本文關鍵詞：燃氣輪機真實環(huán)形燃燒室大渦模擬

  更多相關文章： 燃氣輪機 環(huán)形燃燒室 大渦數(shù)值模擬(LES) 燃油噴霧 OpenFOAM

【摘要】：本文針對真實燃氣輪機環(huán)形燃燒室的燃燒霧化等過程,使用大渦數(shù)值模擬的方法進行非定常計算。求解流體的笛卡爾坐標系三維求解器對于可壓縮的Navier-Stokes輸運方程進行求解來捕獲熱聲振蕩和燃燒誘導的不穩(wěn)定性。對于真實燃燒室復雜的幾何結構采用非結構化的網(wǎng)格。在時間和空間上二階精度的數(shù)值模擬策略被用來加速計算過程和強化數(shù)值穩(wěn)定性。通過高性能的服務器,使用MPI并行運算技術進行并行計算。單方程動網(wǎng)格模型求解亞網(wǎng)格能量輸運方程,同時對于雙向耦合的兩相流噴霧流動提供了一個亞網(wǎng)格速度尺度,在求解的大尺度渦旋模擬亞網(wǎng)格尺度效應。通過擴展的渦擴散模型來模擬亞網(wǎng)格燃燒的過程。歐拉一拉格朗日的方法被用來模擬兩項噴霧流動,噴霧粒子通過一個雙向耦合的拉格朗日方法被追蹤,噴霧二次破碎和蒸發(fā)過程也包含其中。提出的方法被應用到模擬真實多燃燒器環(huán)形燃氣輪機燃燒室中模擬燃燒噴霧的流動過程。計算域的進口流動邊界從上游壓氣機出口到出口邊界下游的高壓渦輪進口。出口邊界條件采用波動對流輸運出口邊界。計算域是由包括了一個擴壓器,一個雙旋流旋流器,兩排初級和二次空氣進氣孔和空氣冷卻孔組成的獨立部分。本研究的目的是證明所提出的計算方法可以應用于研究真實燃燒室的復雜流動過程和燃燒的動態(tài)特性。研究預測了速度,溫度,壓力,燃料和氧氣濃度等的瞬態(tài)和時均場。通過計算的渦旋和頻譜分析對漩渦結構進行了研究。預測的結果很好的再現(xiàn)了流動,噴霧和燃燒的動態(tài)過程,同時捕捉到所研究燃燒室的主要特征,比如旋進渦核PVC和燃燒誘導的火焰不穩(wěn)定性。當前的研究顯示了燃燒室內(nèi)部壓力震蕩的兩個主要頻率。一個主要頻率是關于通過旋流器旋進渦核產(chǎn)生的并隨著流動和下游來流湍流沖擊逐漸消失了。另外一個主要頻率是火焰燃燒誘導的不穩(wěn)定性產(chǎn)生的,這種燃燒震蕩的不穩(wěn)定性分布于燃燒室內(nèi)部的每個區(qū)域。模擬過程能量譜耗散符合湍流慣性副區(qū)-5/3定律。最后,預測的出口溫度和實驗數(shù)據(jù)進行了對比,吻合的比較好,驗證了模擬的準確性。
【關鍵詞】：燃氣輪機 環(huán)形燃燒室 大渦數(shù)值模擬(LES) 燃油噴霧 OpenFOAM
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK473
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-23
• 1.1 研究背景及內(nèi)容9-12
• 1.1.1 燃燒室研究背景9-10
• 1.1.2 燃燒室數(shù)值研究內(nèi)容10-11
• 1.1.3 大渦模擬研究難點11-12
• 1.2 燃燒室數(shù)值模擬國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3 燃燒室數(shù)值模擬國外研究現(xiàn)狀17-21
• 1.4 研究現(xiàn)狀分析21
• 1.5 論文介紹21-23
• 2 數(shù)學模型23-36
• 2.1 控制方程23-29
• 2.1.1 經(jīng)過空間濾波的NS輸運控制方程組23-24
• 2.1.2 亞網(wǎng)格尺度SGS湍流模型24
• 2.1.3 噴霧兩相流模型24-28
• 2.1.4 SGS燃燒模型28-29
• 2.2 數(shù)值方法29-31
• 2.3 源程序介紹31-35
• 2.3.1 求解器介紹31-33
• 2.3.2 關鍵參數(shù)設置33-35
• 2.4 本章小結35-36
• 3 真實燃氣輪機燃燒室大渦模擬36-42
• 3.1 問題描述36-38
• 3.1.1 燃燒室結構介紹36-37
• 3.1.2 燃燒室各結構工作過程37-38
• 3.2 計算網(wǎng)格及邊界條件38-41
• 3.2.1 計算域網(wǎng)格38-39
• 3.2.2 計算邊界條件39-41
• 3.3 本章小結41-42
• 4 計算結果分析42-65
• 4.1 燃燒室內(nèi)時均和瞬態(tài)流場42-48
• 4.1.1 速度場42-45
• 4.1.2 溫度和壓力場45-46
• 4.1.3 物質質量分數(shù)場46-48
• 4.2 旋進渦核48-52
• 4.2.1 旋進渦核產(chǎn)生機理48-49
• 4.2.2 旋進渦核的表示49-52
• 4.3 頻譜分析52-58
• 4.3.1 壓力信號取樣52-55
• 4.3.2 壓力信號FFT變換55-58
• 4.4 湍動能譜分析58-61
• 4.5 出口溫度場實驗對比61-63
• 4.6 本章小結63-65
• 5 結論與展望65-67
• 5.1 結論65-66
• 5.2 展望66-67
• 參考文獻67-70
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況70-71
• 致謝71-72

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本文編號：990445