液氧/LNG超高压燃烧器设计
发布时间：2022-12-22 05:55
针对世界范围内所面临的能源与环境问题,产生一种以液氧储能及液氧高压直燃碳捕集的新型动力循环,将燃气轮机运行需要的压缩空气由液氧替代,液氧和LNG高压燃烧产生CO2/H2O混合蒸汽膨胀发电,膨胀乏汽分离水分后二氧化碳由利用液氧及LNG的冷能液化,实现二氧化碳的全捕集封存或利用。由于现有的燃烧器都无法满足此新型动力循环的要求,本文基于此开展超高压燃烧器的初步设计。首先,根据经验给出燃烧器的设计方案与设计步骤。利用状态方程计算高压下热力学参数和传输参数,包括有密度、粘性系数、热传导系数和定压比热,拟合出物性参数关于温度的关联式,建立适应于超临界压力非预混湍流燃烧的数值模型。其次,探讨了燃烧器启动过程的压力对超临界湍流燃烧过程的影响,为燃烧器总体尺寸以及喷嘴尺寸的定义提供参考数据和指导方向。着重探索不同氧燃速度比（分别为0.5、1、2）下工作压力（0.1、5、10、20MPa）对甲烷—液氧湍流燃烧过程的影响。结果显示:火焰的温度分布和火焰长度、扩角在不同压力下受氧燃速度比不同产生的变化不大。在氧燃速度比为2、1、0.5情况下,随着压力的增加,火焰变短...
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 燃烧器基本类型简介
1.2.1 电厂燃气轮机燃烧器基本类型
1.2.2 航空燃气轮机燃烧器基本类型
1.2.3 典型燃气轮机燃烧器的特点
1.3 燃烧器的基本研究方法
1.3.1 部件实验法
1.3.2 模拟实验法
1.3.3 数字计算法
1.4 超临界压力燃烧和燃烧器冷却的研究现状
1.5 本文主要研究内容
第二章 液氧直燃动力系统及数值模拟方法
2.1 液氧直燃动力循环系统概述
2.1.1 系统工作原理
2.1.2 系统工作流程简介
2.1.3 系统相关特性
2.1.4 系统参数设定
2.2 燃烧器设计方法
2.3 燃烧器初步设计和理论计算
2.3.1 燃烧器总体结构方案
2.3.2 理论燃烧温度计算
2.3.3 初步设计主要尺寸
2.4 物性参数计算
2.4.1 密度计算
2.4.2 粘性系数计算
2.4.3 热传导系数计算
2.4.4 定压比热计算
2.5 数值模拟研究方法
2.5.1 湍流流动的基本方程及湍流模型方程
2.5.2 壁面函数
2.5.3 燃烧模型
2.5.4 辐射传热模型
2.5.5 边界条件
2.6 本章小结
第三章 燃烧器启动过程压力对燃烧的影响
3.1 参数设置
3.2 压力为0.1MPa时氧燃速度比不同对燃烧的影响
3.2.1 计算条件
3.2.2 结果与讨论
3.3 压力为5MPa时氧燃速度比不同对燃烧的影响
3.3.1 计算条件
3.3.2 结果与讨论
3.4 压力为10MPa时氧燃速度比不同对燃烧的影响
3.4.1 计算条件
3.4.2 结果与讨论
3.5 压力为20MPa时氧燃速度比不同对燃烧的影响
3.5.1 计算条件
3.5.2 结果与讨论
3.6 本章小结
第四章 燃烧器高温区材料的冷却孔径对冷却的影响
4.1 火焰筒材料和参数设定
4.1.1 火焰筒典型材料
4.1.2 参数设定
4.2 材料为SiO_2陶瓷涂层不同孔径对冷却的影响
4.2.1 计算条件
4.2.2 结果与讨论
4.3 材料为Si_3N_4高温陶瓷不同孔径对冷却的影响
4.3.1 计算条件
4.3.2 结果与讨论
4.4 材料为增强碳-碳复合材料不同孔径对冷却的影响
4.4.1 计算条件
4.4.2 结果与讨论
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
硕士研究生期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]2015年全球风电装机统计[J]. 风能. 2016(02)
[2]甲烷-液氧超临界压力非预混湍流燃烧的数值模拟[J]. 汪秋笑,黄东欣,孟华. 航空学报. 2016(07)
[3]重型燃气轮机现状与发展趋势[J]. 蒋洪德,任静,李雪英,谭勤学. 中国电机工程学报. 2014(29)
[4]LNG冷量利用原理及方式[J]. 张哲,李曼,田津津. 低温与超导. 2014(04)
[5]我国燃气轮机发电市场的展望[J]. 张栋芳,虎煜,崔耀欣. 热力透平. 2013(04)
[6]高温防护涂层研究进展[J]. 王心悦,辛丽,韦华,朱圣龙,王福会. 腐蚀科学与防护技术. 2013(03)
[7]LNG冷能在燃气蒸汽联合循环机组中的利用[J]. 王欣,阮刚,周琼. 能源与环境. 2013(01)
[8]重型燃气轮机的现状和发展趋势[J]. 蒋洪德. 热力透平. 2012(02)
[9]航空发动机燃烧室先进冷却方式研究[J]. 罗艳春,姜晓莲,陈宇. 装备制造技术. 2012(05)
[10]中国二氧化碳减排及利用技术发展趋势[J]. 罗金玲,高冉,黄文辉,霍达,王彦宁. 资源与产业. 2011(01)
博士论文
[1]能源结构与粗放型经济增长[D]. 霍宗杰.兰州大学 2010
硕士论文
[1]微型燃气轮机富氧燃烧室研究[D]. 王能.华北电力大学 2014
本文编号：3723590
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 燃烧器基本类型简介
1.2.1 电厂燃气轮机燃烧器基本类型
1.2.2 航空燃气轮机燃烧器基本类型
1.2.3 典型燃气轮机燃烧器的特点
1.3 燃烧器的基本研究方法
1.3.1 部件实验法
1.3.2 模拟实验法
1.3.3 数字计算法
1.4 超临界压力燃烧和燃烧器冷却的研究现状
1.5 本文主要研究内容
第二章 液氧直燃动力系统及数值模拟方法
2.1 液氧直燃动力循环系统概述
2.1.1 系统工作原理
2.1.2 系统工作流程简介
2.1.3 系统相关特性
2.1.4 系统参数设定
2.2 燃烧器设计方法
2.3 燃烧器初步设计和理论计算
2.3.1 燃烧器总体结构方案
2.3.2 理论燃烧温度计算
2.3.3 初步设计主要尺寸
2.4 物性参数计算
2.4.1 密度计算
2.4.2 粘性系数计算
2.4.3 热传导系数计算
2.4.4 定压比热计算
2.5 数值模拟研究方法
2.5.1 湍流流动的基本方程及湍流模型方程
2.5.2 壁面函数
2.5.3 燃烧模型
2.5.4 辐射传热模型
2.5.5 边界条件
2.6 本章小结
第三章 燃烧器启动过程压力对燃烧的影响
3.1 参数设置
3.2 压力为0.1MPa时氧燃速度比不同对燃烧的影响
3.2.1 计算条件
3.2.2 结果与讨论
3.3 压力为5MPa时氧燃速度比不同对燃烧的影响
3.3.1 计算条件
3.3.2 结果与讨论
3.4 压力为10MPa时氧燃速度比不同对燃烧的影响
3.4.1 计算条件
3.4.2 结果与讨论
3.5 压力为20MPa时氧燃速度比不同对燃烧的影响
3.5.1 计算条件
3.5.2 结果与讨论
3.6 本章小结
第四章 燃烧器高温区材料的冷却孔径对冷却的影响
4.1 火焰筒材料和参数设定
4.1.1 火焰筒典型材料
4.1.2 参数设定
4.2 材料为SiO_2陶瓷涂层不同孔径对冷却的影响
4.2.1 计算条件
4.2.2 结果与讨论
4.3 材料为Si_3N_4高温陶瓷不同孔径对冷却的影响
4.3.1 计算条件
4.3.2 结果与讨论
4.4 材料为增强碳-碳复合材料不同孔径对冷却的影响
4.4.1 计算条件
4.4.2 结果与讨论
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
硕士研究生期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]2015年全球风电装机统计[J]. 风能. 2016(02)
[2]甲烷-液氧超临界压力非预混湍流燃烧的数值模拟[J]. 汪秋笑,黄东欣,孟华. 航空学报. 2016(07)
[3]重型燃气轮机现状与发展趋势[J]. 蒋洪德,任静,李雪英,谭勤学. 中国电机工程学报. 2014(29)
[4]LNG冷量利用原理及方式[J]. 张哲,李曼,田津津. 低温与超导. 2014(04)
[5]我国燃气轮机发电市场的展望[J]. 张栋芳,虎煜,崔耀欣. 热力透平. 2013(04)
[6]高温防护涂层研究进展[J]. 王心悦,辛丽,韦华,朱圣龙,王福会. 腐蚀科学与防护技术. 2013(03)
[7]LNG冷能在燃气蒸汽联合循环机组中的利用[J]. 王欣,阮刚,周琼. 能源与环境. 2013(01)
[8]重型燃气轮机的现状和发展趋势[J]. 蒋洪德. 热力透平. 2012(02)
[9]航空发动机燃烧室先进冷却方式研究[J]. 罗艳春,姜晓莲,陈宇. 装备制造技术. 2012(05)
[10]中国二氧化碳减排及利用技术发展趋势[J]. 罗金玲,高冉,黄文辉,霍达,王彦宁. 资源与产业. 2011(01)
博士论文
[1]能源结构与粗放型经济增长[D]. 霍宗杰.兰州大学 2010
硕士论文
[1]微型燃气轮机富氧燃烧室研究[D]. 王能.华北电力大学 2014
本文编号：3723590
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3723590.html
