燃氣輪機總體與空氣系統(tǒng)耦合計算方法研究與匹配分析.pdf

1、隨著燃氣輪機技術(shù)的發(fā)展，渦輪前溫度的上升與渦輪葉片耐高溫材料的限制導致了空氣系統(tǒng)引氣量的提高，空氣系統(tǒng)對燃氣輪機的總體性能的影響越來越大，因此，對燃氣輪機總體與空氣系統(tǒng)耦合計算方法研究具有重要價值。本文結(jié)合前人研究成果以及工程氣動熱力理論，對燃氣輪機總體性能仿真方法與空氣系統(tǒng)可壓縮流體網(wǎng)絡建模方法分別進行了研究，并在此基礎上對考慮空氣系統(tǒng)影響的燃氣輪機總體性能進行了匹配分析。
　　基于熱力學原理對燃氣輪機熱力計算方法進行了研究，確

2、定了變比熱計算工質(zhì)物性參數(shù)、等溫焓差法確定燃燒室油氣比的方法。通過這些方法，建立了燃氣輪機各部件包括進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪、噴管的熱力性能計算模型，完成了燃氣輪機從進口到出口各個截面氣動熱力參數(shù)的計算鏈。在燃氣輪機共同工作條件的基礎上，確定了Newton-Raphson迭代求解的匹配計算思路，其中對于轉(zhuǎn)子部件特性曲線的處理，采用非對齊數(shù)據(jù)二元插值法提取壓氣機渦輪性能的方法。同時針對航空發(fā)動機空氣系統(tǒng)中高速氣體流動計算，采用流體網(wǎng)絡

3、法進行節(jié)點分支網(wǎng)絡建模。其中采用了廣義一維流動理論，通過比擬變換和龍格—庫塔數(shù)值積分方法求解微分方程，得到簡單分支結(jié)構(gòu)（漸變截面換熱管流動）流動參數(shù)的求解方法；采用經(jīng)驗損失系數(shù)方法求解復雜分支結(jié)構(gòu)（截面突變、彎管、帶網(wǎng)格截面、三通管）的進出口流動參數(shù)關(guān)系，最終形成一套適用于空氣系統(tǒng)以及類似的氣路管網(wǎng)計算建模方法。
　　根據(jù)上述研究的熱力計算建模方法，在考慮空氣系統(tǒng)從高低壓氣機引氣冷卻渦輪葉片對燃氣輪機總體性能的影響的基礎上，開發(fā)了

4、燃氣輪機總體和空氣系統(tǒng)耦合計算工具。針對某型地面航改燃氣輪機，計算并分析了不同工作環(huán)境、不同油門角度、不同動力渦輪導向器安裝角下燃氣輪機總體性能變化規(guī)律。并且，特別針對空氣系統(tǒng)影響，在控制尾噴管面積以及動力渦輪轉(zhuǎn)速的情況下，得到如下結(jié)論：保持油門角度不變，隨著引氣量的提高，渦輪前溫度隨之提高，總功率相應的提高了，耗油率先增加后降低；保持油門角度可調(diào)，使引氣量隨著渦輪前溫度增大相應增大，則輸出功率提高，耗油率先降低后提高，存在最佳耗油率。