燃气轮机燃烧室内部流动分析

论文摘要

燃烧室是燃气轮机的关键部件之一,其几何结构和内部流动非常复杂,数值模拟的方法是研究其内部流动规律的一种有效途径。本文的研究对象为某型燃气轮机的燃烧室,该燃烧室在运行中经常出现火焰筒烧毁事故,因此急需要对该燃烧室的内部流动进行研究,进而得到燃烧室内部的温度场,为研究燃烧室的防烧蚀寻找有效措施。本文以STAR-CD等软件为基础建立了一个基于三维几何模型的研究燃烧室内部流动数值分析的平台,对燃烧室多个模型的内部单相冷流场、喷雾两相流场及燃烧热流场进行了一系列的深入细致的研究,得到了流场的分布特征,从观察燃烧室内部的速度场和温度场入手,对于燃烧室烧蚀事故发生的机理进行了探讨。在建立模型的过程中,基本实现了燃烧室几何结构的完整真实性,在划分计算网格时又对细小的结构进行了网格的局部细化,这些措施都保证了计算结果能够更加真实的描述燃烧室流场中的各种流动特征,为燃烧室的防烧蚀及低排放技术的研究提供了良好的研究手段。通过与实验结果对比表明,计算结果和实验结果吻合良好,本文所建立的数值分析平台能够反应出燃烧室内部流动的主要特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 燃烧室结构特点及工作要求
• 1.2.1 结构特点
• 1.2.2 燃烧室工作过程要求
• 1.3 STAR-CD软件简介及计算分析步骤
• 1.4 论文的主要内容
• 2 湍流两相流动与燃烧的数值模拟
• 2.1 基本守恒方程与湍流模型
• 2.1.1 连续方程
• 2.1.2 粘性流体的N-S方程
• 2.1.3 湍流模型
• 2.1.4 数值求解方法
• 2.2 两相流动的数值模拟
• 2.2.1 两相流基本描述
• 2.2.2 单流体模型（无滑移模型）
• 2.2.3 颗粒轨道模型
• 2.2.4 双流体模型
• 2.2.5 模型应用与评价
• 2.3 化学反应燃烧的模拟
• 2.4.1 湍流流动中的时均反应率
• 2.4.2 涡旋破碎模型（EBU模型）
• 2.4.3 pdf模型
• 3 燃烧室的结构特征与计算模型的生成
• 3.1 燃烧室的结构特征
• 3.2 燃烧室几何模型的建立
• 3.3 计算网格
• 3.3.1 ICEM-CFD技术简介
• 3.3.2 STAR-CD提供的网格生成和耦合功能
• 3.3.3 燃烧室网格生成方法
• 3.3.4 两相流模拟及燃烧模拟的计算网格
• 3.4 计算方法
• 3.4.1 单相冷态模拟的计算方法
• 3.4.2 两相流模拟的计算方法及油滴设定
• 3.4.3 燃烧模拟的计算方法与设定
• 3.5 边界条件的设定
• 4 燃烧室内部数值模拟结果及分析
• 4.1 模型一的流场模拟结果及分析
• 4.1.1 模型一的单相冷流场模拟结果及分析
• 4.1.2 模型一的热流场模拟结果及分析
• 4.2 模型二的流场模拟结果及分析
• 4.2.1 模型二的单相冷流场模拟结果及分析
• 4.2.2 模型二的热流场模拟结果及分析
• 5 全文总结与展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 论文工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢