燃气轮机燃烧室数值模拟及试验.pdf

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1、第32卷第8期2010年8月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．32，No．8Aug．，2010燃气轮机燃烧室数值模拟及试验李名家，林枫，任艳平，王俊(中国船舶重工集团公司第七O三研究所，黑龙江哈尔滨150036)摘要：燃气轮机燃烧室性能验证～般采用数值模拟和性能试验2种方法。前者经济快捷，但往往结果和实际存在一定误差；后者耗资较大，耗时较长，但结果比较准确，是检验燃气轮机燃烧室性能的可靠手段。本文从数值模拟和试验研究2个方面对某型燃气轮机燃烧室冷态和热态条件下的性能进行了较深入探讨，为查找并分析燃烧室故障，进行燃烧室优化设计提供了依据。关键词：燃气轮机

2、；燃烧室；数值模拟；试验研究中图分类号：TKl4文献标识码：A文章编号：1672—7649(2010)08—0117—06DoI：10．3404／j．issn．1672—7649．2010．08．023NumericalsimulationandexperimentalstudyofthegasturbinecombustorLIMing-jia，LINFeng，RENYan·ping，WANGJun(The703ResearchInstituteofCSIC，Harbin150036，China)Abstract：Thetwomethodsofnumericalsimulationa

3、ndservicetestareusuallyadoptedintheperformanceverificationofthegasturbinecombustor．Theformeriseconomicalandconvenient，buttheresultfromitslightlydeviatesfromthetruethings．Thelatterisuseofhighercostandlongertime，buttheresultfromitisrelativelyaccurate，itisareliablemethodtoverifytheperformanceoftheg

4、asturbinecombustor．Theperformanceofacertaingasturbineeombustorisdeeplystudiedinthecoldandhotconditionsbyuseofnumericalsimulationandservicetest，itisverysignificanttofindandanalyzethefailureoftheeombustorandoptimizeitsdesign．Keywords：gasturbine；combustionchamber；numericalsimulation；experimentalstu

5、dy0引言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(CFD)、数值传热学(NHT)和计算燃烧学(CCD)为核心的数值模拟方法来研究，对减小燃烧室研制费用，缩短研制周期具有极其重要的意义¨“1。燃烧室的研制与发展始终伴随着大量反复的试验，由于试验条件，特别是气源条件的限制，同时也为节约试验成本，缩短试验周期，在燃烧室部件试验中，较少进行全尺寸设计参数下试验，通常只进行某种相似准则的模化试验¨。。。目前，我国基本都按等容积流率的相似准则进行燃烧室模化试验¨。。数值模拟和性能试验作为考查燃烧室性能的2种方法，是相辅相成，互为促进的，前者可为后者提供指导，后者可为前者提供

6、验证。将数值模拟与试验验证相结合已成为燃烧室研制中普遍接受的方法¨1。1研究对象本文研究对象为某型燃气轮机逆流环管型燃烧室，如图l所示。该燃烧室以一10#轻柴油为燃料，采用双油路双喷口机械雾化离心式喷嘴和凸肩式二次膨胀结构气膜冷却火焰筒。火焰筒内、外壁面涂有高温耐热瓷漆。燃烧室由16个火焰筒组成，火焰筒筒体上周向均布有10个主燃孑L，在3、4号主燃孔和8、9号主燃孔之间的前方布置有联焰管。收稿日期：2010—04—20作者简介：李名家(1977一)，男，博士研究生，工程师，主要从事燃气轮机燃烧和传热研究。·118·舰船科学技术第32卷在燃气轮机实际运行中，通过对燃烧室的检查，发现在火焰

7、筒主燃孔边，特别是联焰管附近的主燃孔边，出现沿排气方向发展的裂纹。为此，本文基于数值模拟和试验研究的方法，进行燃烧室性能的深入研究与分析，查找分析燃烧室出现故障的原因，探讨火焰筒及喷嘴结构改进对燃烧室性能的影响，为燃烧室的优化设计提供依据。2数值模拟2。1模型建立2．1．1数学模型燃烧室内的流动是复杂的三维紊流，燃烧室内的质量、动量、能量及组分输运方程通用形式为：击(例+麦(pui4')=毒(r中筹)‰S(1)式中：r巾和S中为与变量多相应的交