燃气轮机进气系统的间壁式加热防结冰研究.pdf

摘要

摘要

进气系统是燃气轮机的重要组成部分，通过引入、过滤、增压和调节空气，

提高燃气轮机工作的效率、可靠性以及适应性，使其在不同工况下都能够正常运

行。然而随着燃气轮机工作场景不断变化，其面临的挑战也越来越多，进气系统

结冰就是其中之一。

本文从分析燃气轮机进气系统的结冰现象开始，证明了进气系统结冰现象的

普遍性，阐明其结冰的危害，同时强调了对进气系统结冰的研究意义和防冰方法

的必要性。通过分析结冰现象产生的原因，探讨结冰的影响参数，在深入探讨国

内外学者对燃气轮机进气系统的研究的基础上，最后确定燃气轮机进气系统防结

冰作为本课题的研究对象，并将该项目工作划分为两个主要部分。

首先使用Fluent软件，采用空气和过冷水滴二相流的方法，对燃气轮机进气

系统的过滤器进行内部流场仿真。结果表明，在进气温度为265K时，过冷水滴会

在滤网处大量聚集，为结冰现象的产生创造了初始条件。此外，进气温度为265K

时的压损，比进气温度为300K时的压损高150Pa。同时对节流现象进行分析，发

现进气速度与温度之间具有反相关关系，解释了燃气轮机在冰点温度以上工作时，

进气系统仍会出现结冰现象的原因。

其次通过理论分析，明确了间壁式加热防冰方法的可行性，并提出了一种间

壁式加热模型的设计方法，进而使用Fluent软件对其进行加热效果验证，最终得

到了一个优化后的间壁式加热模型。通过理论计算，得到了空气-墙壁-热水之间

的导热系数，并对间壁式加热模型进行仿真模拟研究。结果表明，在进气温度为

265K、速度为3.5m/s的工况下，供水温度和进气流速对加热效果的影响较大，而

固体材料的物理特性和供水速度的大小，对加热效果的影响较小。当供水温度在

280~320K范围内变化时，气体加热后的温度在270~283K范围内变化，满足了正

常的加热需求。此外，当进气速度在2~5m/s之间变化时，空气在间壁式加热模型

中的压强损失范围仅为2~10Pa，表现出较小的压强损失，进而证明了间壁式加热

模型设计的合理性。

关键字：燃气轮机，进气系统，过滤器，结冰影响，间壁式结构，导热系数

I

Abstract

Abstract

Airintakesystemisanimportantpartofgasturbine,throughintroducing,filtering,

pressurizingandregulatingair,itimprovestheefficiency,reliabilityandadaptabilityof

gasturbineoperation,sothatitcanoperatenormallyunderdifferentworkingconditions.

However,astheworkingscenariosofgasturbinekeepchanging,itfacesmoreand

morechallenges,andicingintheairintakesystemisoneofthem.

Thispaperstartsfromanalyzingtheicingphenomenonofgasturbineintake

system,provestheprevalenceofintakesystemicingphenomenon,clarifiesthehazards

oficing,andatthesametimeemphasizesthesignificanceofresearchonintakesystem

icingandthenecessityofanti-icingmethods.Byanalyzingthecausesoficing

phenomenonandexploringtheinfluenceparameterso