双燃料燃气轮机燃烧室燃料掺混组织及稳定切换方法研究

作     者：李江恒 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘潇;杨强

授予年度：2023年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：海上油气平台 双燃料燃气轮机燃烧室 燃料掺混 燃烧组织 燃料切换 

摘      要：当今社会,能源匮乏和环境污染的问题日益严重,世界各国致力于研发新能源、代用燃料的研究,拓宽燃料适应性成为燃气轮机未来发展方向之一,同时随着我国海洋战略的持续推进,海上油气开采平台数量迅速增加,其配备的双燃料燃气轮机发电组需求与日俱增,但来源全部依赖进口,这直接威胁我国海洋油气平台生产安全,因此全面掌握燃气轮机双燃料燃烧技术、推进双燃料燃机国产化、突破国外技术封锁,对解决国家能源生产安全问题、实现我国能源结构转型有重要意义。双燃料燃料室运行过程中,气/液燃料混合燃烧易出现火焰形态变化、燃烧不稳定等问题,因此本文采用数值模拟方法,针对海上油气平台使用的双燃料燃气轮机燃烧室气/液混合燃烧及燃料切换的燃烧组织、燃烧稳定性等问题进行了以下研究:1)基于某原型燃油燃烧室结构设计了能够同时燃烧气/液燃料的双燃料喷嘴,获得了气/液双燃料喷嘴设计方法,通过VOF模拟研究了燃油喷嘴内部两相作用规律及液膜一次、二次破碎行为,证明了设计的合理性,并综合出口温度均匀性、燃烧效率、加工工艺等因素优化了气体燃料路。2)研究了气/液燃料混合燃烧中状态参数、运行工况对液体燃料的蒸发、掺混、燃料空间分布及火焰面位置的影响规律,掌握了气/液燃料混合稳定燃烧边界,得到了双燃料燃烧对燃烧室性能影响的规律:额定工况下混合燃烧过程燃烧室性能经历改善、恶化、恢复的三个阶段,燃烧室性能变化存在临界点,非额定工况下不存在改善阶段,同时性能恶化的临界点提前,燃烧效率、出口平均温度下降幅度更大。3)分析了燃料切换过程中,气/液燃料比例对流场结构、燃烧稳定性及燃烧室常规性能的影响;对比了不同燃料供给策略下燃料切换过程性能波动的差异,得到了稳定切换的控制策略,通过全过程切换模拟验证了策略的合理性,建立了燃料稳定切换过程燃烧特性数据库。