反应机理对某重型燃气轮机燃烧影响的数值研究

发布时间：2020-11-05 23:40

　　 本文针对我国自主研发的某重型燃气轮机的燃烧室进行三维数值模拟,研究不同化学反应机理对燃烧室内的流动特性和出口污染物排放的影响。利用Pro-E软件对燃烧室进行实体建模,采用Gambit软件生成网格。在化学反应剧烈的主燃区,以及物性变化较大的空气入口处采用了较细的网格,网格总数为36万,并进行了网格质量的检验。建立的数学模型包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程,以及描述湍流和燃烧的模型。计算基于Standard k-ε湍流模型,EDC湍流燃烧模型,辐射方程用DO模型求解,压力和速度的耦合选用SIMPLE算法来求解。首先,使用Fluent自带的Methane–air单步化学反应机理,计算相对功率为0.7时燃烧室内的流动、传热和燃烧,并将计算结果与实验值进行对比,结果表明:燃烧室中速度场、温度场、反应物、生成物的分布均能较好的反映出该型燃气轮机燃烧室的实际燃烧情况,计算得到的出口温度分布与实验值吻合较好。然后,采用甲烷燃料的5种机理(简化机理DRM19、DRM22、详细化学反应机理GRI1.2、GRI2.11、GRI3.0)研究燃烧室内的燃烧特性和污染物CO和NOx的排放,并与单步机理模拟结果进行对比。结果表明:单步反应机理预测的轴向中心截面的最高温度、最大速度大约分别为2500K,120m/s,均高于简化机理和详细机理的预测值;单步机理预测的火焰有靠近喷嘴;但简化机理和详细机理相比,二者预测的温度场与流场相差不大,生成物和中间组分分布也相差很小;六种机理预测出口温度品质较差;六种机理预测的NOx浓度严重超出该型燃机的设计标准,但详细化学反应机理GRI3.0预测的NOx的浓度最小,为116.53mg/m~3,符合该燃机的实验值;除单步机理外,其他五种机理预测的CO浓度也严重超标,化学反应机理对CO浓度的预测影响不大。
【学位单位】：沈阳工程学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK471
【部分图文】：

高冷气利用率[47]。GE公司和西门子公司都采取旋流器和喷嘴合二为一的设计，如图1.1所示，这样先进的燃烧室设计跟以前的旋流器和喷嘴分离的设计相比，具有燃料与空气混合的均匀性高、火焰的热点温度低等优势，同时，此项技术也可大幅度提高火焰的稳定性。图 1.1 三菱的 V Nozzle 燃料喷嘴Fig.1.1 V Nozzle of Mitsubishi

图 1.2 旋流器结构Fig.1.2 Swirler structure业实践，对燃气轮机运行又有了更加清楚x 排放标准，对后续的数值模拟工作不仅调研，发现 NOx 排放还是困扰问题，特常，电厂的处理办法是采用烟气脱硝的方了设备的投资费用，导致经济性降低，因，因此燃烧优化变得尤为重要，特别是采规律，对知道燃气轮机燃烧室的优化设计与方法的方法，使用不同的化学反应机理，对某值计算。并将得到的结果与试验值以及前本文具体研究方法：

散坐标辐射(DO)模型。由于 DO 模型O 模型。：方向向量； ：散射方向向量；s数； ：Stefan-Boltzmann 常数( 向)；t：当地温度； ：相位函数中，由空间角离散而成的立体角 个立体角。 和 分别为极角和不变的。由于对称，在二维中，只需 8 个方向，如图 2.1 所示。
【参考文献】

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本文编号：2872358