燃氣輪機燃燒室增容技術(shù)研究.pdf

1、間冷循環(huán)可使燃氣輪機功率提高，但由于間冷的介入，燃燒室的噴油量會大幅增加，容熱強度提高明顯，并導(dǎo)致火焰拉長、出口溫度分布均勻性變差從而影響渦輪葉片壽命等問題，因此需要對容熱強度提高后（即增容工況）的燃燒室進行系統(tǒng)研究，為間冷循環(huán)燃機提供技術(shù)支撐。
　　如何在盡量不改變?nèi)細廨啓C燃燒室結(jié)構(gòu)尺寸的前提下，大幅度提高單位體積內(nèi)的熱強度，并且要使增容后的燃燒室性能接近甚至超過原型機設(shè)計工況，這是目前亟待解決的問題。
　　本文以某型燃氣

2、輪機環(huán)形燃燒室為研究對象，采用數(shù)值模擬的方法系統(tǒng)深入地研究了霧化滴譜特征、旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)對燃燒流場的影響規(guī)律，并提出了貧油熄火極限預(yù)測準則和組合渦誘導(dǎo)控制方案，為提高燃氣輪機燃燒室容熱強度及燃燒室設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。針對以上各方面，本文所作具體工作如下：
　?。?）建立了描述燃燒室燃燒流場的基本控制方程和補充方程，找到了適用于本文研究對象的最佳網(wǎng)格數(shù)、湍流模型和燃燒模型。然后分別在設(shè)計工況和增容工況下進行了冷態(tài)流場及燃燒場的計算，

3、對比分析了增容給原型燃燒室?guī)淼膯栴}：壓力損失比標準工況增加135％，火焰形態(tài)不規(guī)則、高溫區(qū)偏心嚴重，燃燒效率降低約1.5％，出口溫度分布均勻性變差等。
　?。?）針對原型燃燒室的貧油熄火特性進行了分析，提出了判斷貧油熄火極限的新方法——“特征參數(shù)準則”，并分析了進口氣流速度、進口氣流溫度、液滴初始平均直徑、旋流器旋向、主燃孔流量分配等因素對貧油熄火極限的影響，所得計算值與實驗數(shù)據(jù)相比，誤差比現(xiàn)有預(yù)測模型更小，且適用范圍更廣（適用

4、于燃氣輪機和鈍體燃燒室），該準則可為燃燒室設(shè)計提供參考。
　?。?）得到了不同初始工況下的滴譜特征及不同滴譜特征參數(shù)對燃燒性能的影響規(guī)律；研究得到了旋流器一級斜切孔偏心距、斜切角、孔徑、孔數(shù)及二級旋流葉片角、葉片數(shù)等參數(shù)對燃燒室燃燒效率、火焰長度、出口溫度分布系數(shù)的影響規(guī)律。
　　（4）提出了組合渦誘導(dǎo)控制方案，通過研究表明：該方案下除中心回流區(qū)外，在每個波瓣尾端都存在一個徑向和一對軸向回流區(qū)，即形成了組合渦形式的特殊流場，

5、這加快了氣流與燃料的混合速率，并且多種回流區(qū)會使燃料和空氣迅速著火并形成穩(wěn)定的火焰，提高了抗吹熄能力。
　?。?）得到了組合渦誘導(dǎo)控制方案中波瓣高寬比、數(shù)量和長度對燃燒效率、出口平均溫度、總壓損失系數(shù)和NOx排放的影響規(guī)律，結(jié)果表明：燃燒效率、出口平均溫度和NOx排放受高寬比、波瓣數(shù)和波瓣長度的影響都較大；總壓損失只與波瓣數(shù)的變化呈正相關(guān)，基本不受高寬比和波瓣數(shù)的影響。
　?。?）得到了最適合本文研究對象的滴譜特征、旋流器幾