涡轮特性计算与燃机总体性能仿真

论文摘要

利用仿真方法研究燃气轮机是目前设计、论证、评估燃机的重要手段。涡轮是燃机的核心部件,其性能变化对燃机总体性能有决定性影响。本论文为解决某型船用三轴燃气轮机缺少完整的涡轮特性,无法进行燃机变工况总体性能仿真研究的问题,主要包括以下内容：1)基于一种可靠的涡轮叶栅损失模型和已知几何参数的涡轮特性计算模型,采用C语言编制了叶栅损失计算程序以及涡轮特性计算程序。同时,采用MEX接口建立了动态链接库,从而可供MATLAB中的M和S函数对C语言程序进行调用。而且,还制作了涡轮特性计算界面。通过计算程序得到了较为准确的涡轮通用特性。2)建立三轴燃气轮机系统及各个部件的非线性数学模型,在MATLAB/SIMULINK平台上应用模块化建模的方法建立了通用性的各部件仿真模块,进而建立该型燃气轮机系统的仿真模型。其中压气机特性采用BP神经网络拟合法进行处理,涡轮特性则采用已经编制好的C语言涡轮特性计算程序进行处理。3)根据已建立的仿真模型,对燃机系统进行了变工况稳态仿真计算,以及对燃机系统变工况进行动态仿真研究。通过仿真计算得出了基于开环控制和闭环控制燃气轮机机组变工况过程(加载、减载过程)的运行规律,分段线性供油对燃气轮机运行规律的影响,主要防止燃气初温超调或者降低超调量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外发展及研究现状
• 1.2.1 涡轮特性计算方法现状
• 1.2.2 燃机仿真技术研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 涡轮特性计算模型
• 2.1 引言
• 2.2 叶栅损失模型机理
• 2.2.1 涡轮叶栅内部流动情况及损失机理
• 2.2.2 叶栅基本参数
• 2.3 叶栅损失模型介绍
• 2.3.1 叶栅总损失计算模型
• 2.3.2 出口边气流角计算模型
• 2.3.3 叶型损失计算模型
• 2.3.4 二次流损失计算模型
• 2.3.5 漏气损失计算模型
• 2.3.6 尾缘损失计算模型
• 2.4 已知几何参数的涡轮特性计算模型
• 2.4.1 基本假设
• 2.4.2 叶栅总压损失系数与速度损失系数的转换
• 2.4.3 亚临界状况下涡轮通流特性的建立
• 2.4.4 涡轮级特性计算的步骤
• 2.4.5 涡轮级特性参数的确定
• 2.4.6 涡轮多级特性参数的确定
• 2.5 本章小结
• 第3章 涡轮特性计算结果及分析
• 3.1 引言
• 3.2 叶栅损失系数计算结果及分析
• 3.3 涡轮特性曲线绘制与结果分析
• 3.4 基于MFC的涡轮特性计算界面
• 3.5 本章小结
• 第4章 燃气轮机系统数学模型
• 4.1 引言
• 4.2 模块化建模研究
• 4.2.1 模块化建模内容
• 4.2.2 模块化建模优点
• 4.3 工质热力性质计算
• 4.4 燃气轮机本体数学模型
• 4.4.1 燃气轮机物理模型
• 4.4.2 压气机模块数学模型
• 4.4.3 涡轮模块数学模型
• 4.4.4 燃烧室模块数学模型
• 4.4.5 容积模块数学模型
• 4.4.6 转子模块数学模型
• 4.4.7 负载模块数学模型
• 4.4.8 调速器模块数学模型
• 4.6 本章小结
• 第5章 燃气轮机仿真建模与结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 燃气轮机仿真模型
• 5.2.1 压气机与涡轮特性处理
• 5.2.2 仿真算法
• 5.2.3 压气机仿真模型
• 5.2.4 涡轮仿真模型
• 5.2.5 燃烧室仿真模型
• 5.2.6 容积模块仿真模型
• 5.2.7 转子模块仿真模型
• 5.2.8 电子调速器仿真模型
• 5.2.9 燃气轮机总体动态仿真模型
• 5.3 燃气轮机稳态变工况仿真及结果分析
• 5.4 燃气轮机动态变工况仿真及结果分析
• 5.4.1 开环控制机组的仿真及结果分析
• 5.4.2 闭环控制机组的仿真及结果分析
• 5.4.3 加载线与减载线的绘制及分析
• 5.5 分段线性供油规律变工况仿真及结果分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢