本發(fā)明涉及污染物排放規(guī)律研究，具體為一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、污染物排放是評(píng)價(jià)燃燒室性能的重要技術(shù)指標(biāo)之一。在不影響效率及機(jī)組安全性的前提下盡量降低污染物的排放量，這就需要掌握在高溫高壓環(huán)境下燃燒室污染物排放規(guī)律，為低污染燃燒技術(shù)的改進(jìn)與污染物排放的控制提供參考。

2、對(duì)污染物排放規(guī)律的分析通常采用經(jīng)驗(yàn)-半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头椒ɑ騝fd模擬方法。經(jīng)驗(yàn)-半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头椒ǖ慕⑿枰罅康膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程存在周期長(zhǎng)、費(fèi)用高等缺陷，因此經(jīng)驗(yàn)-半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头椒ǖ慕⑹窍鄬?duì)復(fù)雜的。另外經(jīng)驗(yàn)-半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头椒ㄖ会槍?duì)于特定的燃燒室尺寸和燃燒系統(tǒng)，不適合預(yù)測(cè)其他燃燒室的污染物排放特性，在應(yīng)用范圍上存在明顯的局限性。cfd模擬方法在模擬燃燒室的流場(chǎng)特征和燃燒過(guò)程中，其能量方程、動(dòng)量方程以及組分運(yùn)輸方程之間存在高度的非線性關(guān)系，同時(shí)求解流體動(dòng)力學(xué)方程和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程需要消耗大量的計(jì)算資源，由于受到計(jì)算量的限制，cfd數(shù)值模擬方法通常采用簡(jiǎn)化的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，在計(jì)算時(shí)間和預(yù)測(cè)污染物排放特性方面存在不足，因此根據(jù)該預(yù)測(cè)污染物排放特性不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)燃燒室的性能，影響燃燒室的燃燒調(diào)整的優(yōu)化過(guò)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了快速預(yù)測(cè)氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律，指導(dǎo)低污染燃燒技術(shù)的改進(jìn)與污染物排放的控制，本發(fā)明提供一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法，通過(guò)數(shù)值研究獲得燃燒室污染物排放規(guī)律，為燃燒室的燃燒調(diào)整提供理論依據(jù)。

2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法，包括以下步驟：

4、步驟1、根據(jù)燃燒室的結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)建燃燒室cfd模型；

5、步驟2、根據(jù)步驟1構(gòu)建的cfd模型進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算，并對(duì)得到的流場(chǎng)特性進(jìn)行修正，直至流場(chǎng)特性符合要求；

6、步驟3、構(gòu)建化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型，并根據(jù)流場(chǎng)特性對(duì)化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行燃燒區(qū)域劃分；

7、步驟4、對(duì)化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果確定污染物排放規(guī)律，并根據(jù)污染物排放規(guī)律對(duì)化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行更新，直至污染物排放規(guī)律符合要求，得到最終的化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)最終的化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行污染物排放規(guī)律預(yù)測(cè)。

8、優(yōu)選的，當(dāng)燃燒室為分管或環(huán)管燃燒室，燃燒室cfd模型的燃燒室為分管結(jié)構(gòu)或環(huán)管結(jié)構(gòu)；當(dāng)燃燒室為環(huán)形燃燒室，燃燒室cfd模型的燃燒室的扇形結(jié)構(gòu)。

9、優(yōu)選的，所述燃燒室cfd模型的構(gòu)建方法如下：

10、s1.1、根據(jù)燃燒室的參數(shù)建立燃燒室三維模型，并對(duì)三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

11、s1.2、根據(jù)燃燒室的運(yùn)行參數(shù)確定燃燒室三維模型的邊界條件；

12、s1.3、設(shè)定燃燒室三維模型的計(jì)算模型和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，得到燃燒室cfd模型。

13、優(yōu)選的，步驟2中所述流場(chǎng)特性包括溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和污染物濃度場(chǎng)。

14、優(yōu)選的，步驟2中流場(chǎng)特性的修正方法如下：

15、將流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算得到的流場(chǎng)特性，與相同燃燒條件下理論計(jì)算或/和試驗(yàn)得到的流場(chǎng)特性進(jìn)行比較，當(dāng)流場(chǎng)特性不相同，則調(diào)整燃燒室模型結(jié)構(gòu)、燃燒室模型的網(wǎng)格參數(shù)或/和流體仿真參數(shù)，并重新進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算，直至得到的流場(chǎng)特性與理論計(jì)算或/和試驗(yàn)得到的流場(chǎng)特性一致。

16、優(yōu)選的，步驟3中化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型的區(qū)域劃分方法如下：

17、根據(jù)流場(chǎng)特性將化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型劃分為混合區(qū)、回流區(qū)、火焰區(qū)和后火焰區(qū)，并根據(jù)各區(qū)的表征湍流流動(dòng)時(shí)間與化學(xué)反應(yīng)時(shí)間之間的相對(duì)值確定各區(qū)的反應(yīng)器。

18、優(yōu)選的，所述混合區(qū)為全混流反應(yīng)器；回流區(qū)與火焰區(qū)為全混流反應(yīng)器；燃燒室為柱塞流反應(yīng)器。

19、優(yōu)選的，步驟4中更新化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型的方法如下：

20、將仿真得到污染物排放規(guī)律與理論計(jì)算或/和試驗(yàn)得到的污染物排放規(guī)律進(jìn)行比較，當(dāng)污染物排放規(guī)律不相同，則調(diào)整化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型并重新仿真，直至污染物排放規(guī)律符合要求，將最后更新的化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型作為最終的化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型，用于預(yù)測(cè)污染物排放規(guī)律。

21、一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法的系統(tǒng)，包括：

22、模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)燃燒室的結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)建燃燒室cfd模型；

23、仿真模塊，用于根據(jù)構(gòu)建的cfd模型進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算，并對(duì)得到的流場(chǎng)特性進(jìn)行修正，直至流場(chǎng)特性符合要求；

24、化學(xué)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型，并根據(jù)流場(chǎng)特性對(duì)化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行燃燒區(qū)域劃分；

25、預(yù)測(cè)模塊，用于對(duì)化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果確定污染物排放規(guī)律，并根據(jù)污染物排放規(guī)律對(duì)化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行更新，直至污染物排放規(guī)律符合要求，得到最終的化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)最終的化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行污染物排放規(guī)律預(yù)測(cè)。

26、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)所述氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法的步驟。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

28、本發(fā)明提供的一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法，首先通過(guò)構(gòu)建氣體燃料燃燒室cfd模型進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算，獲得燃燒室溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)等流場(chǎng)特性，然后依據(jù)流場(chǎng)特性參數(shù)按照劃分準(zhǔn)則對(duì)燃燒室進(jìn)行區(qū)域劃分并選擇燃燒室各區(qū)域?qū)?yīng)的網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)器。依據(jù)計(jì)算工況與氣體燃料組分選擇合適的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，構(gòu)建化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型。通過(guò)化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型，獲得計(jì)算工況下關(guān)鍵參數(shù)對(duì)污染物排放的影響規(guī)律。所提出的污染物排放規(guī)律分析方法可快速預(yù)測(cè)氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律，指導(dǎo)低污染燃燒技術(shù)的改進(jìn)與污染物排放的控制。

技術(shù)特征：

1.一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法，其特征在于，當(dāng)燃燒室為分管或環(huán)管燃燒室，燃燒室cfd模型的燃燒室為分管結(jié)構(gòu)或環(huán)管結(jié)構(gòu)；當(dāng)燃燒室為環(huán)形燃燒室，燃燒室cfd模型的燃燒室的扇形結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法，其特征在于，所述燃燒室cfd模型的構(gòu)建方法如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法，其特征在于，步驟2中所述流場(chǎng)特性包括溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和污染物濃度場(chǎng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法，其特征在于，步驟2中流場(chǎng)特性的修正方法如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法，其特征在于，步驟3中化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型的區(qū)域劃分方法如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法，其特征在于，所述混合區(qū)為全混流反應(yīng)器；回流區(qū)與火焰區(qū)為全混流反應(yīng)器；燃燒室為柱塞流反應(yīng)器。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法，其特征在于，步驟4中更新化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型的方法如下：

9.一種執(zhí)行權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括：

10.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律分析方法及系統(tǒng)，該方法根據(jù)燃燒室的結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)建燃燒室CFD模型；根據(jù)步驟1構(gòu)建的CFD模型進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算，并對(duì)得到的流場(chǎng)特性進(jìn)行修正，直至流場(chǎng)特性符合要求；構(gòu)建化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型，并根據(jù)流場(chǎng)特性對(duì)化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行燃燒區(qū)域劃分；然后對(duì)化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果確定污染物排放規(guī)律，并根據(jù)污染物排放規(guī)律對(duì)化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行更新，直至污染物排放規(guī)律符合要求，得到最終的化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)最終的化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行污染物排放規(guī)律預(yù)測(cè)；該污染物排放規(guī)律分析方法可快速預(yù)測(cè)氣體燃料燃燒室污染物排放規(guī)律，指導(dǎo)低污染燃燒技術(shù)的改進(jìn)與污染物排放的控制。

技術(shù)研發(fā)人員：肖俊峰,王峰,高松,王瑋,李曉豐,夏家興,李樂(lè),李丹,郭菡,于倩倩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安熱工研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19