当大湿度燃烧计算模型及蒸汽喷注对燃烧室燃烧

大湿度燃烧计算模型及蒸汽喷注对燃烧室燃烧流场特性的影响

分类号：TK16.8 文献标识码：A

（College of Power Energy under the Shanghai Jiaotong University）Abstract：On the basis of a traditional gas-state combustion-calculation model a correction is performed of the operating features of a high-humidity combustor and a mathematical model appropriate for the high-humidity combustion calculation proposed. Thereupon, with respect to four versions of steam-injection location in a specific steam-injection combustor a comparison and calculation analysis has been conducted of the effect on combustor inner flow-field characteristics of the different steam injection locations. As a result, some logical conclusions were obtained.

Key words：high-humidity combustion, steam injection, flow field simulation calculation▲1 前言

以STIG(注蒸汽燃气轮机)为代表的双工质联合循环大大地改善了燃气轮机循环的性能，正日益引起人们的重视［1］。在国内，哈尔滨.第七○三研究所已成功地将其投入实际生产，取得了可观的社会这样就有效的增加了可控性及经济效益［2］。目前这方面的研究重点多局限在循环总体性能的实验及分析上［3］，较少深入研究其主要部件的内部细节问题。实际上由于在循环中采用了双工质，大量“湿”工质的引入将使燃气轮机各部件尤其是燃烧室的内部流动特性受到较大程度的影响，进而影响到双工质循环的总体性能。而目前对双工质循环大湿度燃烧室内部流动状况的实验及数值研究仍是空白。本文试图采用数值计算方法对STIG大湿度燃烧室内部流动特性与蒸汽喷注方式间的相互关系进行研究探讨。计算中采用气态丙烷作为燃料，计算模型中没有考虑辐射的影响［4］。2 流场模拟计算的数学模型

2.1 常规燃烧室气态燃烧流场的计算模型

湍流用标准的k－质量不好ε模型进行描述，湍流动量扩散系数μe中考虑了湍流粘性系数μt的影响：μe=μ+μt (1)μt=Cμρk2／ε (2) 燃操作起来也是非常的方便烧计算采用Arrhenius－EBU［5］模型，燃烧速率Rfu受到湍流及化学动力学因素影响： (3)Rfu2=-A0ρ2mfumoxexp(-E／RT) (4) 计算时Rfu取两者中绝对值较小的一个，mfu、mox分别为燃料和氧气的质量分数，系数取为Cμ=0.09，CR=1.0，A0=2.1010，E=1.84.104。

2.2 蒸汽质量分数的计算模型

双工质大湿度燃烧室中的蒸汽成分除少量由燃烧产生外，大部分通过喷注进入，蒸汽在燃烧室的各气态成分中占有较大比重。常规燃烧计算模型不能说明蒸汽在流场中的分布特点，本文对其加以修正，通过添加描述蒸汽质量分数输运的方程来描述蒸汽的产生、扩散情况。

蒸汽成分的输运方程形式同其它方程相似，蒸汽产生率通过方程源项反映，大小根据燃料质量分数的生成速率Rfu基于反应时相互之间的特定比例关系确定。丙烷燃烧时蒸汽方程的源项用下式表示，负号表示蒸汽产生和燃料消耗的过程相反：Rsteam=-(4WH2O／WC3H8)Rfu (5) 蒸汽输运方程同常规气态燃烧计算模型一起构成大湿度燃烧的计算模型。

2.3 大湿度燃烧流场计算模型的控制方程组

本文的研究限于轴对称的二维情况，计算中需求解速度(u,v,w)、湍动能(κ)及其耗散率(ε)、总焓(H)、混合分数(f)、燃料质量分数(ffu)及其脉动量(g)及蒸汽质量分数(fsteam)等共计11个物理量。其输运方程可用下面的方程形式统一表述：(6) 其中：x和r分别为轴向及径向坐标：Φ为待求的物理量，Γ表示各物理量的名义扩散系数，S是方程的源项，各项的具体形式如下表所示。

方程ΦΓS连续性方程I————轴向动量方程uμe径向动量方程vμe周向动量方程wμe黄冈订做西服
黄冈定制西服
黄冈定做西服
黄冈设计西服