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环形燃烧室贫油熄火极限研究

作　者: 张曦
导　师: 杨家龙
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 轮机工程
关键词: 环形燃烧室贫油熄火极限旋流器数值模拟
分类号: TK473
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

燃烧室的贫油熄火油气比是燃烧室工作稳定性判定的重要指标，对影响贫油熄火油气比的因素进行探究，能够为燃气轮机燃烧室的优化设计提供参考。本文使用Pro/e4.0软件进行了环形燃烧室的结构设计，然后利用ANSYS ICEM和FLUENT进行了网格划分和数值模拟工作。作者比较了国内外文献提出的燃烧室贫油熄火极限的三种预测方法（燃油稳态逐次逼近法、回流区熄火节点速度法及特征截面特征参数法），并与实验值进行对比，发现燃油稳态逐次逼近法能够对贫油熄火极限能进行很好的预测，因此本文采用该方法进行贫油熄火极限的数值计算。本文比较了旋流器一二级旋向、旋流器结构参数、进口气流参数和油滴平均直径对某型环形燃烧室贫油熄火极限的影响规律，通过比较发现：旋流器一二级呈反向布置时燃烧室的贫油熄火极限比同向布置时高；贫油熄火油气比随一级斜切孔的流通面积的增加而增加，随斜切孔与轴线夹角的增加而减小；随二级旋流叶片安装角的增加逐渐降低；文氏管喉道直径和喉道距文氏管出口的距离对贫油熄火油气比几乎没有影响；随进口气流速度的增加，贫油熄火油气比逐渐下降；油滴平均直径从30μm到70μm变化时，贫油熄火油气比几乎不随油滴平均直径的变化而变化、油滴平均直径从70μm到90μm变化时，随着油滴平均直径的增大，燃烧室贫油熄火油气比大幅降低；当油滴平均直径大于90μm时，随着油滴平均直径的增大，贫油熄火油气比迅速升高。通过本文的研究，确定了适合环形燃烧室数值模拟的湍流燃烧模型，明确了不同贫油熄火极限预测方法的优劣，得到了重要参数对某型环形燃烧室贫油熄火极限的影响规律，为燃气轮机燃烧室的设计提供了一定的参考。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 研究的目的和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 燃烧室数值模拟的国内外研究进展  11-13
    1.2.2 熄火极限国内外研究进展  13-14
    1.2.3 旋流器结构对湍流燃烧性能影响的国内外进展  14-15
  1.3 本文主要研究内容  15-17
第2章燃烧室模拟的数学模型  17-27
  2.1 数学基本方法和基本算法  17-19
    2.1.1 基本定律  17-19
    2.1.2 求解方法  19
  2.2 湍流模型  19-21
    2.2.1 湍流基本理论  19-20
    2.2.2 双方程模型  20-21
  2.3 燃烧模型  21-25
    2.3.1 简单化学反应系统  21
    2.3.2 快速反应的假定  21-22
    2.3.3 混合分数与守恒标量  22-23
    2.3.4 概率密度分布函数  23-25
  2.4 离散相模型  25-26
    2.4.1 颗粒轨道模型  25
    2.4.2 雾化喷嘴模型  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章燃烧室结构分析、建模、网格及数值模拟  27-42
  3.1 环形燃烧室结构分析  27-28
    3.1.1 燃烧室基本部件  27-28
    3.1.2 斜切径向双级旋流器雾化喷雾装置的作用  28
  3.2 环形燃烧室建模及网格划分  28-34
    3.2.1 环形燃烧室建模  28-30
    3.2.2 网格划分方法介绍  30-32
    3.2.3 环形燃烧室网格划分  32-34
  3.3 燃烧室燃烧过程的数值计算方法  34-36
    3.3.1 计算域的处理  34
    3.3.2 基本方程的离散  34-35
    3.3.3 算法  35-36
  3.4 湍流燃烧模型的对比分析  36-41
    3.4.1 边界条件  36-37
    3.4.2 不同湍流燃烧模型下模拟结果对比  37-39
    3.4.3 不同湍流燃烧模型下的燃烧效率对比  39-41
    3.4.4 对比结论  41
  3.5 本章小结  41-42
第4章贫油熄火极限预测方法对比研究  42-56
  4.1 引言  42
  4.2 非预混燃烧的预处理  42-44
  4.3 贫油熄火极限预测的三种方法  44-47
    4.3.1 燃油稳态逐次逼近法  44-46
    4.3.2 回流区熄火节点速度法  46
    4.3.3 特征截面特征参数法  46-47
  4.4 三种方法的对比分析结果  47-55
    4.4.1 使用燃油稳态逐次逼近法的模拟结果  47-51
    4.4.2 使用回流区熄火节点速度法的模拟结果  51-53
    4.4.3 使用特征截面特征参数法的模拟结果  53-55
    4.4.4 对比分析及结论  55
  4.5 本章小结  55-56
第5章贫油熄火极限的影响因素分析  56-68
  5.1 引言  56
  5.2 旋流器旋向对贫油熄火极限的影响  56-59
    5.2.1 不同旋向旋流器结构参数  57-58
    5.2.2 数值模拟结论  58-59
  5.3 旋流器结构参数对贫油熄火极限的影响  59-64
    5.3.1 不同方案参数及边界条件  59-60
    5.3.2 一级旋流器结构的影响  60-62
    5.3.3 二级旋流器结构的影响  62-64
  5.4 进口气流参数对贫油熄火极限的影响  64-66
    5.4.1 进口气流速度的影响  64-65
    5.4.2 进口气流温度的影响  65-66
  5.5 油滴平均直径对贫油熄火极限的影响  66-67
  5.6 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-77
致谢  77

环形燃烧室贫油熄火极限研究

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