船用ICR循环燃气轮机回热器及排气蜗壳研究

论文摘要

采用复杂循环技术是提高燃气轮机性能的主要途径之一。本文以某型大功率简单循环燃气轮机(MGT)为基础,探讨了将其改造成为间冷回热循环(ICR)燃气轮机的可能性,分析了改造过程中所涉及的一些问题。回热器的设计要求是在保证较高的回热度与较低的压力损失的前提下,尺寸参数尽可能减小,便于安装。配套排气蜗壳的设计目标是在允许的压力损失范围内,使回热器入口前的流场尽量均匀,以求流经回热器各通道的气流尽量趋于均衡。本文以某大功率简单循环燃气轮机的热力参数为基础,针对ICR循环进行热力循环分析,讨论各种因素对于循环的影响,并与简单循环进行对比分析,结果表明ICR循环在功率和效率上都优于简单循环。同时,讨论了回热器在ICR循环中的作用和工作特点,并以回热器的特点和要求为前提条件,从众多紧凑式换热器型式中选择板翅式换热器作为本文设计的回热器型式,选用标准翅片,根据实际进出口条件进行热力计算以确定换热芯体的尺寸参数,从而获得了小体积的设计方案。回热器性能的好坏与其内部流场的均匀性有直接关系,因此需要一个设计合理的排气蜗壳保证其进气流场均匀。故本文设计出多种配套排气蜗壳方案并对其建模,利用流体计算软件对其内部流场进行数值模拟,并结合实际情况比较各方案的优劣,最终推荐了一种可行方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ICR循环燃气轮机的工作原理
• 1.3 国外燃气轮机ICR技术的发展和现状
• 1.4 国内燃气轮机ICR技术的研究现状
• 1.5 本文工作内容
• 第2章 ICR循环特性研究
• 2.1 几种循环的典型性能
• 2.2 ICR循环分析
• 2.2.1 理想布雷顿循环
• 2.2.2 实际间冷回热循环
• 2.3 ICR循环的数学模型
• 2.4 发动机的性能参数
• 2.5 压比对ICR循环性能影响
• 2.5.1 高低压比分配对循环性能的影响
• 2.5.2 总压比对循环性能的影响
• 2.6 各种因素对ICR循环性能的影响
• 0^*对循环性能的影响'>2.6.1 T₀^*对循环性能的影响
• 4^*对循环性能的影响'>2.6.2 T₄^*对循环性能的影响
• C^*对循环性能的影响'>2.6.3 η_C^*对循环性能的影响
• T^*对循环性能的影响'>2.6.4 η_T^*对循环性能的影响
• COOL对循环性能的影响'>2.6.5 δ_COOL对循环性能的影响
• 2.6.6 r对循环性能的影响
• 2.7 本章小结
• 第3章 回热器芯体方案选择
• 3.1 换热器材料
• 3.2 换热器特性
• 3.3 各种换热器的特点分析
• 3.3.1 板式换热器
• 3.3.2 板壳式换热器
• 3.3.3 一次表面换热器
• 3.3.4 板翅式换热器
• 3.4 芯体方案选择
• 3.5 本章小结
• 第4章 回热器芯体设计
• 4.1 翅片的基本参数
• 4.2 板翅式换热器的结构和翅片型式
• 4.2.1 板翅式换热器的结构
• 4.2.2 翅片的作用与型式
• 4.3 板翅式换热器相关理论
• 4.3.1 传热和流动
• 4.3.2 结构设计
• 4.4 板翅式换热器的相关计算
• 4.4.1 传热计算的基本方程
• 4.4.2 翅片传热过程的分析
• 4.4.3 翅片效率
• 4.4.5 板翅式换热器的流动阻力
• 4.5 回热器的计算
• 4.5.1 运行参数及设计要求
• 4.5.2 方案1
• 4.5.4 方案2
• 4.5.5 方案3
• 4.5.6 最佳方案的确定
• 4.6 情况说明
• 4.7 本章小结
• 第5章 ICR循环燃气轮机排气蜗壳的数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 计算模型的建立及边界条件
• 5.3 平均不均匀度
• 5.4 计算结果的考察内容与指标
• 5.5 计算结果与分析
• 5.5.1 参考蜗壳
• 5.5.2 方案1系列
• 5.5.3 方案2系列
• 5.5.4 方案3系列
• 5.6 选择方案
• 5.7 补充分析
• 5.8 本章小结
• 结论
• 1.总结
• 2.展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢