微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法

本发明涉及燃气轮机，尤其涉及一种微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法。

背景技术：

1、对燃烧室出口温度场进行优化设计，可以提高涡轮使用寿命。掺混孔开孔优化设计是微发氢燃烧室出口温度场优化设计的关键点之一。目前，通常采用试错法和多组实验筛选法对燃烧室出口温度场进行优化设计，设计周期长、计算量大且严重依赖设计人员的经验、实验成本高，无法遍历到所有参数，影响燃烧室最优方案的选取。

技术实现思路

1、本发明提供一种微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法，用以解决现有技术中采用试错法和多组实验筛选法对燃烧室出口温度场进行优化设计，设计周期长、计算量大且严重依赖设计人员的经验、实验成本高，无法遍历到所有参数，影响燃烧室最优方案的选取的缺陷。

2、第一方面，本发明提供一种微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法，包括：

3、根据燃烧室的初始设计参数，确定燃烧室的掺混孔气量分配；

4、根据所述掺混孔气量分配，计算掺混孔总流量，确定初始掺混孔参数；

5、根据所述初始掺混孔参数，构建燃烧室的初始三维模型；

6、基于所述初始掺混孔参数，采用遗传算法生成多个参数组合，以燃烧室的性能参数最优为设计目标，对所述初始三维模型进行优化，从所述多个参数组合中确定最优参数组合。

7、在一些实施例中，所述参数组合包括掺混孔的数量、直径、轴向位置和周向角度，所述性能参数包括氮氧化物排放量和燃烧室出口温度分布系数。

8、在一些实施例中，所述以燃烧室的性能参数最优为设计目标，对所述初始三维模型进行优化，包括：

9、以所述氮氧化物排放量和燃烧室出口温度分布系数最小化为设计目标，构建目标函数，在约束条件下对所述目标函数进行求解；

10、其中，所述约束条件包括：

11、射流穿透深度与火焰筒头部高度的比值大于第一预设阈值；

12、射流涡长度与火焰筒长度的比值大于第二预设阈值；

13、燃烧室出口截面最高温度小于等于预设温度阈值。

14、在一些实施例中，所述目标函数和约束条件如下：

15、

16、

17、其中，nox表示氮氧化物排放量，otdf表示燃烧室出口温度分布系数，hdp表示射流穿透深度，hd表示火焰筒头部高度，ldp表示射流涡长度，lliner表示火焰筒长度，tout,max表示燃烧室出口最高温度，tout,avg表示燃烧室出口平均温度，tin,avg表示燃烧室进口平均温度。

18、在一些实施例中，所述射流穿透深度的计算公式如下：

19、

20、其中，ρj为掺混孔射流空气密度，ρ∞为燃气密度，uj为掺混孔射流速度，u∞为火焰筒内高温燃气速度，ddhi表示第i排掺混孔的直径，x表示下游射流点距离掺混孔的孔心的长度；

21、所述射流涡长度的计算公式如下：

22、

23、其中，ldpi表示第i排掺混孔的射流涡长度，ddhi表示第i排掺混孔的直径，ldhi表示第i排掺混孔与燃烧室出口的轴向距离，ndhi表示第i排掺混孔的数量，βdhi表示第i排掺混孔的周向角度，n1、n2、n3和n4为参数。

24、在一些实施例中，所述方法还包括：

25、构建预测氮氧化物排放量的第一预测模型，所述第一预测模型是基于样本掺混孔参数，以及所述样本掺混孔参数对应的氮氧化物排放量标识训练得到的；

26、构建预测燃烧室出口温度分布系数的第二预测模型，所述第二预测模型是基于样本掺混孔参数，以及所述样本掺混孔参数对应的燃烧室出口温度分布系数标识训练得到的。

27、在一些实施例中，所述第一预测模型的计算公式如下：

28、

29、所述第二预测模型的计算公式如下：

30、

31、其中，nox表示氮氧化物排放量，otdf表示燃烧室出口温度分布系数，c1、m1、m2、m3和m4为第一预测模型的参数，c2、p1、p2、p3和p4为第二预测模型的参数，ddhi表示第i排掺混孔的直径，ldhi表示第i排掺混孔与燃烧室出口的轴向距离，ndhi表示第i排掺混孔的数量，βdhi表示第i排掺混孔的周向角度。

32、在一些实施例中，所述根据燃烧室的初始设计参数，确定燃烧室的掺混孔气量分配，包括：

33、根据燃烧室的初始设计参数，确定燃烧室总进气流量、头部流量分配、火焰筒冷却气量分配和头部冷却气量分配；

34、根据所述燃烧室总进气流量、头部流量分配、火焰筒冷却气量分配和头部冷却气量分配，确定掺混孔气量分配；

35、所述根据所述掺混孔气量分配，计算掺混孔总流量，确定初始掺混孔参数，包括：

36、根据所述掺混孔气量分配和所述燃烧室总进气流量，计算掺混孔流量，根据所述掺混孔总流量，确定初始掺混孔参数。

37、第二方面，本发明还提供一种微发氢燃烧室出口温度场优化设计装置，包括：

38、第一确定单元，用于根据燃烧室的初始设计参数，确定燃烧室的掺混孔气量分配；

39、第二确定单元，用于根据所述掺混孔气量分配，计算掺混孔总流量，确定初始掺混孔参数；

40、第一构建单元，用于根据所述初始掺混孔参数，构建燃烧室的初始三维模型；

41、优化单元，用于基于所述初始掺混孔参数，采用遗传算法生成多个参数组合，以燃烧室的性能参数最优为设计目标，对所述初始三维模型进行优化，从所述多个参数组合中确定最优参数组合。

42、第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法。

43、本发明提供的一种微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法，通过确定燃烧室的掺混孔气量分配，计算掺混孔总流量，确定初始掺混孔参数，根据初始掺混孔参数，构建燃烧室的初始三维模型，采用遗传算法生成多个参数组合，以燃烧室的性能参数最优为设计目标，对初始三维模型进行优化，从多个参数组合中确定最优参数组合，能够得到全局的最优方案，提高了优化效率，降低了优化成本。

技术特征：

1.一种微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法，其特征在于，所述参数组合包括掺混孔的数量、直径、轴向位置和周向角度，所述性能参数包括氮氧化物排放量和燃烧室出口温度分布系数。

3.根据权利要求2所述的微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法，其特征在于，所述以燃烧室的性能参数最优为设计目标，对所述初始三维模型进行优化，包括：

4.根据权利要求3所述的微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法，其特征在于，所述目标函数和约束条件如下：

5.根据权利要求4所述的微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法，其特征在于，所述射流穿透深度的计算公式如下：

6.根据权利要求2-5任一项所述的微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.根据权利要求6所述的微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法，其特征在于，所述第一预测模型的计算公式如下：

8.根据权利要求1所述的微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法，其特征在于，所述根据燃烧室的初始设计参数，确定燃烧室的掺混孔气量分配，包括：

9.一种微发氢燃烧室出口温度场优化设计装置，其特征在于，包括：

10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一项所述微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法。

技术总结本发明提供一种微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法，属于燃气轮机技术领域，其中方法包括：根据燃烧室的初始设计参数，确定燃烧室的掺混孔气量分配；根据掺混孔气量分配，计算掺混孔总流量，确定初始掺混孔参数；根据初始掺混孔参数，构建燃烧室的初始三维模型；基于初始掺混孔参数，采用遗传算法生成多个参数组合，以燃烧室的性能参数最优为设计目标，对初始三维模型进行优化，从多个参数组合中确定最优参数组合。本发明实施例提供的微发氢燃烧室出口温度场优化设计方法能够得到全局的最优方案，提高了优化效率，降低了优化成本。技术研发人员：莫妲,林宇震,韩啸受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1