【摘 要】
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随着燃气轮机的广泛应用，对燃烧室的燃烧效率、火焰稳定性、污染物排放、负荷适应性等综合性能的要求越来越高，采用分级燃烧技术已经成为燃用天然气燃气轮机燃烧室发展的必然趋势。在燃气轮机实际运行过程当中，会根据负荷变化情况而使机组偏离额定工况点，这时需要对燃烧室燃料分级方案进行相应调整，以使燃气轮机能够工况过渡平稳。尽管国内外目前已经开展了许多有关天然气燃气轮机分级燃烧方面的试验与数值模拟研究，但是大部分
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随着燃气轮机的广泛应用，对燃烧室的燃烧效率、火焰稳定性、污染物排放、负荷适应性等综合性能的要求越来越高，采用分级燃烧技术已经成为燃用天然气燃气轮机燃烧室发展的必然趋势。在燃气轮机实际运行过程当中，会根据负荷变化情况而使机组偏离额定工况点，这时需要对燃烧室燃料分级方案进行相应调整，以使燃气轮机能够工况过渡平稳。尽管国内外目前已经开展了许多有关天然气燃气轮机分级燃烧方面的试验与数值模拟研究，但是大部分侧重于设计工况下的重型燃气轮机大尺寸燃烧室，而对非设计工况下的轻型燃气轮机小尺寸燃烧室研究较少。
本文基于某轻型同轴分级燃烧室，对燃料分级技术展开研究，采用数值模拟方法探究在不同负荷工况下燃料分级策略对燃烧特性的影响，为燃烧室设计提供一定参考。本文的主要工作内容如下：
(1)针对某轻型燃气轮机同轴分级燃烧室，对其头部结构的叶片旋向组合、轮毂比、叶片安装角等结构参数进行优化，发现几何参数的变化会引起回流区尺寸、流场组织以及总压损失的变化，并通过对结构参数进行调整，降低了燃烧室的流动损失。
(2)采用数值模拟方法研究了低工况下的燃料分配特性，改变中心级与预混级燃料配比以及三级预混级的分级模式，发现将燃料适当分配给中心级，能够解决低工况进口速度小，燃烧效率低的问题；在低工况下，采用中心级与第一级预混级共同供气的方式，可以提高燃料空间均匀性，并使燃烧效率达到设计要求。
(3)采用数值模拟方法研究了高工况下燃料分级方案对燃烧特性的影响，发现对预混级进行分级可以降低污染物的排放、提高温度分布均匀性，稳定燃烧；在高工况下，适当减小中心级进口燃料比例，对燃烧场组织有一定帮助；并对三级预混级级间燃料配比进行完善，实现了降低污染物排放的目的，同时燃烧室的燃烧性能也得到了显著提高。
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