湍流燃烧模型对合成气燃烧室模拟结果的影响.pdf

中国工程热物理学会 燃烧学 2006年学术会议 编号：064010 湍流燃烧模型对合成气燃烧室 模拟结果的影响 崔玉峰徐纲聂超群黄伟光 (中国科学院工程热物理研究所北京100080) Tel：010． E-mail：￡塑i迎鱼塑g(鱼曼垃照受g：曼垃：堑：曼望 摘要；为了选出适用于合成气燃气轮机燃烧室数值模拟的湍流燃烧模型，本文分别采用涡团耗散 模型(EDM)、平衡混合物分数／PDF模型和层流小火焰面模型(LFM)对某个燃烧中热值合成气的 燃气轮机燃烧室进行了数值模拟，并对计算结果进行了比较，结果表明：采用EDM会低估H2的反应 速率，而高估CO的反应速率，因此该模型不适合用于模拟合成气燃烧。与EDM相比，平衡PDF模 型与层漉小火焰萄模型更合理地预溅了CO和H2的反应速率。对于所计算的工况下由于满足Dal 的条件，层流小火焰面模型与平衡PDF模型的计算结果基本相同。 1．引言 Model，EDM)， 目前最常用到的湍流燃烧模型有涡团耗散模型(Eddy,．Dissipation Mixture Fraction／PDFModel)以及考虑了部分 平衡混合物分数／PDF模型(Equilibrium Flamelet 非平衡影响的层流小火焰面模型(LaminarModel，LFM)。三种模型基于不同 的假设，适用于不同的条件，对于同样的燃烧室结构以及工作条件得到的计算结果会有 所不同。本文分别采用这三种模型对某个燃烧合成气的分管型燃烧室进行了数值模拟， 并对计算结果进行了比较，以期能对后面迸一步的数值计算工作在选择湍流燃烧模型方 面提供有意义的指导。 、 2．燃烧室结构 本文所研究的燃气轮机燃烧室是回流式分管型燃烧室，各分管燃烧室通过联焰管联 接在一起沿圆周布置在机组的中轴周围，单个燃烧室的结构如图l所示。每一个分管燃 烧室内有一个圆筒形火焰筒，火焰筒和外面的导流衬套形成环形通道。压缩空气从压缩 机流出之后经过扩压器的减速增压，首先从燃烧室后部进入环形通道，然后依次通过火 焰筒壁面的各种进气孔(包括冷却孔、掺混孔、补燃孔和主燃孔等)进入火焰筒，剩余 的空气最后由火焰筒头部的配气盖板／锥罩装置以及燃料喷嘴上的旋流器进入燃烧室 头部。在火焰筒后接有燃气导管(或称为过渡段)，把圆形的火焰筒出口转成扇形，后 面雨接燃气透平。火焰筒壁面开有两排主燃孔(每排8个孔)、～排补燃孔(4个孔)和 基金项目：国家自然科学基金项目 296 一排掺混孔(4个孔)，还有16排冷却孔(图2)。盖板／锥罩装置如图3所示。每排冷 却孔的数目很多，最少的有32个，最多的有230个；孔径最大的是6．3mm，最小的只 有1．4mm。火焰筒头部两侧开有两个联焰孔，用于与其它火焰筒联接在一起和联焰。火 焰筒管壁采用气膜冷却，锥罩则采用鱼鳞孔冷却。喷嘴结构如图4所示，采用了轴向旋 流器，进气角为500，旋流数为1．102。燃料喷射孔分成三排布置。最外侧一排在旋流器 的通道内，另两排在喷嘴的端面上。外侧两排燃料孔的直径为5．2mm，每～排有20个 ’a’ 孔。最内侧8个孔的直径为3mm，主要用于在低负荷下稳定火焰。 ． 该燃烧室是由最初的燃烧天然气和轻柴油的燃烧室改造而来【l】。现在可以燃烧煤气 化后得到的中热值合成气。本文数值计算所采用的合成气的主要成分如表1所示。合成