本文關鍵詞：微型燃氣輪機環(huán)形燃燒室的數(shù)值模擬與研究

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【摘要】：我國廣大農(nóng)村擁有十分豐富的生物質能源。開發(fā)能高效、清潔地利用生物質能的新型裝置,普及生物質能利用已成為現(xiàn)代農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展的必由之路�；谏镔|氣的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)非常適合我國分散式、小規(guī)模生物質能的高效利用,產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。同時,該項目的實施可有效改善農(nóng)村用能結構,解決局部環(huán)境污染等問題,對于建設資源節(jié)約型、生態(tài)環(huán)保型社會將起著重要而積極的作用。微型燃氣輪機發(fā)電機組是分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的主要動力裝備。燃燒室作為燃氣輪機的重要部件之一,其性能對燃氣輪機的效率、穩(wěn)定性、燃料適應性和排放具有重大影響。對燃燒室內部的流動和燃燒過程進行深入研究,有助于更好地組織燃燒過程,優(yōu)化燃燒室結構,實現(xiàn)高效超低排放燃燒。首先,基于Capstone C65微型燃氣輪機的真實結構,利用三維造型軟件UG NX建立了燃燒室全尺寸三維模型。并利用商業(yè)CFD分析軟件Fluent分析了啟動工況和滿負荷工況下冷態(tài)流場和貧燃天然氣預混燃燒的過程,得到了燃燒室的流動特性和NOx排放特性。其次,研究了不同成分的生物質氣在該燃燒室內預混燃燒的特性,得到了相同燃燒溫度下不同成分的生物質氣所需流量,給出了燃燒室內溫度分布場和NOx排放,并與天然氣貧燃預混燃燒性能進行對比,并提出了燃燒不同生物質氣燃燒室的優(yōu)化方案。最后,本文介紹了催化燃燒在燃氣輪機燃燒室中的應用,并針對催化劑活性成分在高溫下易燒結、失活的情況,提出用高導熱材料填充陶瓷載體,以提高載體的導熱性能,及時除去反應熱。引入格子Boltzmann方法,構造了單元幾何物理模型,從微觀傳熱的尺度研究計算了填充物的幾何形狀與導熱系數(shù)比對復合材料導熱性能的影響。綜上所述,本文對微型燃氣輪機燃燒室多燃料燃燒與排放過程進行了數(shù)值模擬,重點是研究燃料成分、熱值波動對燃燒穩(wěn)定性的影響,并研究了提高催化燃燒室內催化劑載體導熱性能的方法及其影響因素,為實現(xiàn)多種燃料的高效、穩(wěn)定燃燒,提高微型燃氣輪機對燃料的適應性及排放性能打下了研究基礎。
【關鍵詞】：微型燃氣輪機 生物質氣 格子-波爾茲曼方法 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK473
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-30
• 1.1 研究背景10-20
• 1.1.1 分布式供能系統(tǒng)10-13
• 1.1.2 生物質能的利用現(xiàn)狀13-16
• 1.1.3 生物質發(fā)電技術16-19
• 1.1.4 生物質氣應用于微型燃氣輪機19-20
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀20-21
• 1.2.1 生物質氣在微型燃氣輪機上的應用現(xiàn)狀20
• 1.2.2 微型燃氣輪機燃燒室的數(shù)值模擬發(fā)展現(xiàn)狀20-21
• 1.3 燃氣輪機燃燒室結構21-27
• 1.3.1 管形燃燒室23-24
• 1.3.2 環(huán)管形燃燒室24-25
• 1.3.3 環(huán)形燃燒室25-27
• 1.4 本文主要工作27-30
• 第二章 燃燒室數(shù)值模擬的數(shù)值模型與理論方法30-40
• 2.1 數(shù)學物理模型30-40
• 2.1.1 基本控制方程30-31
• 2.1.2 湍流流動模型31-33
• 2.1.3 壁面函數(shù)33-34
• 2.1.4 湍流燃燒模型34-36
• 2.1.5 NOx生成模型36-38
• 2.1.6 離散方程的求解38-40
• 第三章 環(huán)形燃燒室的建模與性能分析40-59
• 3.1 燃燒室模型40-42
• 3.2 環(huán)形燃燒室的幾何模型42-43
• 3.3 計算網(wǎng)格劃分與邊界條件43-45
• 3.3.1 計算網(wǎng)格與收斂標準43-44
• 3.3.2 邊界條件44-45
• 3.4 計算模型45
• 3.5 冷態(tài)數(shù)值模擬結果與分析45-49
• 3.6 啟動工況性能分析49-52
• 3.6.1 溫度場分布50-52
• 3.6.2 NOx生成分布52
• 3.7 滿負荷工況熱態(tài)模擬結果與分析52-57
• 3.7.1 溫度場分布53-55
• 3.7.2 速度分布55-56
• 3.7.3 NOx分布56-57
• 3.8 本章小結57-59
• 第四章 生物質氣燃燒性能分析59-66
• 4.1 對燃燒室流量的影響59-60
• 4.2 對溫度場的影響60-63
• 4.3 對NOx生成的影響63-64
• 4.4 對燃燒室的改型建議64-65
• 4.5 本章小結65-66
• 第五章 催化燃燒在微型燃氣輪機燃燒室的研究與應用66-78
• 5.1 催化燃燒技術在燃燒生物質氣的燃燒室中的應用66-68
• 5.1.1 催化燃燒的原理66-67
• 5.1.2 燃氣輪機催化燃燒室67-68
• 5.2 催化劑陶瓷基復合材料載體導熱性能的數(shù)值研究68-77
• 5.2.1 格子Boltzmann導熱模型69-71
• 5.2.2 計算模型與驗證71-73
• 5.2.3 數(shù)值結果分析73-77
• 5.3 本章小結77-78
• 第六章 總結與展望78-82
• 6.1 總結78-80
• 6.2 展望80-82
• 參考文獻82-86
• 致謝86-87
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文87-89

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本文編號：792486