燃烧室高精度化学反应器网络性能预测模型研究

发布时间：2020-07-22 22:16

【摘要】：随着计算流体动力学(CFD)日益显著的作用,发动机燃烧室的数值模拟技术得到了快速的发展。然而CFD方法计算成本高、计算时效差,化学反应器网络(CRN)方法是另外一种常用的高效预测方法。该方法计算时效高,同时可以采用详细复杂的化学反应机理进行污染物排放的预测,因而对污染物排放的预测更为准确。为了快速准确地预测不同工况下燃烧室的性能,本文在常规CRN的基础上提出了一种提高预测精度的CRN模型方法。首先,本文通过研究化学反应器模型,构建含有湍流特征和几何特征的化学反应器并开发燃烧室高精度预测模拟软件,采用有限个数的反应器网络拓扑结构对燃烧室排放性能进行高精度预测模拟。本文开发了一种燃烧室高精度预测程序,使用C#语言,该程序可以对化学反应机理及热力学文件进行解析、计算化学反应动力学等。模拟燃烧过程所用的燃烧器模型包括PSR和PaSR。其次基于数值模拟方法,分析发动机燃烧室内部的燃烧特征,根据其模拟出来的流场、温度场结果将燃烧室划分为几个区域,设置该区域温度、反应区体积、压力等特征参数并用合适的化学反应器来模拟,建立CRN模型。利用初步构建的CRN模型对燃烧室进行模拟,并考虑回流作用以及PaSR反应器对模拟结果的影响。根据不同工况下的实验数据,以CRN模拟计算燃烧室出口温度、氮氧化物排放量为原则,利用遗传算法对各个反应器的几何特征进行优化,得出了在不同的工况下,各个反应器体积的大小。通过曲线拟合,找到进口参数与每个反应器体积之间的关系。最后利用上述方法分别对SPRF燃烧室和LPP燃烧室进行应用,可以看出经过固定参数优化后的化学反应器网络模拟获得的燃烧室出口温度及氮氧化物的排放量与实验值较为吻合,说明利用该方法优化的化学反应器网络是合理的。利用参数化优化建立燃烧室入口参数与反应器参数之间的拟合关系式并进行验证,得出在验证工况下通过拟合的关系式能够高精度预测出燃烧室性能,说明拟合的关系式具有适用性与可靠性。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK473
【图文】：

南京航空航天大学硕士学位论文明了在使用成熟的化学反应机理时，CRN 网络模型的结果与实验结果较为吻合。但文章没有将此机理应用到其他工况下中进行进一步检验。

南京航空航天大学硕士学位论文明了在使用成熟的化学反应机理时，CRN 网络模型的结果与实验结果较为吻合。但文章没有将此机理应用到其他工况下中进行进一步检验。

图 1. 3 某贫油预混燃烧室的温度分布[17]化模型 (b)详细模型图 1. 4 某贫油预混燃烧室化学反应器网络模型[17]so 等人研究了 ARI100 燃气轮机燃烧室的流动特性，如图计算，利用化学反应器网络模型对燃烧室污染物排放进不同的复杂详细机理进行模拟，估算了在不同计算工况了在不同压力下以及使用不同燃料时污染物排放特性。较，结果证明在各种不同的工况下，两者较为吻合。但与实验值相差较大，因此论文将对反应器网络进行进一

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本文编号：2766433