发电技术 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (5): 712-721.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.21109
杨旸1,2, 李耀强3, 张金琦3
收稿日期:
2022-11-25
出版日期:
2023-10-31
发布日期:
2023-10-30
作者简介:
基金资助:
Yang YANG1,2, Yaoqiang LI3, Jinqi ZHANG3
Received:
2022-11-25
Published:
2023-10-31
Online:
2023-10-30
Supported by:
摘要:
为分析贫预混旋流燃烧室头部结构特性影响,采用计算流体力学方法研究了中心体端面形状、空气流量,燃料喷孔数量、位置,以及头部扩张比对燃烧火焰、流场及火焰动态响应的影响。结果表明:空气流速增大到一定值后, 火焰形态基本保持不变;增加压力面燃料孔数量,高放热率区集中在中心回流区根部,同时增加压力面和吸力面燃料孔数量使得中心回流区根部温度更低,有降低热力NO x 的趋势;增加火焰筒直径,有助于中心回流区沿径向扩张,导致火焰更长、更细;将中心体端面改成椭圆,会缩短火焰轴向长度;改变中心体端面形状基本不影响火焰传递函数幅值和相位,但增加燃料孔数量明显改变火焰传递函数相位。
中图分类号:
杨旸, 李耀强, 张金琦. 基于数值方法的燃气轮机贫预混旋流燃烧室单头部结构设计[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 712-721.
Yang YANG, Yaoqiang LI, Jinqi ZHANG. Design of Dome Structure for A Lean Premixed Swirled Combustor of Gas Turbine Based on the Numerical Method[J]. Power Generation Technology, 2023, 44(5): 712-721.
边界 | 参数 | 空气 进口 | 燃料吸力面 | 燃料压力面 | 燃烧器出口 | 燃料质量分数/% |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 速度/(m/s) | 18.00 | 25.64 | 26.30 | 11.98 | 2.9 |
流量/(g/s) | 19.87 | 0.30 | 0.30 | 20.47 | ||
2 | 速度/(m/s) | 35.00 | 49.90 | 51.18 | 22.54 | 2.9 |
流量/(g/s) | 38.63 | 0.58 | 0.58 | 39.80 | ||
3 | 速度/(m/s) | 50.00 | 60.22 | 61.77 | 29.93 | 2.5 |
流量/(g/s) | 55.19 | 0.70 | 0.70 | 56.59 | ||
4 | 速度/(m/s) | 50.00 | 71.23 | 73.07 | 32.20 | 2.9 |
流量/(g/s) | 55.19 | 0.83 | 0.83 | 56.85 | ||
5 | 速度/(m/s) | 75.00 | 106.85 | 109.60 | 48.25 | 2.9 |
流量/(g/s) | 82.79 | 1.24 | 1.24 | 85.28 |
表1 不同空气流速下工况及边界条件
Tab. 1 Boundary conditions of cases with different velocities and mass flow rates
边界 | 参数 | 空气 进口 | 燃料吸力面 | 燃料压力面 | 燃烧器出口 | 燃料质量分数/% |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 速度/(m/s) | 18.00 | 25.64 | 26.30 | 11.98 | 2.9 |
流量/(g/s) | 19.87 | 0.30 | 0.30 | 20.47 | ||
2 | 速度/(m/s) | 35.00 | 49.90 | 51.18 | 22.54 | 2.9 |
流量/(g/s) | 38.63 | 0.58 | 0.58 | 39.80 | ||
3 | 速度/(m/s) | 50.00 | 60.22 | 61.77 | 29.93 | 2.5 |
流量/(g/s) | 55.19 | 0.70 | 0.70 | 56.59 | ||
4 | 速度/(m/s) | 50.00 | 71.23 | 73.07 | 32.20 | 2.9 |
流量/(g/s) | 55.19 | 0.83 | 0.83 | 56.85 | ||
5 | 速度/(m/s) | 75.00 | 106.85 | 109.60 | 48.25 | 2.9 |
流量/(g/s) | 82.79 | 1.24 | 1.24 | 85.28 |
工况 | 孔数 | 压力面喷孔 | 吸力面喷孔 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
面积/mm2 | 速度/(m/s) | 流量/(g/s) | 面积/mm2 | 速度/(m/s) | 流量/(g/s) | ||
基准型 | 压力面、吸力面各2孔 | 17.9 | 71.23 | 0.83 | 17.4 | 73.07 | 0.83 |
改型1 | 压力面、吸力面各4孔 | 34.9 | 36.57 | 0.83 | 34.4 | 37.05 | 0.83 |
改型2 | 压力面4孔 | 34.9 | 73.13 | 1.66 | 0 | 0 | 0 |
改型3 | 吸力面4孔 | 0 | 0 | 0 | 34.4 | 74.09 | 1.66 |
表2 不同燃料喷嘴参数及边界条件
Tab. 2 Parameters and boundary conditions of different fuel nozzles
工况 | 孔数 | 压力面喷孔 | 吸力面喷孔 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
面积/mm2 | 速度/(m/s) | 流量/(g/s) | 面积/mm2 | 速度/(m/s) | 流量/(g/s) | ||
基准型 | 压力面、吸力面各2孔 | 17.9 | 71.23 | 0.83 | 17.4 | 73.07 | 0.83 |
改型1 | 压力面、吸力面各4孔 | 34.9 | 36.57 | 0.83 | 34.4 | 37.05 | 0.83 |
改型2 | 压力面4孔 | 34.9 | 73.13 | 1.66 | 0 | 0 | 0 |
改型3 | 吸力面4孔 | 0 | 0 | 0 | 34.4 | 74.09 | 1.66 |
参数 | 工况 | |||
---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | |
空气流速/(m/s) | 18 | 35 | 50 | 75 |
折算热功率/(MW/MPa) | 0.332 | 0.645 | 0.921 | 1.383 |
表3 不同空气流速及相应热功率工况
Tab. 3 Different air flow rates and corresponding thermal power conditions
参数 | 工况 | |||
---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | |
空气流速/(m/s) | 18 | 35 | 50 | 75 |
折算热功率/(MW/MPa) | 0.332 | 0.645 | 0.921 | 1.383 |
结构 | 压力面燃料孔个数 | 吸力面燃料孔个数 |
---|---|---|
基准型 | 2 | 2 |
改型1 | 4 | 4 |
改型2 | 4 | 0 |
改型3 | 0 | 4 |
表4 各形式燃料孔
Tab. 4 Different fuel hole structures
结构 | 压力面燃料孔个数 | 吸力面燃料孔个数 |
---|---|---|
基准型 | 2 | 2 |
改型1 | 4 | 4 |
改型2 | 4 | 0 |
改型3 | 0 | 4 |
图11 4种不同头部结构的燃烧中间产物OH基团的质量分数分布云图
Fig. 11 Cloud diagrams of mass fraction distribution of OH groups in combustion intermediates with four different head structures
图12 4种不同头部结构的燃烧最终产物H2O的质量分数分布云图
Fig. 12 Cloud diagram of mass fraction distribution of H2O, the final combustion product with four different head structures
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