个燃烧室化学反应器特征网络,使用微元法对每个网络下燃烧室特征区域的有效长度进行计算,并根据已知的燃烧室区域长度确定其各区域的有效长度比。继续使用CHEMKIN软件对网络2的燃烧室特性进行深入分析,通过改变其火焰筒空气配比得到了燃烧室流场特性的变化规律。根据出口Nox排放最低原则重新确定了燃烧室的空气配比,并借助微元法计算得到此配气比下燃烧室的特征尺寸。　　根据确定的燃烧室特征尺寸建立新的燃烧室模型,借助CFD技术对新型燃烧室流场进行三维校核计算。基于火焰筒壁面绝热和导热两种计算工况,分别从燃烧流场的效率、温度、速度、火焰长度等特征对该型燃烧室的可行性进行分析。使用FLUENT软件和化学反应器网络法对该燃烧室的污染物生成及排放进行计算,参照原型燃烧室的出口Nox排放量,确定其最终的出口污染物排放值。计算结果表明:该型燃烧室回流区明显,有利于火焰的稳定传播,出口温度场的最大不均匀度、火焰长度及出口污染物排放均在可接受范围内,壁面温度分布略高,但较为均匀,基本符合设计要求。　　在文章的最后,系统地对以上设计思路进行总结,形成了一套燃烧室流场的一维优化方法。
作者：	于淼
专业：	动力机械及工程
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：	2011
正文语种：	中文