5氢燃气轮机燃烧室啮合的最佳实践

国际航空运输协会(IATA)设定了减少CO的目标₂2050年排放50%(与2005年排放水平相比)，2020年后净排放量不增加。他们还预计，到2037年，全球航空需求将翻一番，达到每年82亿人次。这些问题促使航空业关注从天然气向可持续航空燃料(SAF)、氢和氢混合燃料的过渡。

氢作为化石燃料的替代品，每单位质量的能量密度非常高，点火特性优越，可燃性极限也很宽。然而，它带来了许多挑战，包括:

• 生产和储存
• 火焰稳定
• 闪回

去年，我们出版了5燃气轮机燃烧网格使用Ansys Fluent的最佳实践但氢燃料燃烧器有其独特的挑战，需要不同的最佳实践。

燃烧器具有复杂的几何形状，具有详细的特征，这可能导致啮合过程的长周转时间。Ansys流利加速大型复杂几何图形的啮合，如燃烧室。遵循我们的五个最佳实践将使用户能够生成高质量的网格，从而产生稳健、准确的结果。

使用Fluent进行氢燃气轮机燃烧室网格划分的五个最佳实践是:

1. 水密几何工作流程
2. 具有并行可扩展性的镶嵌聚六边形网格
3. 通货膨胀层
4. 每个零件的网格分辨率
5. 目标质量度量

要详细了解这些最佳实践，请阅读Ansys白皮书5氢燃气轮机燃烧室网格使用Ansys Fluent的最佳实践．有关这些最佳实践的概述，请继续阅读下面的内容。

1.水密几何工作流程

Fluent中的水密几何工作流通过将过程组织成用户友好的基于任务的工作流来加速网格划分。该工作流提供了相关的选择和选项，但也具有定制的灵活性。

最佳实践以默认值的形式嵌入到每个任务中以保证质量。但是，高级用户可以很容易地选中一个复选框来显示更多选项。您还可以使用基于python的日志文件进行批处理网格划分，从而自动化水密几何工作流网格划分过程。

使用此工作流程将确保为大多数氢气燃气轮机燃烧室情况生成高质量的网格。

2.具有并行可扩展性的镶嵌聚六核网格

Fluent的马赛克网格技术加快了网格时间，并产生了更快，更准确的解决方案。该技术支持不同网格类型之间的多面体连接。镶嵌多面体是第一个采用这种技术的，它是由六面体、各向同性多面体棱镜和镶嵌多面体元件组合而成。

六面体单元具有精度高、效率高的优点。因为核心体积网格是使用六面体元素生成的，所以相同网格分辨率的网格划分可以减少总面数。这可以提供更快的计算时间和更低的内存和磁盘空间需求。

平行啮合可以进一步加快体积啮合过程。它在256核上运行时，每分钟可以生成超过1000万个单元。

3.通货膨胀层

在氢燃气轮机燃烧模拟中，核心区域采用大涡模拟(LES)模型。由于LES无法准确解析近壁面流动特征，Fluent采用混合尺度解析模拟，如应力混合涡模拟(SBES)，在壁面附近采用reynolds -平均Navier-Stokes (RANS)。

当RANS应用在墙壁附近时，我们的第三个最佳实践建议使用3到4个充气层。

这个数字已被证明可以产生准确的结果，同时避免细胞在通过狭窄的通道和小孔时相互碰撞。

4.每部分网格分辨率

氢燃气轮机燃烧室的通用模型如下图所示。

由于燃烧室的复杂特性，建议对以下部分使用网格分辨率最佳实践:

• 微混合器或旋流器
  • 使用微混合管内部的影响体(BOI)，在整个直径上至少有20-25个细胞。我们还建议将BOI延伸到热段，长度相当于管子直径的3-4倍。
• 燃烧室的核心
  • 利用BOI生成高质量的均匀网格。这将确保网格从圆顶到核心的平稳过渡，并准确预测混合，火焰形状和排放。
• 稀释的洞
  • 是否有8-10个稀释孔直径的细胞来准确预测淬火效果
• 稀释区
  • 稀释区的分辨率可能比初级区的分辨率更粗。但是，建议使用核心BOI中使用的网格大小的两倍的值
• 固体组件
  • 如果您正在建模实体组件，我们建议在一个横截面中有3-4个单元格

5.目标网格质量

网格的质量对数值计算的准确性和稳定性起着重要的作用。使用上面列出的最佳实践应该会得到一个高质量的、模拟就绪的网格。

单元正交质量是使用单元偏度、从单元质心到每个面的向量、对应的面面积向量以及从单元质心到每个相邻单元质心的向量来计算的。取值范围在0到1之间，1代表完美的质量。目标正交质量高于0.1。

纵横比相当于一个单元的拉伸量。在流场变化较大或梯度较强的区域，尽量避免出现突变较大的单元纵横比变化。目标一个低的最大纵横比时，啮合你的燃烧室。

有关每个最佳实践的深入解释，请下载Ansys白皮书5氢燃气轮机燃烧室网格使用Ansys Fluent的最佳实践．

了解更多关于Ansys的氢气解决方案，请访问我们的展位307ASME涡轮博览会此次峰会于6月13日至17日在荷兰鹿特丹举行。