掺混孔参数影响燃烧室出口温度场的计算方法

合理的温度场分布是燃烧室设计的主要问题之一.在气动计算基础上,借鉴有关流动和射流穿透经验关系,依据发动机工况及试车测试数据,针对某型发动机燃烧室,进行了通过改变掺混孔孔径调整出口温度场分布的计算方法研究.利用气动函数结合流阻法进行流动参数计算,采用气动方法计算射流穿透深度和掺混温度,得出相应掺混孔改变量与掺混气变化量及相应燃烧室出口截面处的温度变化量.提出一种比拟法,预估改变掺混孔孔径后燃烧室出口温度的变化情况,并给出根据出口温度要求预估燃烧室需要调整的掺混孔位置及尺寸,为实验调试提供计算依据.     

花瓣稳燃器回流区的特性分析

通过数值模拟的方法,详细研究了花瓣稳燃器的回流区特性,给出了花瓣稳燃器回流区的三维立体形状图和回流区长度、宽度、回流量、最大回流速度等特性参数,并对衡量煤粉颗粒与高温回流烟气间掺混速度和掺混强度的掺混系数进行了分析;与普通扩流锥稳燃器的回流区进行了比较.结果表明：花瓣稳燃器的特殊设计能够形成多种回流区,对于旋流燃烧器燃烧低挥发分煤和低负荷运行具有良好的稳燃性能.图6表1参4     

氢气微混燃烧器燃空掺混特性数值研究

实现氢气和空气在氢燃气轮机燃烧室喷嘴管外均匀掺混可以在避免回火的同时实现低NO_x燃烧。为了在喷嘴出口到燃烧之前尽量实现均匀的掺混,通过数值模拟方法计算分析了微混喷嘴出口的流动特性以及燃空来流相互作用对氢气和空气混合的影响,研究了燃空动量比、燃料微孔间隙比、射流高度及混合长度对微混喷嘴冷态燃空掺混的影响。结果表明：掺混效果直接受标准射流深度、邻射流扰动及扩散段旋涡结构的影响。燃空动量比R_m为1.19～1.77时,所达到的标准射流深度可以实现较均匀掺混;间隙比为0.54时,邻射流相互作用会增大射流中心的氢气浓度下降梯度;增加射流高度和混合长度均能降低混合不均匀度;近壁旋涡对的完整发展有利于改善掺混。     

天然气低排放旋流燃烧室头部结构性能研究

本文设计了一种旋流燃烧室的旋流器及预混段结构。通过冷态数值模拟的方法评估了掺混段出口的总压损失及掺混不均匀度。计算结果显示同向双级旋流器能够在相对较低的总压损失下获得较好的掺混效果。之后通过相同的方法确定影响该型旋流器性能的四个几何参数:内层旋流数、外层旋流数、喷嘴直径和内外层流道面积比。研究结果得出了旋流器设计的具体尺寸。配合该旋流器设计,又通过燃烧数值模拟设计了三种掺混区布局。结果表明,较短的中心钝体结构会引起火焰锋面位置向燃烧室下游偏移,造成平面型火焰面,另外还会在掺混区中产生不稳定的回流区。最后通过改变预混段外径、中心体长度和直径得到了综合性能良好的燃烧室结构。     

汽轮机转子热应力在线监测、寿命管理及优化启动的研究

建立了有中心孔的转子热应力解析递推计算法。该方法计入了放热系数的变化,对汽温非线性变化过程采用分段性叠加的分析方法,能满足在线实时监测系统对速度和存储空间的双重要求。应用雨流法实时监测和管理转子的寿命损耗。对汽轮发电机优化启动进行了初步研究,并探讨了优化启动的基本原则,拟定了一条优化启动曲线。     

非轴对称端壁抑制叶栅二次流分离的实验研究

应用热线测量和颗粒图像测速(PIV)技术,测量平端壁叶栅(FEW)和非轴对称端壁叶栅(CEW)的二次流动。基于叶栅内的涡结构和剪切应力,分析非轴对称端壁降低二次流损失的流动机理。实验结果表明:二次流在叶片吸力面的边界层分离导致壁面涡与主流流体的剪切掺混,这是叶栅二次流损失的主要来源;非轴对称端壁通过降低端壁横向压力梯度推迟二次流分离的发生,使壁面涡与主流区产生剪切掺混的范围缩小,并使端壁二次流的流向速度提高、壁面涡的强度降低,在上述两方面作用下叶栅内的剪切应力减小,叶栅二次流损失降低。     

燃烧室出口温度分布偏差的机理

为找出R0110重型燃气轮机干式低污染(DLN)燃烧室实测的出口温度分布偏离设计曲线的原因,以燃烧室掺混过渡段为几何模型,数值研究了来流高温燃气的温度和速度分布、掺混射流特性等因素对出口温度分布的影响.发现逆流式燃烧室设计使二次流道中的流动非常不均匀,导致上下对称开设的掺混孔的射流流量产生很大差异,这个差异是决定最高温度点径向位置的主要因素;掺混射流方向亦发生显著偏转,对温度分布形态有关键性影响;实测的叶根、叶尖温度畸变的原因是试验装置出口存在漏气.     

燃煤锅炉一次风掺混氢氧对炉膛温度影响的数值模拟

为提高1 000 MW超超临界四角切圆燃煤锅炉低负荷工况(300 MW)燃烧稳定性,在一次风中掺混不同比例氢气和氧气,采用数值模拟方法对比分析了低负荷掺混氢氧前后炉膛平均温度场和CO体积分数等参数。研究结果表明：一次风掺混氢氧加强了低负荷工况下的火焰温度,进而提升炉内整体平均温度,改善低负荷燃烧不稳定现象;掺混5%体积分数的氢气,主燃区炉内截面平均温度达到1 603 K,比初始工况平均温度高了37 K;掺混8%～15%体积分数的氢气,随着氢气燃烧产生水份比例增高,炉膛截面平均温度逐步降低;掺混5%体积分数的氢气和10%体积分数的氧气,主燃区炉内截面平均温度达到了1 696 K,比只掺混5%体积分数的氢气平均温度提高了93 K,比初始工况平均温度提高了130 K,此工况是该四角切圆锅炉低负荷下改造后较为理想的工况。     

燃煤机组耦合固废焚烧关键技术研究进展

[目的]燃煤与固体废弃物混合掺烧不仅可以实现固废的能量回收利用,也是实现燃煤发电的碳减排的路径之一。[方法]文章综述讨论了燃煤电站掺混固废的研究工作,主要介绍了基于目前主流的电站锅炉为反应器开展燃煤与不同固废掺混的燃烧应用与技术发展;从燃料经济性、混合燃料的飞灰特征、污染物排放以及碳税角度评价燃煤掺混固废的燃烧技术发展;最后讨论了直接掺混和间接掺混的技术的特点。[结果]燃煤直接掺混固废燃烧时需要尽可能减少对锅炉运行的影响,特别是气体污染物的排放以及飞灰对换热面的影响和飞灰无害化处置。间接掺混可以避免混合燃料燃烧对炉膛的影响,但是需要较高的硬件成本投资且耦合技术较为复杂。富氧燃烧技术依旧需要对现有锅炉结构优化来提高该技术的适用性。[结论]直接掺混可实现性与成本优于间接掺混,且循环流化床燃料适应广的特点有利于燃煤直接掺混固废燃烧技术的应用,随着基于循环流化床的富氧燃烧技术的发展将更有利于实现火电厂的碳减排。     

旋转式压力能交换器能量回收试验研究

旋转式压力交换器是利用正位移原理工作的流体能量回收装置。介绍了设计的流体自驱型旋转式压力能交换器．应用在SWRO系统中,进行了实际工况条件下的能量回收试验、端面密封性能试验和流体掺混试验。除流体掺混试验用1．8％和3．5％浓度的NaCl溶液做试验介质外,其余试验均用自来水做试验介质。试验结果表明,压力能交换器内部端面密封性能对压力水平有关键影响,在现有装置条件下,转子转速超过1000r／min,高压端进流压力1．25MPa,能量回收效率达到76％,流体掺混率低于5％。     

带有冷气掺混的三级透平气动性能数值研究

借助NUMECA数值仿真软件,以某型燃气轮机的三级透平作为计算模型,对其在冷却气体掺混前后的流场进行了数值模拟。考虑到工质物性的影响,采用了变比热高温燃气作为计算工质。同时,针对燃气轮机透平进口的变工况问题,选取不同的透平进口总压值进行数值计算。结果表明,冷却气体的加入使得级损失增大,每列叶片流道出口速度或相对速度减小,下游叶片进口气流角减小;在三级透平冷气掺混时改变进口总压值,每列叶片流道的进口气流角几乎不变,除第三级动叶的激波损失与尾迹损失增大外,其余叶片流道的能量损失变化不明显。     

考虑变比热的冷却涡轮弯曲叶栅流场的数值模拟

对采用弯曲叶片的某型高压涡轮导向器有／无冷气喷射时的栅内流场进行了数值模拟。应用了以冷气源项反映冷气掺混影响的三维变比热计算方法。结果表明,弯曲叶栅内的冷气喷射导致了马赫数和温度的变化;叶片表面和端壁得到有效的低温保护;在相同冷气流量下,压力面附近温度降低较吸力面明显,冷却气膜的作用也更为有效;栅内二次流对冷气分布有影响。     

Numerical Simulation of 3—D Temperature Distribution of the Flame Tube of the Combustion Chamber with Air Film COoling

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吹风比和唇板厚度对叶片尾缘气膜冷却的影响研究

为了探究吹风比、唇板厚度对叶片尾缘半劈缝冷却结构气膜冷却特性的影响,采用数值模拟方法对比唇板厚度为4,5和3 mm,吹风比Br为0.5,0.8,1.0和1.5条件下叶片尾缘后台阶上的气膜冷却效率。结果表明：在吹风比Br为0.5时,叶片尾缘后台阶上产生的回流区大,冷气向展向扩散范围广,冷气在近劈缝一端向展向覆盖的较好,由于吹风比小,冷气流速慢,动量小,在后台阶远端燃气与冷气掺混量大,导致冷气冷却能力降低;在大吹风比下（Br=1.5）,冷气流速快,冷气从劈缝射出集中覆盖在劈缝下游处,而肋下游冷气覆盖效果差。唇板厚度影响着唇板出口处形成的回流区,增大唇板厚度将导致半劈缝出口气流分离所产生的涡强度变大,促进燃气与冷气的掺混,降低冷却效率,薄唇板会使尾缘气膜冷却效率显著提高。     

大型燃气轮机透平冷却空气量估算

大型燃气轮机透平冷却空气量一般难以直接获得。本文从燃机总体物质与能量平衡的角度,结合透平一级静叶的冷却模型,给出了一种估算大型燃气轮机冷却空气量的方法,并对GE公司系列燃气轮机和西门子公司V94．3燃气轮机冷却空气量进行了估算。结果表明采用本文的方法估算的燃气轮机透平冷却空气量是合理的。     

Design consideration for cross jet air mixing in municipal solid waste incinerators

In mass-burning municipal solid waste incinerators, overfire air injection plays a key role in the improvement of mixing and reaction between oxygen and incomplete combustion products and/or pollutants. However, the design parameters of overfire air nozzles are not well understood and sometimes confusing. In this paper, major design parameters concerning cross jet air nozzles are discussed along with flow simulation results for simplified furnace geometry. The overall performance of jet air mixing and the effects of design parameters are quantitatively evaluated. The flow simulation results are interpreted in terms of the penetration depth of the jet into the main flow, the size of the recirculation zone and the ratio of the unmixed portion of the gas flow. The momentum flux ratio J of the jet to the cross flow strongly affects the penetration depth of the jet and the mixing of two flow streams. As the inter-nozzle distance S (in non-dimensional form) decreases, the penetration depth decreases but the size of the recirculation zone increases and the resultant mixing deteriorates. The degree of mixing of the jet with the cross gas stream is evaluated in terms of the mass-averaged probability distribution of the relative concentration. Fresh air disperses more efficiently into the gas stream as J and S increase. The momentum flux ratio and the inter-nozzle distance are considered as important design parameters, and optimum values of these variables can be chosen for the given furnace conditions. This numerical evaluation also provides a basis for similarity considerations in cold flow model tests and the validity of the two-dimensional idealization. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

叶型表面曲率对离散孔气膜冷却性能的影响

由于型面曲率的影响,涡轮叶片前缘和吸力面的冷却气膜易于脱离型面,气膜冷却效果下降。本研究将叶片型线分段拟合,建立了多个单一曲率的曲面模型(R/D=-30、-75、120、∞),研究涡轮叶片表面曲率对于气膜冷却的影响。流动与传热的数值模拟采用Fluent软件,湍流模型选择RNGk-ε模型,模拟方法经平板流动进行的结果验证是可靠的。在不同吹风比(M=0.5、1.2、2.0)条件下,计算比较了不同曲率曲面上气膜单孔下游的壁面传热系数以及局部平均气膜冷却效率。结果表明:涡轮叶片型面曲率对气膜冷却效果的影响与吹风比有关。不同曲率的型线部分,应该设计采用不同的吹风比,气膜冷却效果可能取得最佳。低吹风比M<1时,凹面曲率对气膜换热系数是强化,凸面基本没有作用。高吹风比M>1时,曲率不影响换热能力,冷却效果则取决与气膜相对于型面的流动状态和与主流的掺混能力。     

The numerical computation of the evaporative cooling of falling water film in turbulent mixed convection inside a vertical tube

An analysis has been developed for studying the evaporative cooling of liquid film falling inside a vertical insulated tube in turbulent gas stream is presented. Heat and mass transfer characteristics in air–water system are mainly considered. A low Reynolds number turbulence model of Launder and Sharma is used to simulate the turbulent gas stream and a modified Van Driest model suggested by Yih and Liu is adopted to simulate the turbulent liquid film. The model predictions are first compared with available experimental data for the purpose of validating the model. Parametric computations were performed to investigate the effects of Reynolds number, inlet liquid temperature and inlet liquid mass flow rate on the liquid film cooling mechanism. Results show that significant liquid cooling results for the system with a higher gas flow Reynolds number Re, a lower liquid flow rate Γ₀ or a higher inlet liquid temperature T_L0.     

双层壁叶片的模型化方法与冷却设计流程研究

提出了一种适用于双层壁叶片的冷却设计流程。沿叶片的叶高和流向抽象提取出简单冷却单元,对其建立一维管网模型并进行多次管网计算,得出各个单元最优的冷却结构方案。将设计好的冷却单元映射回实际叶片中,并对叶片建立一维管网模型,经过多次冷却结构调整与计算迭代,得到叶片初步的冷却结构。对该叶片进行三维气热耦合计算,只需要局部冷却结构微调和少量的CFD计算,就可以得出最终的冷却设计方案。最终设计的叶片CFD计算得到的平均温度为1 049 K,总冷气量为0.288 kg/s,与管网计算结果1 059 K和0.337 kg/s相近。该设计流程方法简便,准确性高,人工工作量和仿真计算量小,优于传统的涡轮冷却设计流程。     

燃气轮机总体热平衡计算的初步报告

本文叙述了总冷却空气量较大时（如接近20%等级）的燃气轮机初步设计时总体热平衡计算的一个方法。