某重型燃气轮机燃烧室燃烧流动的数值模拟

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燃气轮机燃烧过程的数值模拟与优化研究

燃气轮机燃烧过程的数值模拟与优化研究燃气轮机是一种重要的能源装置，广泛应用于发电、飞机等领域。

而燃烧过程作为燃气轮机运行的核心，其高效率和低污染对于燃气轮机的性能有着重要的影响。

因此，燃气轮机燃烧过程的数值模拟与优化研究成为了一项重要的课题。

燃气轮机燃烧过程的数值模拟是一种通过计算机仿真来模拟和预测燃气轮机燃烧过程的方法。

通过数值模拟，可以分析和优化燃气轮机燃烧过程的各种参数，以提高其性能和效率。

数值模拟方法在工程领域得到了广泛应用，它可以将燃气轮机燃烧过程的复杂问题简化为一系列数学方程，并通过计算机的计算能力来求解这些方程，从而得到燃气轮机燃烧过程的各种参数和性能。

在进行燃气轮机燃烧过程的数值模拟时，需要考虑的因素非常多。

其中，燃料的燃烧特性和燃烧速度是最重要的因素之一。

燃气轮机一般采用天然气或石油气作为燃料，而这些燃料的燃烧特性和燃烧速度对于燃气轮机的性能有着直接的影响。

因此，在进行燃气轮机燃烧过程的数值模拟时，需要准确地描述燃料的燃烧特性和燃烧速度。

另外，燃气轮机燃烧过程的数值模拟还需要考虑燃烧室的几何结构和空气流动情况。

燃气轮机燃烧室的几何结构和空气流动情况对于燃气轮机的燃烧效率和排放性能有着重要的影响。

因此，在进行燃气轮机燃烧过程的数值模拟时，需要对燃烧室的几何结构和空气流动情况进行精确的建模和仿真。

此外，燃气轮机燃烧过程的数值模拟还需要考虑燃烧产物的生成和传输过程。

燃气轮机在燃烧过程中会产生大量的燃烧产物，如二氧化碳、氮氧化物等。

这些燃烧产物对于环境和健康有着重要的影响。

因此，在进行燃气轮机燃烧过程的数值模拟时，需要对燃烧产物的生成和传输过程进行准确的建模和仿真，以预测和控制燃气轮机燃烧过程中产生的污染物。

对于燃气轮机燃烧过程的数值模拟研究，其优化是非常重要的。

通过优化燃气轮机燃烧过程，可以提高其燃烧效率和环保性能。

优化方法一般包括参数优化和结构优化两个方面。

参数优化是通过调整燃气轮机燃烧过程中的各种参数，如燃料供给量、空气流量等，以寻找最优解。

燃气轮机燃烧室流动特性仿真分析

燃气轮机燃烧室流动特性仿真分析燃气轮机燃烧室是燃烧工程中的重要组成部分。

燃料在燃烧室内被燃烧释放出能量，驱动轮机转动从而产生功。

因此，研究燃气轮机燃烧室的流动特性对于提高燃气轮机的效率和可靠性具有重要意义。

燃气轮机燃烧室的流动特性受多种因素的影响，如燃烧室的几何结构、燃料和空气的进口速度、温度等。

为了实现对燃烧室流动特性的仿真分析，必须建立适当的数值模型。

一种常用的方法是采用计算流体力学（CFD）方法，通过对流动场的离散和求解，得到燃烧室内的各种参数分布。

首先，燃烧室内的流动可以分为内部和外部两个方面。

内部流动主要指的是燃料和空气混合后的流动，这部分流动在燃烧室内部形成了一个混合区，对于燃烧过程至关重要。

外部流动指的是燃烧室外部空气的流动，其可以通过控制燃烧室的出口速度和出口尺寸等参数，来影响燃烧室内部的流动和燃烧过程。

在内部流动的仿真分析中，研究者通常需要考虑多种模型和参数，如湍流模型、喷雾模型、燃料和空气的物性参数等。

湍流模型是燃烧室流动特性分析中的核心模型之一，通过对湍流能量守恒方程的离散和求解，可以得到燃烧室内湍流的分布以及湍流能量的转换过程。

喷雾模型则可以模拟燃料喷射的形成和燃料雾化的过程，为混合区的形成提供基础。

与内部流动相对应，外部流动的仿真分析主要关注燃烧室外部空气的流动和排气过程。

通过对燃烧室的出口速度和出口尺寸等参数的控制，可以调整燃气轮机的输出功率和效率。

在外部流动的仿真分析中，研究者通常需要考虑流动的稳定性、流速分布的均匀性等问题。

除了考虑燃烧室内部和外部的流动特性之外，燃气轮机燃烧室的仿真分析还需要关注其他的一些问题。

例如，燃烧室的温度分布和热负荷分布对于燃气轮机的寿命和性能都有重要影响。

温度分布的不均匀性会导致燃气轮机的部分区域过热或过冷，从而影响其使用寿命。

热负荷分布的不均匀性会导致燃气轮机的某些部分工作在较大的负荷下，从而影响其工作效率和可靠性。

综上所述，燃气轮机燃烧室的流动特性仿真分析是提高燃气轮机效率和可靠性的重要途径之一。

燃气轮机燃烧室燃烧流场的数值计算

Ｌｉ—ｉｇＷＡＧＢｎＭＵＹｎＩｎｙ，Ｎｉ，ｏｇＪｎ
（ｃｏｆｏｅａｄＥｅｙｎｉｅｎ，ａｉＥｇｅｒｇｎｅｉ，ａｉ１０１Ｃｉ）ＳｈｏｏＰｗｒｎｎｒｇｅｒｇＨｒｎｎｉｅｎｉｒｔＨｂ５０，ｈａｌｇＥｎｉｂｎｉＵｖｓｙｒｎ０ｎ
维普资讯
第５卷第３０期
２００８年６月
汽
轮
机技Biblioteka 术Ｖｏ０Ｎｏ３Ｌ５．
ＴＵＲＢＩＥＣＨＮＯＬＯＧＹＮＥＴ
Ｊｎ２０ｕ．０８
燃气轮机燃烧室燃烧流场的数值计算
李金英，王滨，穆勇
式中，为任意独立变量；为湍流交换系数；为源项。ＦＳ
０前
言
方程中
、ＳＦ、等参数在不同的方程里有着各自确定的
．
表达式，具体形式见文献［］３。燃烧室是燃气轮机的重要组成部分，其工作过程具有高温、高速、高过量空气系数、高燃烧热强度及运行参数变化剧烈等特点… 。燃烧室内燃烧流动情况直接影响到燃气轮机的性能。由于燃气轮机燃烧室内复杂的物理化学变化，利用基于计算流体动力学（Ｆ的数值方法来研究，ＣＤ）对减小燃烧室研制费用，短研制周期具有重要意义。目前，着燃缩随烧理论和数值方法的发展，应用数值计算已能够对燃烧流动
ｓｍｕａｉｎ，ｔｅｋ— ｓｔｒｕｌｎｅｍｏｅ，ａｓｎｌｈｍｉｔｙｒａｔｏｙｔｍ，ｉｆｎｔ —ａｅｒａｔｏｎｈｅＳＭＰｉｌｔｏｈｕｂｅｃｄｌｉｇｅｃｅｓｒｅｃｉｎｓｓｅｎｉｉｅｒｔｅｃｉｎａｄｔＩＬＥｌｏｔｍａｇｒｈｉｗａｐｌｅ，Ｔｈａｒａｌｓｄｔｆｅｔｏｈｅｌａｎｔｏｂｓｉｎｅｃｅｃｓａｐｉｄｅｐｐｅｎａｙｅｈｅｅｆｃｆｔｏｄｏｈｅｃｍｕｔｆｉｎｙ，ｔｅａｅａｅｔｍｐｅｅｕｅｏｕｌｔｘｏｉｈｖｒｇｅｒｔｒｆｏｔｅ，ｅ — ｃｓｉａｉｎｄｔｅｌｎｇｈｏａ，Ｔｈｕｅｃｌｒｓｌｓｃｎｒｆｅｔｔｅｃａａｔｒｓｉｆｔｏｅｓａｒｒｔｏａｈｅｔｆｆｍｅｌｅｎｍｒａｅｕｔａｅｃｈｈｒｃｅｔｃｏｈｅｃｍｂｕｔｏｏｉｈｏ・ｉｌｉｓｉｎｆｗｎｔｅｃｍｌ

燃气轮机燃烧过程的数值模拟与优化

燃气轮机燃烧过程的数值模拟与优化燃气轮机是一种常见的高效能发电设备，其燃烧过程对于工作效率的提高至关重要。

为了实现轮机性能的优化，数值模拟技术成为了燃气轮机研究中的重要工具。

本文将探讨燃气轮机燃烧过程的数值模拟与优化。

1. 燃气轮机燃烧过程的数值模拟燃气轮机燃烧过程是一个复杂的多物理场耦合问题，包括燃料混合、燃烧、传热等多个方面。

为了解决该问题，数值模拟方法被广泛应用。

其中，流体力学模拟是研究燃气轮机燃烧过程的一种重要手段。

流体力学模拟可以通过数值方法求解包含质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本方程的Navier-Stokes方程组。

基于这些方程，可以建立燃气轮机燃烧过程的数值模型，并利用计算流体力学软件进行计算。

通过模拟，可以分析燃气轮机燃烧过程中的流场和温度分布等关键参数，为优化设计提供依据。

2. 燃气轮机燃烧过程的优化燃气轮机燃烧过程的优化旨在提高燃烧效率和减少环境污染。

通过数值模拟，可以对燃气轮机燃烧室的结构、燃料喷射方式、燃烧参数等进行优化。

燃烧室结构优化是燃气轮机燃烧过程中的关键问题。

合理的燃烧室结构能够提高燃烧效率和稳定性，降低NOx生成。

通过数值模拟，可以探究燃烧室内流场的分布，进一步优化燃烧室形状和喷孔布置，提高燃烧效率。

另外，燃料喷射方式的优化也是燃气轮机燃烧过程的重要内容。

燃料喷射方式直接影响燃料混合和燃烧效率。

数值模拟可以模拟不同燃料喷射方式下的喷射和混合过程，优化燃料喷射参数和方式，提高燃烧效率和稳定性。

此外，燃烧过程参数的优化也是改善燃气轮机燃烧过程的关键。

例如燃料-空气比、热态参数等都会对燃烧效率产生影响。

通过数值模拟，可以分析不同参数对燃烧过程的影响，进而优化燃烧参数，提高燃烧效率和减少环境污染物的排放。

3. 数值模拟与实验验证的结合虽然数值模拟可以提供关于燃气轮机燃烧过程的详细信息，但是模拟结果仅仅是理论推测，并需要经过实验验证。

因此，数值模拟与实验验证的结合是燃气轮机研究中的重要环节。

某型燃气轮机燃烧室性能数值模拟

第５４卷第２期
２１０２年４月
汽
轮
机
技
术
Ｖｏ．４Ｎｏ２１５．
Ａｐ．０１ｒ２２
ＴＵＲＢＮＥＴＣＩＥＨＮＯＯＧＹＬ
某型燃气轮机燃烧室性能数值模拟
徐丽孙丽艳，
（１沈阳理工大学机械工程化学院，阳１０３沈１０４；
Ｋｅｒｓｇｓｔｒｉｅｏｙｗｏｄ：ａｕｂｎ；ｃｍｂｓｏｕｔｒ；ｖｌｃｔｅｄ；ｔｍｐｒｔｒｅｄ；ｎｍｅｉａｉｌｔｎｅｏｉｆｌｙｉｅｅａｕｅｆｌｉｕｒｃｌｍｕａｉｓｏ
机改为燃用天然气的Ｑ１８地面燃气轮机时，Ｄ２由于不具备天
设计要求，ＴＦ＝０２０ＲＤ００６略高于航机水平。模拟结果丰富了Ｑ１８燃机性能指标，ＯＤ．８，ＴＦ＝．８，Ｄ２为该机的运行、改进提供了可靠的参考依据。
关键词：气轮机；烧室；燃燃流场；度场；值模拟温数
ＸＵＬＳｉａｉ．ＵＮＬ．ｎｙ
（ＳｈｏｏＭｃａｉｌｎｉｅｎｈｎａｇＬｏｇｎｅｉ，ｈｎａｇ０４Ｃｉ；１ｃｏｌｆｅｎａＥｇｅｒｇｅｙｎｉｎｉｒｔＳｅｙ０３，ｈａｈｃｎｉＳｇＵｖｓｙｎ１１ｎ
（ＶＣＬｉｅ — ｎｉｒｐｏｐｎｉｉｄＳｅｙｎ１０３Ｃｉ）２ＡＩｉｎＡｒＥｇｅｏｍａｙＬｔ，ｈｎａｇ０，ｈａｍｇｏｎＧｕＣｍｅ１０ｎ

11105某重型燃气轮机环形燃烧室的数值模拟

燃料和空气掺混不均匀时，将导致温度场不均匀，产生局部热斑，并产生热力型 NOX。为了避免上述两个不良后果，要力求做到掺混均匀。
图 8 100% 负荷下燃料组分浓度分布图
从预混通道进来的燃料经斜向旋流器叶片的十个喷射孔和从孔板进来的空气充分混合，这种特殊的混合燃烧器结构使得掺混效果良好。计算结果表
满负荷下燃烧室出口截面沿中心截面 Z = 0 径向温度分布如图 14，出口温度分布符合涡轮进气温度要求。
第 24 卷
图 14 100% 负荷下燃烧室出口沿 Z = 0 径向温度分布
3． 5 燃烧效率
燃烧效率物理含义为燃料燃烧完全程度，当忽
略燃烧室的散热损失时，其定义为:
η
=
1
－
Quc Qu
( 1)
第1 期
某重型燃气轮机环形燃烧室的数值模拟
21
从几何模型的建立过程来看，该流场的数值模拟是对真实环形燃烧室的三维模拟，三维模型的高度保真性，保证了计算结果的准确性和可靠性。
2 数值模拟方法简介
本文的数值计算采用的是成熟的 CFD 软件 FLUENT 及其前处理软件 GAMBIT。由于燃气轮机燃烧室内的燃烧处于高度湍流状态，因此本文涉及到的数学模型有湍流模型、湍流燃烧模型、辐射模型
但由于燃烧室内部流动、物理过程和化学反应过程非常复杂，理论分析和试验测量都有很大的局限性。随着计算机性能的提高以及数值模拟方法的不断完善和改进，数值模拟方法逐渐得到认可，并成为燃烧室设计的重要工具［2 － 5］。国际燃气轮机公司比以往更加重视燃烧室的数值模拟，比如 GE 提出的 ACC( Advanced Combustion Code) 计划［2］和 Honeywell 的 ACT ( Advanced Combustion Tool) ［3］计划，都采用了参数化建模方法［4 － 5］，在一定程度上实现了几何建模、网格生成和指定边界条件的自动化，大大缩短了燃烧室数值求解周期。利用基于计算流体力学( CFD) 的数值方法［6 － 8］，通过模拟三维湍流燃烧来了解燃烧室在各个工况下的工作特性，预测其流场、温度分布以及 NOX 排放指数［9］，对减少燃烧室实验和研制费用，缩短研制周期具有重要的现实意义［10］。

燃气轮机燃烧室内部流场特性数值模拟

燃气轮机燃烧室内部流场特性数值模拟燃气轮机是一种重要的能源转换设备，其燃烧室的内部流场特性对于燃烧效率和运行稳定性具有重要影响。

为了深入研究燃气轮机燃烧室内部流场的特性，科学家们开展了数值模拟方法的研究。

数值模拟是一种通过计算机模拟现实物理过程的方法，它可以在燃烧室内部的不同位置和时间点计算流场参数，如速度、压力和温度等。

这种方法可以有效地提供燃烧室内部流场的详细信息，为燃烧室设计和优化提供可靠的依据。

数值模拟需要建立一套合适的数学模型和求解方法。

在燃气轮机燃烧室内部流场的数值模拟中，一般采用雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)来描述流动的宏观特性。

该方程通过控制方程和湍流模型的组合对流场进行模拟。

其中，控制方程包括质量守恒、动量守恒和能量守恒方程，而湍流模型用于描述湍流流动的统计特性。

除了数学模型，求解方法也是数值模拟的关键。

一种常用的求解方法是有限体积法。

在这种方法中，流场被划分成许多小的控制体积，然后通过求解控制方程在各个控制体积内的离散形式，得到流场的数值解。

通过对燃气轮机燃烧室内部流场特性的数值模拟，我们可以获取许多有用的信息。

首先，我们可以了解到燃烧室内部流场的速度分布情况。

燃气轮机燃烧室内部的流动通常是高速且复杂的，而数值模拟可以帮助我们定量地分析这种流动的特性。

其次，我们可以了解到燃烧室内部的压力分布情况。

正常运行的燃气轮机燃烧室需要保持一定的压力，而数值模拟可以帮助我们确定燃烧室内的压力分布，以评估燃烧室的工作状态。

最后，数值模拟还可以提供燃烧室内部的温度分布情况。

燃烧室内的温度分布对于燃烧效率和燃烧稳定性都有很大的影响，而数值模拟可以帮助我们了解温度分布的详细情况。

数值模拟不仅可以提供燃烧室内部流场的静态分布情况，还可以模拟燃烧室内部的动态行为。

通过改变不同参数、条件和燃料组成等，可以模拟燃烧室内部的不同状态和工况。

这样的模拟可以帮助我们研究燃气轮机燃烧室的工作特性，评估其性能和可靠性，并提供参考和指导设计和优化工作。

某重型燃气轮机环型燃烧室的数值模拟

ＡｂｓｒｔＡｃｏｄｎｏｔｅｅｉｔｇａｎｌｒｅｍｂｓｒｏｅｖ —ｕｙｇｓｔｒｉｅｔｅｓｒｃｕｅｏｕｎｒａｄｔａｃ：ｃｒｉｇｔｈｘｓｉｎｕａｏｕｔｆｈａｙｄｔａｕｂｎ，ｈｔｔｒｆｂｒｅｎｎｏｕ
ｔｕｔｅｐｉｚｈｏｕｔｒｓｒｃｕｅｄｓｇｒｉｒｖｎｏｅｄｓｕｔｒ．ｏｆｒｒｏｔｈｍｉｅｔｅｃｍｂｓｏｔｔｒｅｉｎｆｍｐｏｉｇｆｗｆｌｔｃｕｅｕｏｌｉｒＫｅｒｓａｎｌｒｃｍｂｓｒｕｒｃｌｓｍｕａｉｎ：ｔｒｕｅｔｃｍｂｓｏｙｗｏｄ：ｎｕａｏｕｔ：ｎｍｅｉａｉｌｔｏｏｕｂｌｎｏｕｔｎｉ
关键词：型燃烧室；值模拟：流燃烧环数湍
中图分类号：Ｋ７Ｔ４２
文献标识码：Ａ
文章编号：６２— ５９２１）２— １２— ４１７５４（０２００５０
ＮｕｅｉａｍｕａｉｎｏｈｎｕａａｍｒｃｌＳｉｌｔｏｆｔｅＡｎｌｒＧｓＴｕｒｉｍｂｕｔｒｂｎｅＣｏｓｏ
点，以及不同工况下燃烧室内速度场、温度场等分布变化趋势，而判断燃烧室设计的合理性，索进探
燃烧室的优化结构设计和改善流场的方法，为今后建立并完善燃气轮机燃烧室设计方法奠定基
石ｊ丑
Ｃ／ＹｏｘｎＺＡＧＤｎ－ｎＵａ —ｉ，ＨＮｏｇｆｇａ

某型燃气轮机燃烧室燃烧流场数值研究

Ａｂｓｒｃ：ｅｃｍｂｓｉｎｃａａｔｒｔｓｏｈａｒｉｅｃｍｂｓｒａｅａｅｔｄｂｗｉｎｔｍｉｔｎｃａａｔｒｓｃ．ｔａｔＴｈｏｕｔｈｒｃｅｓｉｆｅｇｓｔｂｎｏｕｔｆｃｅｙｓｒａｄａｏｚｉｈｒｃｅｔｓｏｉｃｔｕｏｒｌａｏｉｉ
近年来，随着高性能计算机的出现以及计算流体真实，理上更加精确的数值模拟物
正在逐步成为可能。
燃烧室是燃气轮机装置的三大部件之一。其工作环境具有热负荷大、烧流场流动与反应结构复杂等特点，出燃其口参数特征直接影响到涡轮的工作性能，而也直接影响着从整台机组的性能参数… 。因此，断改善燃烧室的设计，不提高其性能参数是十分必要的。燃烧室内部的流场组织形式，对燃烧室的性能参数起着决定性作用Ｊ。通过对燃烧室内部流场的控制，可以实现提高燃烧效率、减小压力损失和提高涡轮进口温度场均匀度等目的。燃烧室火焰管头部的气流组织，对形成燃烧区所需要的混合气以及混合气的点燃和
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第４卷第５８期
２００６年ｌＯ月
汽
轮
机
技
术
Ｖ０．８Ｎｏ５１４，
Ｏｃ．０６ｔ２０
ＴＲＢＩＥＣＵＮＥＴＨＮＯＬ０ＧＹ
某型燃气轮机燃烧室燃烧流场数值研究
冀光，张文平，穆勇，吉威包
（尔滨工程大学动力与能源工程学院，尔滨１００）哈哈５０１

某重型燃气轮机环形燃烧室的数值模拟

２２
燃气轮机技术
第２４卷
的。化学反应采用甲烷的两步反应机理。
２３辐射模型．鉴于本文网格数量巨大，采用计算量相对较小
计算采用有限速率／团耗散湍流燃烧模型、ｅｌａｌｋ一￡湍流模型、ＩＬ涡ＲａｚｂｅｉＳＭＰＥ压力速度耦合算法以及二阶精度迎风差值格式。分析了不同负荷对流量分配、出口温度、燃烧效率、压力损失以及污染物排放的影响。在对比现场实测结果后发现，计算结果与实际燃烧室燃烧特征较为吻合。关键词：燃气轮机；环形燃烧室；数值模拟；燃烧特性
第２４卷
第１期
《燃
气
轮
机
技
术》
Ｖｏ．４Ｎｏ１１２．Ｍａ．。２０１ｒ１
２１年３月０１
ＧＡＳＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ
某重型燃气轮机环形燃烧室的数值模拟
刘富强，张栋芳崔耀欣。崔玉峰徐纲朱俊强，，，，
柱孔流向斜向旋流器（图３周向排列的２如０个旋流
比以往更加重视燃烧室的数值模拟，比如ＧＥ提出
的ＡＣＡｖｎｅｏｂｓｏｏｅ计划和ＨｎＣ（ｄａｃｄＣｍｕｔｎＣｄ）ｉｏ．ｅｗｌ的ＡＴ（ｄａｃｄＣｍｕｔｎＴｏ）计划，ｙｅｌＣＡｖｎｅｏｂｓｏｏ１ｉ都采用了参数化建模方法ｊ在一定程度上实现，
１三维几何模型的建立

某重型燃气轮机燃烧室三维流场数值模拟

统、机械驱动、船舶工程等领域 … 。燃气轮机燃烧流模型对结果的影响更大。
室的工作过程及工质的流动、传热、排放分析是非
国内方面，上海交通大学的刘炜采用三维
常复杂的问题，包括复杂的湍流流场、燃料喷射、掺建模软件Ｐｒｏ—Ｅ对环管型燃气轮机燃烧室进行
燃烧室工作稳定性等Ｊ。
程大学的刘顺隆等人对某种船用工业燃气轮机
随着燃烧理论和数值方法的发展，应用数值模燃烧室中的三维冷态流场进行了数值模拟，在计算
拟的方法分析流动燃烧过程已经成为燃烧室设计中采用了改进的ｋ一￡双方程湍流模型，数值模拟
燃烧室外壳最大ｔ．ｑ工１２为３１００ｍｍ，内腔径为２９６８ｍｍ，全长为９００ｍｍ，质量约为１３２０ｋｇ，刷向均匀排布了２０个火焰筒。主油路由环管燃烧窜头部的中央轴线【安装的１６个值班燃料小孔喷嘴构成，能够稳定火焰；剐油路是由沿川向均匀安装在环管燃烧窀头部的８个燃料喷嘴构成的８个微旋流器组成的，女【】图１所示。在火焰简头部位置放置一个主旋流器，在主旋流器沿周阳分布８个燃料喷杆，如图２所示。火焰筒的头部剑中心区域设有ｌ５个气膜孔，ｃ域至尾部分刖ｉ５芝仃ｌ０个掺混孔和４个冷却孔，如图３所示燃烧产生的高温燃气通过冷却孔冷却，达到符合求的ｌ叶Ｉ【ｊ截面温度。为方便计算，简化燃烧室的流体模型，采用相同面积的环缝来代替从头部到【１Ｉ心域的气膜孔。。

燃气轮机燃烧室的数值模拟与优化

燃气轮机燃烧室的数值模拟与优化燃气轮机是一种高效的能源转换设备，它通过将燃料燃烧产生的热能转化为机械能，实现动力的传递。

燃气轮机的燃烧室是燃烧过程发生的关键区域，其设计的合理与否对燃气轮机的性能具有重要影响。

为了提高燃气轮机的效率和可靠性，数值模拟与优化成为目前燃气轮机燃烧室设计的重要手段。

燃气轮机燃烧室的数值模拟是利用计算机仿真的方法，通过数学模型和计算流体力学方法等对燃气轮机燃烧室内流场、燃烧过程、温度分布等进行模拟与计算，以获取燃烧室内的详细信息。

通过数值模拟可以得到燃烧室的温度场、压力场、速度场等物理量分布，判断燃烧室内的燃烧稳定性和温度分布的均匀性，并提供燃烧室设计的参考依据。

燃烧室的优化是指通过对数值模拟结果进行分析，结合经验和实验数据，改进现有燃烧室的设计，提高其性能和环保指标。

燃气轮机燃烧室的优化主要包括以下几个方面。

首先，燃烧室的几何形状对燃烧效果有重要影响。

通过数值模拟可以得到燃烧室内的速度场、温度场等分布，进而分析燃烧室内流动的特点。

通过对几何形状的优化，可以改善燃烧室内的流动状态，提高燃料的混合程度，使燃烧更加充分，提高热效率。

其次，燃烧室的燃烧过程对机组的性能和排放有很大影响。

数值模拟可以模拟燃烧室的燃烧过程，包括燃料的注入、燃烧过程中的火焰传播、燃料的完全燃烧等。

通过对燃烧过程的模拟，可以分析燃烧室内的燃烧稳定性，检测火焰的传播速度和燃料的燃烧程度，并优化燃烧室的燃烧参数，提高燃烧效率和降低排放。

最后，燃烧室的冷却方式对机组的可靠性有重要影响。

数值模拟可以模拟燃烧室的温度分布，包括壁面温度和冷却气体的温度。

通过对温度分布的模拟，可以确定燃烧室的冷却方式和冷却气体的供应位置，优化冷却方案，避免燃烧室的过热和烧毁，提高机组的可靠性。

总之，燃气轮机燃烧室的数值模拟与优化是提高燃气轮机性能和可靠性的重要手段。

通过数值模拟可以获取燃烧室内的详细信息，进而优化燃烧室的几何形状、燃烧过程和冷却方式，提高燃气轮机的效率和可靠性。

燃气轮机燃烧室的数值模拟与优化

燃气轮机燃烧室的数值模拟与优化燃气轮机是目前工业和航空领域中最常用的动力设备。

燃气轮机基于燃烧燃机中燃料，以生成高压气体来驱动涡轮机，并进一步产生电力或推进力的过程。

然而，在这一燃气轮机的工作过程中，燃烧室是最为核心的部位。

因此，燃烧室的设计和优化对于提高燃气轮机的热效率、降低燃料消耗、减少排放等方面具有极为重要的作用。

为了更好的实现这一目标，数值模拟技术被广泛应用于燃烧室的设计和优化中。

首先，数值模拟技术在燃烧室的设计和优化中发挥着重要的作用。

在燃气轮机中，燃烧室是将燃料和氧气混合，然后进行燃烧并产生高温气体的关键步骤。

然而，这一过程中会涉及到复杂的物理和化学反应，在燃烧室内温度、压力等物理参数变化范围很大。

由于燃烧室的体积较小，基于实验进行设计和优化过程具有很大的困难。

而数值模拟可以通过计算流体力学和化学反应模拟等技术模拟这一复杂的过程，从而帮助设计师预测和优化燃烧室的性能。

其次，数值模拟技术可以帮助设计师了解不同参数对燃烧室性能的影响。

燃烧室的性能与许多参数有关，例如气体的流动速度、燃料的挥发性、燃料的组成等等。

通过对这些参数的数字模拟，设计师可以更好的了解这些参数对燃烧室的影响，并进行相应的优化。

例如，设计师可以通过数值模拟技术来优化燃烧室内的空气与燃料混合，从而实现更高的燃烧效率与更低的排放。

最后，燃气轮机燃烧室的数值模拟优化是未来的发展方向。

燃气轮机的性能和效率受到燃烧室的影响，因此，不断优化燃烧室的性能是提升燃气轮机整体性能的重要策略。

而未来，燃气轮机燃烧室的优化将更加注重数字技术的应用，例如基于人工智能的燃烧室设计、数字孪生技术的应用以及更加精细化的数值模拟优化技术等。

总之，燃气轮机燃烧室的数值模拟与优化在设计和改进燃气轮机性能上具有非常重要的作用。

设计师可以通过这个技术，提高燃烧的效率和减少排放。

未来，数字化技术将成为燃气轮机研制的新兴领域，不断推动燃气轮机的发展。

轮机燃烧过程的数值模拟与优化分析

轮机燃烧过程的数值模拟与优化分析在现代工业领域中，轮机作为重要的动力设备，其燃烧过程的性能和效率直接影响着整个系统的运行效果和能源利用效率。

因此，对轮机燃烧过程进行深入研究，并通过数值模拟和优化分析来提高燃烧性能，具有重要的现实意义。

轮机燃烧过程是一个复杂的物理化学过程，涉及到燃料的喷射、雾化、混合、燃烧以及热量传递等多个环节。

传统的实验研究方法往往需要耗费大量的时间和资源，而且难以获得燃烧过程中详细的内部信息。

而数值模拟技术的出现为轮机燃烧过程的研究提供了一种高效、经济的手段。

数值模拟的基本原理是基于流体力学、热力学、化学反应动力学等基本理论，通过建立数学模型和数值求解方法，来模拟轮机燃烧室内的流场、温度场、浓度场等物理量的分布和变化规律。

常用的数值模拟方法包括有限体积法、有限差分法和有限元法等。

在轮机燃烧过程的数值模拟中，需要合理选择数学模型和计算方法，以准确地描述燃烧过程中的各种物理化学现象。

在进行轮机燃烧过程的数值模拟时，首先需要建立准确的几何模型和网格划分。

几何模型应尽可能地反映轮机燃烧室的实际结构，而网格的质量和密度则直接影响着计算的精度和效率。

通常，对于复杂的几何形状，需要采用自适应网格技术或混合网格技术来提高网格的质量和适应性。

燃料的喷射和雾化过程是轮机燃烧过程中的关键环节之一。

数值模拟中，常用的燃料喷射模型包括离散液滴模型、连续液膜模型和喷雾模型等。

这些模型可以模拟燃料的喷射速度、喷射角度、液滴粒径分布等参数对燃烧过程的影响。

同时，为了准确描述燃料的雾化过程，还需要考虑空气动力学、表面张力、粘性力等因素的作用。

燃烧化学反应模型的选择也是数值模拟中的一个重要问题。

常用的燃烧化学反应模型包括详细化学反应模型、简化化学反应模型和总包反应模型等。

详细化学反应模型能够准确地描述燃烧过程中的复杂化学反应机理，但计算量较大；简化化学反应模型和总包反应模型则在保证一定精度的前提下，大大提高了计算效率。

燃气轮机燃烧室内部流动特性数值模拟分析

燃气轮机燃烧室内部流动特性数值模拟分析一、燃气轮机燃烧室概述燃气轮机作为现代工业和能源领域中的重要动力设备，其燃烧室是整个燃气轮机系统中最关键的部分之一。

燃烧室的性能直接影响到燃气轮机的效率、排放和稳定性。

在燃气轮机燃烧室内，燃料与空气混合后在高温高压的环境下进行燃烧，产生高温高压燃气，推动涡轮做功。

为了提高燃气轮机的性能，对燃烧室内部流动特性进行深入研究和优化是至关重要的。

1.1 燃气轮机燃烧室的功能与重要性燃气轮机燃烧室的主要功能是实现燃料的高效燃烧，将化学能转化为热能，进而推动涡轮旋转。

燃烧室的设计和性能直接影响到燃气轮机的整体效率和排放水平。

一个高效的燃烧室可以减少燃料消耗，降低有害排放，提高燃气轮机的经济性和环保性。

1.2 燃烧室内部流动特性的研究意义燃烧室内部流动特性的研究对于优化燃烧室设计、提高燃烧效率、降低排放和增强燃气轮机稳定性具有重要意义。

通过数值模拟分析，可以预测和分析燃烧室内的流动、混合和燃烧过程，为燃烧室的设计和改进提供科学依据。

二、燃烧室内部流动特性数值模拟方法数值模拟作为一种有效的研究手段，可以模拟和分析燃烧室内部复杂的流动和燃烧过程。

通过建立数学模型和使用计算流体动力学(CFD)软件，可以对燃烧室内部流动特性进行详细的模拟和分析。

2.1 数值模拟的理论基础数值模拟的理论基础主要包括流体力学、热力学、化学反应动力学等。

这些理论为模拟燃烧室内部流动特性提供了必要的物理模型和方程。

通过求解这些方程，可以预测燃烧室内的流场、温度场、浓度场等物理量分布。

2.2 计算流体动力学(CFD)的应用计算流体动力学(CFD)是一种用于模拟流体流动和热传递过程的数值方法。

在燃气轮机燃烧室的研究中，CFD可以用来模拟燃烧室内的流动、混合、燃烧和热传递过程。

通过CFD软件，可以构建燃烧室的几何模型，设置边界条件和初始条件，进行网格划分，然后求解流体力学和热力学方程。

2.3 燃烧模型的选择与应用在进行燃烧室内部流动特性数值模拟时，选择合适的燃烧模型是关键。

R0110重型燃气轮机燃烧室三维数值模拟

航空发动机1引言燃气轮机燃烧室的传统设计方法主要是依靠经过分析、总结的大量试验数据后，得到的经验公式，而由此设计出的方案还要再通过反复试验来验证、完善及筛选。

因此，传统燃烧室设计需要耗费大量时间、人力、物力和财力[1]。

近来，计算流体力学和计算燃烧学的迅速发展以及计算机商业软件的广泛应用，使得以计算机模拟、诊断技术研究为主的新型设计方法逐步趋向成熟，虽然目前还不能替代传统的设计方法，但可作为辅助设计手段，以缩短燃烧室设计周期，减少设计费用。

本文在已有燃烧室试验结果的基础上，使用Fluent 软件，对R0110重型燃气轮机逆流环管型燃烧室单个火焰筒内部的流场进行了全尺寸的三维数值模拟计算，并与试验结果进行了比较分齐兵（1981），男，主要从事燃气轮机燃烧室设计工作。

收稿日期：2008-05-13R0110重型燃气轮机燃烧室三维数值模拟齐兵，金戈，顾铭企（沈阳发动机设计研究所，沈阳110015）摘要:采用SIM PL E 算法，应用带有旋流修正的k-ε双方程湍流模型及有限速率/涡耗散化学反应模型，对R 0110重型燃气轮机逆流环管型燃烧室单个火焰筒进行了三维数值模拟计算。

将计算出的燃烧室出口温度场的分布、品质及火焰筒壁温与试验结果进行了对比分析。

燃烧室进口流量、温度、压力等气动参数均与试验时保持一致，火焰筒各部分空气流量也均按火焰筒空气流量分配试验结果给定。

计算和对比分析的结果表明，计算得到的燃烧室出口温度场的分布、品质及火焰筒壁温分布与试验结果比较接近。

关键词：燃烧室；数值模拟；重型燃气轮机；温度场；品质；壁温3D Numerical Simulation of R0110Heavy Duty Gas Turbine CombustorQI Bing,JIN Ge,GU Ming-qi(Shenyang Aeroengine Research Institute,Shenyang 110015,China)Abstract:3D numerical simulation of the single liner was performed for the R0110heavy duty gas turbine reverse-flow cannular combustor using SIMPLE algorithm based on k-εtwo-equation turbulent model with turbulent corrected and finite-rate/eddy dissipation chemistry reaction model.The comparative analyses between the calculation and experiment results with the distribution and quality of the combustor exist temperature field and the linerwall temperature were conducted.The aerodynamic parameters of the combustor inlet flow,temperature and pressure etc.were consistent with the test values.The air flow distributions of the liner were determined according to the experimental results.The results of the calculation and comparative analysis show that calculation results of the distribution and quality of the combustor exist temperature field and the distribution of liner wall temperature approach to the experimental results.Key words:combustor;numerical simulation;heavy duty gas turbine;temperature field;quality;wall temperature28/292009年第35卷第4期Vol.35No.4Aug.2009航空发动机析，主要目的是评估计算结果与试验结果的一致性，同时也为今后同类型燃烧室计算积累经验。

某重型燃气轮机燃烧室燃烧流动的数值模拟

某重型燃气轮机燃烧室燃烧流动的数值模拟
王成军;张宝诚
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2008(000)001
【摘要】对某重型燃气轮机燃烧室燃烧天然气进行数值模拟,在模拟过程中采用了雷诺应力模型、EBU-Arrheniue湍流燃烧模型和六通量辐射模型来描述其燃烧流动过程,运用FLUENT软件求解了三维流场和温场分布.计算结果能够很好地反映该重型燃气轮机燃烧室燃烧流动特点,对预测燃烧室内的燃烧流动有一定参考价值.【总页数】2页(P99-100)
【作者】王成军;张宝诚
【作者单位】沈阳航空工业学院,沈阳,110034;沈阳航空工业学院,沈阳,110034【正文语种】中文
【中图分类】TH12;TP39
【相关文献】
1.某重型燃气轮机燃烧室进气速度变化对燃烧流动特性影响规律的数值研究 [J], 李晓丰;肖俊峰;王峰;王玮
2.某重型燃气轮机燃烧室燃烧性能的数值模拟 [J], 刘网扣;朱志劼;谢岳生;范雪飞;陈洪溪
3.某重型燃气轮机燃烧室三维流场数值模拟 [J], 张诗琦;刘洋;王嘉奇;史俊瑞
4.某重型燃气轮机DLN燃烧室数值模拟冷态分析 [J], 丁勇能;田勇;王波;郑迎九;邵卫卫
5.某重型燃气轮机DLN燃烧室数值模拟热态分析 [J], 丁勇能;田勇;王波;郑迎九;邵卫卫
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某重型燃气轮机燃烧室燃烧性能的数值模拟

某重型燃气轮机燃烧室燃烧性能的数值模拟刘网扣;朱志劼;谢岳生;范雪飞;陈洪溪【摘要】对某重型燃气轮机的燃烧室分成火焰筒头部、全尺寸火焰筒、过渡段三部分进行了热态的数值模拟研究.对火焰筒头部采用轴向旋流器、不等间距喷燃孔等结构的燃烧室进行计算,得到了燃烧室的三维流场分布及温度分布.研究了旋流器安装角变化对燃烧性能的影响.计算结果很好地反映该重型燃气轮机燃烧室燃烧流动特点,为重型燃气轮机燃烧室的设计开发提供了重要参考.【期刊名称】《燃气轮机技术》【年(卷),期】2016(029)004【总页数】5页(P44-48)【关键词】燃气轮机;燃烧室;数值模拟;旋流器【作者】刘网扣;朱志劼;谢岳生;范雪飞;陈洪溪【作者单位】上海发电设备成套设计研究院,上海 200240;上海发电设备成套设计研究院,上海 200240;上海发电设备成套设计研究院,上海 200240;上海发电设备成套设计研究院,上海 200240;上海发电设备成套设计研究院,上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TK472由于燃烧室内部流动的物理过程和化学反应过程均非常复杂，而现阶段对于燃烧的理论分析存在很大的局限性，所以长期以来，燃气轮机燃烧室的设计方法主要是依靠试验及由大量试验数据归纳出的经验公式。

这些试验不但很昂贵，而且需要反反复复多次改型、不断试验，同时试验也受到客观条件的限制(试验能力不够或者某些量无法测量)。

近年来随着计算机性能的提高以及数值模拟方法的不断完善和改进，对于燃烧室的数值模拟逐渐得到认可，并成为燃烧室设计的重要工具[1-4]。

通过模拟三维湍流燃烧来了解燃烧室的工作特性及其特点，预测其流场结构、温度分布以及NOx排放等，对减少燃烧室试验和研发费用、缩短研发周期具有重要的现实意义。

国际燃气轮机制造商也比以往更加重视燃烧室的数值模拟，己将数值模拟方法应用到燃烧室的设计之中，目前己经最大程度地发展了基于雷诺平均(RANS)的模拟方法，并将采用大涡模拟(LES)来解决最具挑战性的设计问题[5]。