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双燃料喷嘴方案设计与燃烧流场数值模拟
| 论文题名： | 双燃料喷嘴方案设计与燃烧流场数值模拟 |
| 关键词： | 燃气轮机;双燃料喷嘴;燃烧流场;数值模拟 |
| 摘要： | 针对目前地面发电燃气轮机燃用气、液等多种燃料的需要,需对燃气轮机供油系统进行结构改造,其中最主要的是燃料喷嘴的变更。喷嘴性能的好坏将直接影响整个燃烧室的性能好坏,如燃烧效率、污染物排放、燃烧稳定性、温度分布等等。本文针对某型应用于化学回热循环的燃气轮机燃烧室,设计一种新型双燃料喷嘴结构,以满足其单独烧油或裂解气、或两种燃料混烧的需要,为工程上地面发电燃机的燃料系统改造提供参考。 借鉴以往双燃料喷嘴的设计经验,针对化学回热循环中所用燃烧室,在保证火焰筒几何结构不变、出口总焓不变的前提下,提出一种新的双燃料喷嘴设计方案,其中考虑到启动时只能采用液态油这一实际情况,决定油路采用压力旋流这一机械雾化形式,以满足低工况时的雾化要求。 采用VOF方法对离心式喷嘴内部流动过程进行模拟。捕捉到喷嘴内气、液两相界面形状的变化过程,对中心空气涡的形成有更为直观地了解。同时,通过改变旋流室长径比、出口段长径比、旋流室半锥角,以及旋流室与出口段直径比等几种结构参数的大小,得到喷嘴出口处液膜厚度和喷雾锥角的变化规律,为双燃料喷嘴中油路的设计提供借鉴。 利用Fluent软件,对使用新设计喷嘴下的燃烧流场进行数值模拟:采用可实现k-e湍流模型,快速反应简化PDF燃烧模型;采用标准壁面函数方法对壁面进行处理;采用SIMPLE算法求解离散方程,同时采用污染物生成模型对NOx排放进行模拟。结合化学回热循环试验台的实际情况,模拟单独烧裂解气、单独烧油、油与裂解气混烧以及烧油时回注水蒸气等四种情况下的燃烧流场。结果表明:四种工况下喷嘴性能表现良好,满足设计要求;与单独烧油时相比,改烧裂解气后全场最高温度降低,出口温度均匀变好,NOx排放量大幅降低;回注水蒸气后全场温度降低,有效地抑制污染物的形成。 |
| 作者： | 和宏宾 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 谭智勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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