燃气轮机燃烧室设计研究.pdfVIP

燃气轮机燃烧室设计研究

介绍

燃气轮机作为一种高效、可靠的动力装置，在航空、电力、石

化等领域得到了广泛应用。燃气轮机的性能取决于其核心部件—

—燃烧室的设计，燃烧室的好坏直接影响燃气轮机的运行效率、

安全性以及寿命。因此，燃气轮机燃烧室的设计是燃气轮机技术

发展中重要的问题。

第一章：燃气轮机燃烧室工作原理

燃气轮机燃烧室是将燃料与空气混合，使之燃烧，产生高温高

压气体的部件。其主要的工作流程是混合、点火、燃烧和排放。

混合阶段是将燃料和空气混合以达到最佳燃烧效果，点火阶段是

将混合气体点燃，以起到点燃整个燃烧室的作用，燃烧阶段是混

合气体在燃烧室内燃烧，沿着燃烧室中心轴线扩展，产生高温高

压气体，供给燃气轮机高速旋转的涡轮，驱动燃气轮机发电或者

推动飞机航行。最后，气体在适当排放梯度内逃出燃烧室，并通

过涡轮机驱动飞机或其他设备。

第二章：燃气轮机燃烧室设计原则

1.稳定性

燃气轮机燃烧室应该有良好的稳定性，指在各种操作条件下都

能保持燃烧的稳定性和稳态。为达到燃烧的稳态，燃烧室设计时

应充分考虑燃烧气流的动态和热力学特性，合理选择燃料、空气

进口位置和形式，避免火焰产生振动和扰动。

2.燃烧效率

燃气轮机燃烧室应该具有较高的燃烧效率，能够尽可能地将燃

料和空气燃烧为高温高压气体，同时减少燃料浪费和排放。燃烧

效率的提高很大程度上取决于燃料和空气混合的质量和均匀性，

因此，燃烧室的设计应该充分考虑气流、火焰形态和燃烧区域等

因素。

3.寿命和可靠性

燃气轮机的性能要求长期稳定可靠地工作。燃烧室的设计和制

造应能实现高质量和长期使用的要求。使用高温高压气体环境，

需要选择耐高温、高压和腐蚀的材料，避免零部件破损、退化以

及其他故障。

第三章：燃气轮机燃烧室设计的关键技术

1.火焰稳定技术

燃气轮机燃烧室的有效燃烧和高效运行需要稳定的火焰。传统

的燃烧室设计对火焰控制主要依赖几何设计，如燃烧室的形状和

大小。现代燃烧室设计主要依靠燃料雾化技术和热力学建模技术，

改善燃料和空气的混合，提高火焰的稳定性。

2.水膜冷却技术

高温高压气体的燃烧和排放给燃烧室带来了严峻的温度和压力

环境。燃烧室的内部和外部都需要有效的冷却措施。水膜冷却技

术是一种被广泛采用的方法。它利用水在高温条件下具有的良好

的吸热特性，通过喷射水雾，将燃烧室内的热量吸收并带走，以

降低燃烧室的温度。

3.精细数值模拟技术

数值模拟技术在燃烧室设计和优化中得到了广泛应用。它能够

模拟燃烧室的内部流场和火焰特征，预测燃烧效率、发热量和温

度等参数，并优化燃烧室的结构和工作范围。与传统经验方法相

比，数值模拟提供更多的信息和准确度，同时具有更高的效率。

第四章：燃气轮机燃烧室的发展趋势

1.全流场燃烧室

传统的燃烧室通常被分成许多单独的燃烧区域，这些区域存在

着不同的压力和气流情况，火焰会从一个区域跃迁到另一个区域，

形成不稳定的火焰环境。全流场燃烧室通过优化燃料和空气的混

合过程，使燃烧区域成为一个整体，避免了火焰的跃迁，提高了

燃烧的稳定性和效率。

2.新型材料的应用

高温高压环境对燃烧室的材料提出了很高的要求，传统的合金

材料已经不能满足其要求。新型材料如陶瓷材料和碳纤维复合材

料具有更高温度的耐受性和更好的耐腐蚀性。这些新型材料的应

用将进一步提高燃气轮机的性能和寿命。

3.多燃料混合技术

传统燃气轮机会使用单一的燃料，如天然气或石油。多燃料混

合技术提倡使用不同类型的燃料混合燃烧，如天燃气、汽油、柴

油等。这种混合燃烧方式可提高燃烧效率和稳定性，同时减少燃

料浪费和环境污染。

结论

燃气轮机燃烧室的设计是燃气轮机性能优化的重要组成部分。

燃烧室设计需要满足良好的稳定性、高效率、长期寿命和高可靠

性等要求。借助火焰稳定技术、水膜冷却技术和精细数值模拟技

术等先进技术，使燃气轮机的性能不断得到提高。同时，全流场

燃烧室、新型材料的应用和多燃料混合技术也是燃烧室设计的发

展趋势。燃烧室设计与燃气轮机的不断发展和创新，共同为我们

提供高效、可靠的动力装置。