【摘要】：當前我國環(huán)境危機凸顯,能源利用效率低下、不合理的弊端日益嚴重,燃氣輪機作為國之重器,成為我國現(xiàn)階段大力開發(fā)研究的重點。其中低排放燃燒技術作為燃燒室的核心技術,是權衡燃氣輪機性能的重要指標,已成為燃氣輪機產(chǎn)品市場競爭的焦點。目前,燃氣輪機雙燃料燃燒室燃燒技術是改進燃燒室低排放燃燒技術的前沿方向,本文在現(xiàn)有船用液體燃料燃氣輪機的基礎上,通過理論分析、結(jié)構(gòu)設計和數(shù)值模擬,全面深入開展燃氣輪機雙燃料燃燒室性能研究,以滿足燃氣輪機燃燒室低排放的要求。根據(jù)雙燃料燃燒室3種NOx生成機理,對影響NOx生成的關鍵因素進行了分析,得出NOx生成主要取決于燃燒室主燃區(qū)當量比,以及燃料與空氣的混合均勻性。由此為雙燃料燃燒室的改造提供了理論依據(jù)。此外,建立了基于不同主要影響因素的NOx排放預估方法,以及不同工作原理的NOx排放控制方法,確定了適用于本文研究的貧燃預混與注蒸汽燃燒方式結(jié)合的NOx排放控制方法。研究了低排放雙燃料燃燒室的設計方法。建立了燃燒室空氣流量分配原則,以及雙燃料噴嘴的進氣分配原則。并基于以上原則,給出了燃燒室的空氣和燃料分配結(jié)果,以及燃燒室的火焰筒和旋流器噴嘴的結(jié)構(gòu)設計結(jié)果,對改造后的雙燃料燃燒室性能進行了預估。結(jié)果表明,雙燃料燃燒室的各項性能滿足設計要求。建立了雙燃料燃燒室三維數(shù)值模擬幾何模型,分析了不同旋流器旋向、不同噴嘴矩、不同裂解氣工況和不同注蒸汽量下對雙燃料燃燒室的性能影響。結(jié)果表明,在左旋45°的旋流器旋向下,相比較于左旋30°旋向,燃燒室火焰結(jié)構(gòu)更加合理,出口溫度場品質(zhì)滿足設計要求;在4種不同噴嘴距下,本文設計的雙燃料燃燒室最佳噴嘴距為38.764mm,在此噴嘴矩下的燃燒室燃料能夠充分預混燃燒,有利于進一步探究提高燃燒室性能;隨燃料裂解工況的增加,燃燒室火焰組織情況從最初主要分布于主燃區(qū)后移到燃燒室出口處,出口溫度場均勻性變差,60%和80%裂解工況下壁面溫度分布相似且相差不大,而100%裂解工況下壁面溫度由于火焰后移,主燃區(qū)壁面溫度下降明顯;隨注蒸汽量的增大,注蒸汽對燃燒室火焰的影響逐漸增大,從10%至50%工況可以看出燃燒區(qū)高溫區(qū)集中于火焰筒頭部區(qū)域,隨回注蒸汽量的增加,蒸汽量對燃燒影響增強,火焰出現(xiàn)較大的后移,當達到250%注蒸汽量工況時,反應主要集中在摻混孔附近及靠近出口處的區(qū)域,使出口溫度不均勻度顯著增大。本文提出了燃氣輪機雙燃料燃燒室低排放燃燒技術的模擬研究方法,并利用CFD軟件對所設計的雙燃料燃燒室進行了數(shù)值模擬,對燃氣輪機燃燒室的改造以及CFD在燃氣輪機雙燃料燃燒室的應用都有重要意義。
【圖文】：

火焰筒結(jié)構(gòu)示意圖

圖 3-2 火焰筒壁面冷卻孔示意圖Fig.3-2 Schematic diagram of the cooling hole on the wall of the flame tube
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK471

【參考文獻】

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1 王丹丹;王成軍;吳振宇;;RQL模型燃燒室數(shù)值研究[J];航空發(fā)動機;2011年05期

2 周君輝;王力軍;;多旋流LPP影響燃燒特性的數(shù)值分析[J];沈陽航空航天大學學報;2011年03期

3 金義;何小民;蔣波;;富油燃燒/快速淬熄/貧油燃燒(RQL)工作模式下駐渦燃燒室排放性能試驗[J];航空動力學報;2011年05期

4 光輝;許全宏;朱菁;林宇震;;一種離心噴嘴多孔蒸發(fā)管的蒸發(fā)率實驗[J];航空動力學報;2011年02期

5 周君輝;王力軍;;燃燒室貧油多旋流預混合預蒸發(fā)特性數(shù)值研究[J];航空發(fā)動機;2011年01期

6 劉殿春;董玉璽;尚守堂;程明;尚明智;;單環(huán)腔中心分級燃燒室流場數(shù)值模擬[J];航空動力學報;2010年06期

7 王少林;王力軍;;RQL新概念燃燒室氣動特性的數(shù)值研究[J];沈陽航空工業(yè)學院學報;2009年05期

8 吳海濱;;M701F燃機的燃燒室壓力波動監(jiān)視系統(tǒng)[J];燃氣輪機技術;2009年02期

9 鄧甜;王方;黃勇;;多點噴射燃燒室冷態(tài)流場特性研究[J];工程熱物理學報;2008年05期

10 彭云暉;林宇震;許全宏;劉高恩;;雙旋流空氣霧化噴嘴噴霧、流動和燃燒性能[J];航空學報;2008年01期

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1 劉聰;不同進氣環(huán)境下微型燃氣輪機燃燒及污染物排放特性研究[D];中國礦業(yè)大學;2015年

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本文編號：2681715