[發明專利]一種燃氣輪機燃燒室變工況排放性能預測方法

有效

• 申請號: 201910976008.4
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110765698B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 王志濤;李健;高楚銘;李鐵磊;張靖凱;張君鑫;戚萬領;于海超;劉碩碩;劉瑞;李淑英
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 劉璐璐

本發明的目的在于提供一種燃氣輪機燃燒室變工況排放性能預測方法，包括以下步驟：針對某幾個典型工況，利用FLUENT軟件對燃燒室模型進行網格劃分及數值模擬計算；根據燃燒過程、溫度分布及流場分析將燃燒室劃分成頭部混合區、主燃區、壁面冷卻區、回流區和摻混區這五個特征區域；根據所劃分的特征區域，利用Chemkin?Pro軟件對燃氣輪機燃燒室進行化學反應器網絡(CRN)模型的建立；再采用微元法對特征區域的有效體積進行確定；采用牛頓插值多項式的方法，找出其他工況下反應器的計算參數，對未知工況的排放性能預測。本發明利用fluent數值模擬結合化學反應網絡的方法，實現快速預測設計工況及偏工況下，不同燃空比時燃氣輪機燃燒室的NOx排放性能。

技術領域

本發明涉及的是一種排放預測方法，具體地說是燃氣輪機排放預測方法。

背景技術

燃氣輪機是能源動力裝備領域的重要組成部分，燃氣輪機產業更是國家能源的戰略性產業。燃氣輪機在船舶動力，航空航天，地面發電等領域有著非常重要的地位。尤其在船舶領域，燃氣輪機以其大功率、高效率等優勢，作為船舶動力及發電設備裝置被應用地愈加廣泛。近年來，隨著國家對環境污染問題的日益重視，對燃氣輪機的要求不僅局限于動力性能的要求，對燃氣輪機的NOx排放要求也日益嚴苛，排放性也已經成為燃氣輪機設計的重要指標。在燃氣輪機設計研發階段，對其燃燒排放性能的預測成為必不可少的一個環節。目前大多對燃氣輪機燃燒排放的預測一般采用CFD等數值模擬軟件，這種方法雖然準確性較高，但計算效率較低；而且只能針對設計工況點進行預測，卻無法適用于偏工況的情況。不同邊界條件，不同工況下燃氣輪機存在非常繁多且復雜的運行狀態，預測這些運行狀況的排放性能同樣重要，不可忽視。所以，如何找到一種快速又準確地預測燃氣輪機變工況排放性的方法非常關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供能實現快速又準確的一種燃氣輪機燃燒室變工況排放性能預測方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種燃氣輪機燃燒室變工況排放性能預測方法，其特征是：

(1)對燃燒室模型進行網格劃分及數值模擬計算；

(2)根據燃燒過程、溫度分布及流場分析將燃燒室劃分成頭部混合區、主燃區、壁面冷卻區、回流區和摻混區這五個特征區域；

(3)根據所劃分的特征區域，對燃氣輪機燃燒室進行化學反應器網絡模型的建立；

(4)采用微元法對特征區域的有效體積進行確定；

(5)通過FLUENT計算得到典型工況計算數據，采用牛頓插值多項式的方法，以典型工況的駐留時間作為牛頓插值的參照點，對其他工況下的反應器駐留時間進行加密計算，再利用其相對應的化學反應器網絡模型，通過有效體積與駐留時間對未知工況的NO_x性能進行預測。

本發明還可以包括：

1、對燃燒室模型進行網格劃分及數值模擬計算中，燃燒室包括燃油噴嘴、擴壓器、旋流器、主燃孔、冷卻孔、摻混孔和火焰管；對燃燒室的簡化處理包括：將殼體簡化為圓柱形，集氣管簡化為軸對稱錐形；將火焰筒壁面的圓孔簡化為方孔環槽。

2、所述采用微元法對特征區域的有效體積進行確定具體為：將反應器的實際體積等價地分為20份，以單一的劃分后的微元反應器為單位，計算單個微元反應器中CO的摩爾質量分數，然后對整體反應器進行累加，即逐漸增加反應器區域內的微元個數，同時計算不同微元個數情況下的CO摩爾質量分數，直至微元反應器的個數不再對整體的內部反應進程以及輸出的結果造成影響，即CO的摩爾質量分數不再變化，此時，該體積的總和為相應的特征區域的有效體積。