燃气轮机性能分析报告3——透平特性的计算.docxVIP

研究报告

PAGE

1-

燃气轮机性能分析报告3——透平特性的计算

一、透平特性计算概述

1.1计算目的

(1)透平特性计算的目的在于深入分析和评估燃气轮机中透平部分的工作性能，这对于优化燃气轮机的整体性能和效率至关重要。通过对透平特性进行计算，我们可以获得透平的效率、比功、热效率等关键参数，这些参数直接关系到燃气轮机的能量转换效率和运行稳定性。计算目的主要包括以下三个方面：首先，验证透平设计的合理性和可行性；其次，为透平的改进和优化提供依据；最后，为燃气轮机的性能预测和运行管理提供数据支持。

(2)在验证透平设计的合理性和可行性方面，透平特性计算能够帮助设计人员评估透平叶片形状、间隙、转速等关键参数对透平性能的影响。通过模拟不同工况下的透平工作状态，可以确保透平在实际运行中能够满足设计要求，避免因设计不合理导致的性能损失或故障风险。此外，计算结果还可以为后续的优化设计提供参考，有助于提高透平的设计水平。

(3)在为透平的改进和优化提供依据方面，透平特性计算能够揭示透平性能的瓶颈所在，为改进方案提供方向。通过对计算结果的分析，可以发现影响透平性能的关键因素，如叶片形状、间隙、转速等，并针对性地提出改进措施。这些改进措施可能包括改变叶片形状、调整间隙大小、优化转速等，以提升透平的性能和效率。同时，透平特性计算还可以为燃气轮机的整体性能提升提供支持，有助于提高整个系统的运行效率和可靠性。

1.2计算方法概述

(1)透平特性计算的概述涉及多种方法和理论，其中最为常用的是基于热力学和流体力学原理的数值模拟方法。这种方法通过建立透平的数学模型，结合实际运行参数和边界条件，对透平内的流动过程进行详细模拟。计算方法包括但不限于雷诺平均N-S方程、湍流模型、叶轮机械设计参数的确定等。这些方法能够提供精确的透平内部流动和热力学特性，为性能分析提供坚实基础。

(2)在具体实施计算时，首先需要对透平进行详细的几何建模，包括叶片形状、轮盘尺寸、通道尺寸等。接着，根据燃气轮机的运行条件，设定入口和出口的边界条件，如温度、压力、流速等。随后，选择合适的湍流模型，如k-ε模型、k-ω模型等，以模拟透平内的湍流流动。在数值求解过程中，使用有限体积法或有限差分法进行离散化处理，通过迭代计算得到透平内部的压力、速度、温度等分布情况。

(3)计算方法还涉及对透平效率、比功、热效率等关键性能指标的计算。效率计算通常基于透平输入和输出能量之间的关系，通过能量平衡方程和功率方程进行推导。比功计算则需要考虑透平叶片对工质的做功，结合工质的物理性质和流动状态进行分析。热效率计算则涉及热力学循环的热效率，需要结合燃气轮机的整体热力循环进行计算。这些计算方法相互关联，共同构成了透平特性计算的完整体系。

1.3计算流程介绍

(1)透平特性计算的流程首先从建立数学模型开始，这一步骤涉及到对透平的几何形状和内部流动特性的精确描述。数学模型应包括流体的连续性方程、动量方程和能量方程，以及相应的湍流模型和热力学方程。在此基础上，通过计算机软件对模型进行参数化处理，确保模型能够适应不同的运行条件和几何参数。

(2)模型建立完成后，接下来是边界条件的设定。这包括确定透平的入口和出口条件，如温度、压力、流速等，以及壁面边界条件，如无滑移条件、绝热条件等。这些边界条件的准确性对于模拟结果的准确性至关重要。随后，进行网格划分，将透平的几何区域划分为无数个小单元格，以便进行数值计算。

(3)数值计算阶段是整个计算流程的核心。在这一阶段，通过求解控制方程组，计算透平内部的流动参数，如速度、压力、温度等。计算过程通常采用迭代方法，直到达到收敛条件。计算结果的分析和验证是下一步骤，通过对计算结果的对比分析，确保模拟结果的可靠性。最后，根据计算结果绘制透平特性曲线，如效率曲线、比功曲线等，并对其进行详细的分析和解释。

二、透平基本参数与几何尺寸

2.1透平基本参数

(1)透平基本参数是描述透平性能和运行状态的关键数据，包括设计转速、入口和出口温度、压力、流量、比焓等。设计转速是指透平在额定工况下的旋转速度，它是影响透平效率和性能的重要因素。入口和出口温度、压力和流量是透平内部流动的物理参数，直接影响透平的做功能力和效率。比焓则是反映工质在透平内能量转换的重要参数，对于评估透平的热力性能具有重要意义。

(2)在透平基本参数中，设计转速的确定需要考虑燃气轮机的整体设计和运行要求。设计转速应确保透平在额定工况下能够稳定运行，同时兼顾到透平的效率和机械强度。入口和出口温度、压力和流量通常通过热力循环计算得出，它们反映了透平与燃烧室和下游设备之间的能量交换。比焓则依赖于工质的物理性质和温度、压力条件，对于工质在透平内的能量转换至关重要。

(3)透平基本参数的选取和确定是一个复杂