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燃气轮机燃烧实验段设计与数值模拟
| 论文题名： | 燃气轮机燃烧实验段设计与数值模拟 |
| 关键词： | 燃气轮机;燃烧实验段;结构设计;数值模拟;数据采集系统 |
| 摘要： | 燃气轮机是广泛应用于航空、船舶、汽车、化工、石油和天然气输送等诸多行业领域的高科技现代化动力机械。而燃气轮机中的燃烧室是不可或缺的重要组成部分,因此燃气轮机燃烧室的优化设计可以很大程度上提高燃气轮机性能。 燃烧室的工作过程相对复杂,它是集气体流动、传热、传质以及化学反应于一体的复杂过程,研究较为困难,欲对燃烧室燃烧流场特性进行研究,需要从流场组织,燃烧过程等方面进行系统考虑,由此燃烧实验段的建立对燃烧室设计及研究有着十分重要的意义。根据现今燃气轮机的技术结构发展趋势,为了便于研究燃气轮机燃烧室在燃烧过程中的特点,本文基于环管型燃气轮机燃烧室结构特征设计了一套燃烧基础实验段,其主要功能包括:燃烧流场气体流动特性、燃烧过程中NOx气体排放研究、火焰长度的测量、火焰燃烧温度分布的测量和燃烧场气体组分分布测定等方面。另外,实验段具有实验件可更换、方便测量不同组件结构的燃烧特性等特点。 本文首先对燃气轮机燃烧实验段的功用、结构进行了设计,根据实验段的功能选择了所需要使用的仪器仪表及其型号,然后依据实验条件,通过理论计算给出了实验段的几何尺寸,并利用CFD软件对实验段的燃烧情况进行数值模拟。采用一阶迎风差分格式进行控制方程的离散,离散方程的求解使采用SIMPLE算法,采用标准k-ε湍流模型,快速反应简化的PDF燃烧模型,采用标准壁面函数法来处理壁面。通过对比分析数值模拟结果,在特定实验条件下火焰长度、Nox排放特性等参数来确定实验段尺寸。对以前面工作为基础所确定几何参数的实验段作燃烧热强度、爆燃压力检验、换热等理论计算来确定实验段的最终几何尺寸。在确定了实验段最终几何尺寸、结构特点后,给出其三维结构设计图和二维工程图。在文章的最后以LabVIEW软件为平台,完成了燃烧实验段数据采集系统的设计工作。 |
| 作者： | 倪兰凯 |
| 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： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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