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为进一步提高燃气轮机燃烧室燃烧稳定性、降低污染物排放,美国Ramgen公司提出了一种新概念燃气轮机燃烧室:先进旋涡燃烧室(Advanced vortex combustor,简称AVC),该燃烧室具有火焰稳定方式独特、燃烧效率高、污染物排放低等特点受到广泛关注,且目前尚处于技术探索阶段,本文通过数值模拟对AVC在冷态以及燃烧条件下的湍流流动进行了研究。冷态条件下,为确定能够使AVC实现稳定燃烧的最佳钝体结构参数,对凹腔流场及燃烧室出口截面总压损失系数进行了数值模拟,结果表明:前圆盘钝体半径R1=35mm,后圆盘钝体的半径R2满足当量比R2/R1=0.6,两圆盘钝体之间的距离即凹腔长度S1满足当量比S1/R1=0.8,这种工况下的钝体结构参数组合可以保证总压损失最小,且凹腔内旋涡最稳定。相比于圆盘钝体的半径及凹腔长度,圆盘钝体的厚度对燃烧室总压损失的影响较小。在双圆盘钝体AVC最佳结构(R2/R1=0.6,S1/R1=0.8)基础上,引入第三个圆盘钝体,形成三钝体双凹腔AVC,对其流动特性进行冷态数值模拟,结果表明当第三圆盘钝体的半径R3满足当量比R3/R1=0.6,第二凹腔长度S2满足S2/R1=0.8时,三钝体AVC流场较好、旋涡结构稳定、总压损失较低。钝体后旋涡大小与钝体半径有关,钝体半径越大涡就越大,而与第三钝体厚度关系较小。在确定的最佳钝体结构参数基础上,通过改变来流速度,研究不同来流速度对旋涡燃烧室流动特性的影响,结果表明:AVC的总压损失随着来流速度的增大而增大,而且在不同来流速度下,产生的旋涡基本不变,保持稳定,表明AVC具有很强的凹腔稳焰能力。当来流速度合适时,AVC可以在较低的总压损失情况下实现稳定燃烧。在三圆盘钝体AVC冷态流动数值模拟的基础上,选用甲烷作为燃料,对其湍流燃烧进行数值计算,通过改变当量比、进口温度和进气速度来研究它们对AVC的影响规律。结果表明:进气速度对三圆盘钝体AVC的影响很小,而采取提高进口温度和选用较小当量比的燃烧方案,对三圆盘钝体AVC进行气态燃料预混燃烧十分有利。