三旋流燃烧室配气与三维设计方法研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文三旋流燃烧室配气与三维设计方法研究硕士研究生：周禹佳指导教师：郑洪涛教授学科、专业：动力工程及工程热物理论文主审人：杨家龙副教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文三旋流燃烧室配气与三维设计方法研究硕士研究生：周禹佳指导教师：郑洪涛教授学位级别：工学硕士学科、专业：动力工程及工程热物理所在单位：动力与能源工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertatio

2、nfortheDegreeofM.EngResearchonGasDistributionandThreeDimensionalDesignMethodofCombustorwithThripleSwirlerCandidate:ZhouYujiaSupervisor:Prof.ZhengHongtaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:PowerEngineeringandEngineeringThermophysicsDateofSubmission:January

3、,2018DateofOralExamination:March,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学

4、学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保

5、存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日三旋流燃烧室配气与三维设计方法研究摘要随着环境污染问题的日益严峻，燃气轮机的污染物排放标准也日趋严格，高性能低污染已然是现今燃气轮机设计所追求的目标。燃烧室作为燃气轮机重要的核心部件，其结构设计的合理性直接影响了燃机整体性能。传统的经验、半经验设计方法灵活性差、耗时耗力，大大增加了燃烧室设计周期，因此化学反应器网络法和计算流体力学相结合的方法日益受到学者们的重视。通过CFD计算结果指导燃烧室一维设计，再根据一维设计最优结果进行三维数值模拟校核和结构优化，以此形成的一维和三维交互式设计

6、方法可以大大节约设计成本，有非常广阔的应用前景。本文针对某环管型燃烧室，采用化学反应器网络法（CRN）对其简化模型进行一维配气设计，并采用多旋流中心分级技术，对燃烧室进行低排放设计，通过一维和三维相互指导的设计方法，探究了燃烧室头部结构参数、燃油分级特性等因素对NOx排放的影响规律。本文的主要研究内容如下：（1）利用Chemkin-Pro化学分析软件，基于简化燃烧室的流场计算结果，将燃烧室划分为八个特征区域，搭建化学反应器网络模型图。分别控制三个进气边界的进口空气流量比，进行一维配气优化，最终得到的最佳配气比为：头部冷却孔8%，旋流器进口7

7、0%，壁面冷却孔22%。（2）采用微元法对燃烧室有效体积和特征长度进行优化设计，计算得到燃烧室有效体积为6061.72cm3，有效长度为28.01cm，最终得到优化设计后的火焰筒总长为49.51cm。为后续燃烧室三维建模提供了依据。（3）利用Fluent软件对燃烧室进行低排放优化设计。将燃烧室火焰筒及机匣简化，着重分析多旋流头部结构对污染物排放的影响。在等效面积法的基础上结合CFD计算结果优化了壁面冷却孔数量及排列方式，探究了冷却孔数量及排列方式对三级旋流器进口空气流量的变化规律。（4）对经验公式设计得到的三级旋流器结构进行优化，探究了中间

8、级轴向旋流器不同旋向方案下叶片角对燃烧性能的影响。结果表明同向安装下各参数随叶片角增大均得到优化，而反向方案并没有统一规律，相同角度下反旋方案要大大优于同旋方案，其NOx排放值要