以天然气为燃料的燃气轮机燃烧室燃烧场数值模拟

彭春梅 李鹏 王建辉 赵坚勇

摘要：某燃气轮机以天然气为燃料，对其燃烧室燃烧流场进行数值模拟，得到典型工况的速度场、温度场、CO2分布，总结了燃烧室出口温度不均匀度、燃烧效率的变化规律。结果表明：旋流器的导向作用明显，在火焰筒头部出现了明显的回流区，有利于火焰稳定;随着工况升高，燃烧室出口平均速度增大、CO2质量分数增大，燃烧效率提高;燃烧室出口温度分布均匀，掺混孔的掺混效果较好。

关键词：天然气;燃气轮机;燃烧室;数值模拟;燃烧

中图分类号：TK472                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）06-0006-02

0  引言

燃气轮机广泛应用于机械驱动、发电等工业领域[1]，随着市场需求增大，考虑环保要求[2-3]，天然气作为清洁燃料具有广阔的应用前景。燃烧室是燃气轮机核心部件，其综合性能直接影响整机性能及安全性，利用基于计算流体动力学（CFD）的数值方法研究，可有效缩减燃烧室研制周期和研制费用[4]。

本文对以天然气为燃料的某燃气轮机燃烧室的燃烧流场进行数值模拟研究，通过分析速度场、温度场及CO2的分布趋势，总结燃烧室出口温度不均匀度、燃烧效率在典型工况的变化规律，为该燃烧室的改型及结构优化积累了经验。

1  研究对象

该燃烧室为逆流环管式结构，含16个火焰筒和喷油嘴。选取燃烧室1/16的扇形部分进行建模，包含单个火焰筒，对于扇形部分的前后两个边界，计算过程中采用FLUENT进行处理。

2  计算方法

2.1 边界条件

①空气入口边界：给定来流空气的质……