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间冷回热燃气轮机的系统仿真研究
| 论文题名： | 间冷回热燃气轮机的系统仿真研究 |
| 关键词： | 间冷回热燃气轮机;换热器;系统仿真;中冷器;回热器 |
| 摘要： | 间冷回热燃气轮机是在简单循环燃气轮机的基础上，增加压缩空气中间冷却器和尾气回热器组成的间冷回热循环燃气轮机。该复杂循环燃气轮机在宽广的功率范围内具有平坦的耗油率曲线，显著地改善了机组在部分工况的经济性，同时又有低的排气噪声和排气温度，在船舶和工业燃气轮机领域得到了人们的密切关注。采用了这一技术的WR-21燃气轮机，已经成为美国海军新一代舰船推进系统的主动力装置。为了跟踪国外先进燃气轮机技术的发展，遂展开了本文的研究。 本文的研究内容是间冷回热燃气轮机基于EASY5平台的仿真研究。首先建立了换热器（中冷器和回热器）的仿真模型，对其进行了稳态和动态性能的仿真研究；然后针对于某型舰用三轴燃气轮机进行了间冷回热的改造设计；最后对所设计的间冷回热燃气轮机的稳态和动态性能进行了详细的仿真研究。 对换热器模块而言，在质量、动量和能量守恒方程的基础上把单个工质微元体作为一个阻性环节和一个容性环节串接来处理，压力和流量的偏微分方程由此转换为常微分方程，简化了控制方程，从而建立了沿冷热流体各自流动方向的一维动态分布式仿真模型，利用此模型，计算了中冷器和回热器的稳态运行参数，并对其动态性能进行了仿真实验。 在对某型舰用燃气轮机进行间冷回热改造设计时，需要对压气机进行重新的设计，以便平衡由于间冷造成的高压压气机入口折合流量降低的影响。改造设计完成后，该复杂循环燃气轮机的输出功率为31293.7kw，机组效率可达43.66％，提升了原燃气轮机机组的性能。 本文应用模块化建模的方法，对间冷回热燃气轮机进行了模块划分，在对各部件模块独自建模的基础上，建立了该复杂循环燃气轮机的非线性仿真模型。利用该模型对间冷回热燃气轮机的稳态性能进行了计算，给出了机组的一些性能参数和特性曲线，并分析了大气参数变化对机组性能的影响。在稳态性能分析的基础上，对机组的动态特性进行了仿真实验，结果显示：间冷回热燃气轮机的变工况性能良好，不会出现超速和喘振现象。 本文对间冷回热燃气轮机的稳态和动态性能的研究表明：该舰用三轴燃气轮机采用的间冷回热设计改造方案是合理可行的，所设计的复杂循环燃气轮机具有良好的稳态和动态性能。 |
| 作者： | 金晓航 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 刘永文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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