喷气燃料燃气轮机燃烧室进气口的重新配置，以适应使用氢气（H?）作为燃料的情况：氢气来源于生物转化过程，具有较低的热值和较低的空气-燃料比；采用数值模拟方法进行研究
《International Journal of Hydrogen Energy》：Air inlet reconfiguration on a Jet fuel gas turbine combustor for operation with H
2 bearing bioderived low calorific value and low air-fuel ratio gas – numerical investigation
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针对低热值燃料（如 producer gas）在燃气轮机辅助动力单元（APU）燃烧器中存在的空气分布、火焰稳定性和涡轮入口温度均匀性问题，提出双切向进气 casing 几何改进方案。通过三维 RANS CFD 模拟（含 RSM 和 k-ε 湍流模型）及热力学平衡计算，验证该设计使回流强度提升 67%（11.29%→18.99%），温度均匀性指数从 0.91 提升至 0.96，同时保持压力损失在合理范围（16-28 kPa）。该方案有效优化了低 LHV 燃料适应性，无需改变燃烧器总体积即可实现高效稳定燃烧。
Sagar Ranjan Panda | Anand M. Shivapuji | Dasappa Srinivasaiah
印度科学研究所可持续技术中心，班加罗尔，印度
摘要
使用低热值（LHV）燃料（如生产气体和合成气）的气轮机辅助动力装置（APU）燃烧室在空气分布、火焰稳定性和涡轮机入口温度（TIT）均匀性方面面临显著挑战。在本研究中，提出了一种采用双切向空气入口壳体的几何改进方案，并对其进行了数值分析，该方案原本是为传统化石燃料设计的Rover APU燃烧室设计的。采用多种湍流模型（包括雷诺应力模型（RSM）及其k-ε变体）进行了三维CFD模拟，并进行了详细的热力学平衡计算以进行对比。
所提出的配置显著增强了气流循环，循环强度从基线单入口壳体的11.29%提高到了双入口壳体的18.99%，提高了约67%。因此，改善的空气分布和混合效果使得涡轮机入口处的热场更加均匀，TIT均匀性指数从0.91提高到了0.96。尽管进行了几何改进，但燃烧室的标准化压力损失仍保持在5-6%范围内，而绝对压降从约28 kPa降低到了16 kPa。CFD预测的面积平均TIT在研究的当量比范围内约为900 K至1100 K，与热力学平衡估计值吻合良好，偏差低于3-5%。
研究结果表明，所提出的双入口壳体有效改善了流动对称性和热均匀性，且没有引入额外的空气动力学损失，使其成为将现有APU燃烧室适应低LHV气体燃料的有希望的解决方案。
章节摘录
引言和文献综述
全球向可持续能源的转型加剧了减少基于化石燃料的发电对环境影响的努力。气轮机在现代能源系统中发挥着关键作用，必须越来越多地使用替代燃料运行，同时保持高效率和低排放。然而，这些燃料的燃烧和流动特性与传统天然气有很大不同，因此需要对其行为有深入的了解。
生产气体的热物理和传输特性
将进行一项初步分析，比较不同燃料的热物理特性，如表1所示，以评估这些差异的影响。
[参见表1，以下关键特征显而易见：]
- a)
为了保持相同的净热能输入到涡轮机中，所需生物合成气的气体流量显著更高（7-12倍）。
- b)
生物合成气所需的空气与燃料的比例远低于化石燃料（低80-90%）。
- c)
生物合成气的热值...
实验评估和热力学研究
将低热值、富含氢的生产气体适应于传统气轮机燃烧室需要了解其燃烧和流动特性。在运行中的涡轮机内直接进行研究具有挑战性，因此使用带有合适空气入口壳体的外部燃烧室进行准确的离体分析。本研究评估了使用低热值生产气体的传统燃烧室，采用多方面的方法来确定稳定的、高效的燃烧设计改进。
数值方法
数值分析采用三维稳态雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模拟来求解气轮机燃烧室内的湍流反应流。根据流动性质（冷流或反应流）和燃料状态（气体或液体）采用了不同的数值模型。采用的模型和数值方案如下所述。
所有模拟都是在包括...
流场和循环特性
研究表明，钝体辅助循环通过创建内部循环区域来捕获高温燃烧产物并增强混合，从而支持火焰的稳定[62]。氢的加入通过提高反应速率和钝体稳定火焰中的火焰附着强度来改变火焰稳定特性，这是由于氢的高层流火焰速度和增强的自由基化学反应[63],[64]。
在本研究中，通过...
结论
本研究的结论如下：
a)将低热值燃料（如生产气体和富含氢的合成气）适应于传统气轮机不需要改变燃烧室体积。然而，主燃烧孔、次级燃烧孔和稀释孔需要修改。为了保持相同的输入，燃料质量流量比传统燃料（ATF、柴油）增加了7-12倍，因此需要更大的燃料进入系统。
b)设计并制造了一种新型的双切向入口壳体...
CRediT作者贡献声明
Sagar Ranjan Panda：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、可视化、验证、软件开发、方法论设计、数据分析、概念化。Anand M. Shivapuji：撰写 – 审稿与编辑、监督。Dasappa Srinivasaiah：撰写 – 审稿与编辑、监督。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
