燃气轮机燃烧室火焰大涡模拟数值分析

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燃气轮机燃烧室火焰大涡模拟数值分析[ 原文出处及作者：Numerical analysis of flame behavior in gas turbine combustors using LES
 Chofu, Tokyo 182-8522 JAPAN     J. Shinjo, Y. Mizobuchi and S. Ogawa

]
 对燃气轮机燃烧室稀预混料燃烧状态的数值研究是基于Large Eddy Simulation（大涡模拟）方法进行的。作为研究对象的燃烧室是漩涡稳定和带有火焰稳定器的。在这些燃烧室中，可以捕获不稳定的火焰燃烧状态。引起不稳定燃烧的主要因素有音响共鸣，流速脉动以及热释放脉动。这些因素共同作用，导致火焰燃烧不稳定。本文同时研究了目标燃烧室火焰稳定器周围的速度场，以及了解该处燃烧形式，对于将来改进火焰稳定器的设计提供帮助。研究表明，基于大涡模拟的数值分析方法对于全面了解燃烧室实时动态是十分有效的。
 1.绪论
 根据环境保护的需要，在现代燃气轮机燃烧室系统中，减少NOx的排放是极为重要的。稀预混料燃烧室的方法对于减少NOx排放有广阔前景。与传统的非预混料燃烧室相比，它的火焰温度要低的多。但是，稀预混料燃烧室有其固有的弱点，即燃烧不稳定，这可能损害燃烧室系统。为削弱不稳定燃烧的影响，必须采取有效的燃烧控制方法。该项研究的最终目标是在多种运行工况下，通过能动/非能动的燃烧控制，实现稳定燃烧。
 为实现最终的燃烧控制目标，必须对燃烧室系统的燃烧动态有详细的了解，因为影响燃烧状态的因素是多样的，机制是复杂的。世界范围内，对于燃烧不稳定的问题，学者们已通过实验和数值计算的方法进行过深入的研究[1，2]。在进行燃烧实验，尤其是高压状态下的实验中，很难进行具体测量。大多数情况下，可以实现的是在二维平面下，使用传感器获得有限点的数据。数值仿真技术最新的进展表明，CFD方法，例如DNS，RANS和LES对于燃烧的研究，从各个方面以不同的方式发挥着作用。已经证明，基于LES技术的数值方法对于燃烧室系统燃烧动态的研究是有效的。这使得我们可以在三维状态下分析数据。
 在这里，为了研究燃烧室系统不稳定燃烧的实时动态和机制，我们数值模拟了实际的燃气轮机燃烧室系统。计算方法基于LES技术以及flamelet模型[3,4]。研究对象是一个漩涡稳定的燃烧室和装在日本国家航空和宇宙实验室（National Aerospace Laboratory of Japan (NAL)中一个带有火焰稳定器的模型。在下一部分，将详细的介绍燃烧室。

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