燃气轮机燃烧室_在线百科全书查询
燃气轮机燃烧室
燃气轮机燃烧室是燃气涡轮发动机（简称燃气轮机）中必不可少的部件之一，在这里燃料中含有的化学能通过燃烧化学反应，转变成热能，形成高温（通常也是高压的）燃烧产物，推动涡轮做功，随后燃气根据不同的用途，采用不同方式将热能转变为机械能。
燃烧室简介
燃烧室是一种用耐高温合金材料制作的燃烧设备。在整台燃气轮机中，它位于压气机与涡轮之间。燃气轮机运行时，燃烧室在宽广的工况范围内工作。在燃气轮机变工况的过程中，燃烧室进口的空气流量、温度、压力、速度以及燃油消耗量都会发生变化，这些变化反过来又会影响整台燃气轮机的性能。所以，弄清燃烧室的变工况特性，对整台燃气轮机的变工况运行有积极地意义。
燃烧室特性参数
表征燃烧室性能指标的参数主要有燃烧室效率、压力损失、稳定性、点火范围、出口温度分布和容热强度等，但与燃气轮机变工况密切相关的参数主要是燃烧室效率和压力损失，前者直接关系到燃气轮机的燃料消耗量（影响燃气轮机的效率），而且还影响到流经涡轮的燃气流量；而后者直接影响到涡轮的膨胀比。
由于燃烧室内部燃烧过程的复杂性，人们还不能全部用理论计算的方法给出燃烧室效率和压力损失随工况的变化关系，这些的关系式主要还是以实验为基础的经验公式。
燃烧室效率的计算
由于燃烧室壁散热、燃料燃烧不完全以及燃料产物的离解，燃料的热值不能完全利用。燃烧室效率就是用来表征燃料燃烧完全程度的物理量。
燃料室效率的定义是燃油实际用于加热工质的热量与燃油完全燃烧时放出的热量之比。
其表达式
式中：
—燃烧室进口空气质量流量
—燃烧室出口燃气质量流量
—燃油流量
—燃烧室出口每千克燃气的焓
—燃烧室入口每千克空气的焓
—每千克燃油的焓
—燃油热值
在已知燃烧室结构尺寸的情况下，燃烧室主要与燃烧室进口压力、进口温度、进口速度和油气比（余气系数）有关，因此燃烧室效率应该具有以下形式
由定性分析可得，随着增加，燃烧室效率逐渐增加，在达到一定温度后，效率基本保持不变。这是因为在温度较低时，燃料与空气的热交换和质量交换不够充分，即燃烧不够充分。温度的升高对燃料的燃烧过程有改善作用，但温度增加到某一值后，燃烧室中混流区的影响远远大于温度提高的影响，所以效率不再明显变化。对燃烧室效率的影响比较显著，随着进口压力的提高，燃烧室效率明显提高。这是因为进口压力越高，化学反应速率越高，火焰传播速度越快，因此效率也越高。对燃烧室效率有着负影响，随着入口速度的增加，其效率显著下降。这是由于c2增加后，燃油在燃烧室内停留时间缩短，火焰未燃烬物容易被吹向燃烧室的后段，造成燃烧不完全。此外，对于一定的油气比或余气系数，燃烧室效率存在极大值。大于或小于这个油气比或余气系数，燃烧室效率都将降低。图1—3分别放映了效率和余气系数、入口滞止压力、入口速度和滞止稳定的关系。
图1 燃烧效率特性
图2 ηB与P2的关系
（a） (b)
图3 ηB-T2和ηB -C2关系曲线图
而跟据现有的燃烧室试验数据，已总结出如下函数关系式：
式中：—效率相似准则，；
—燃烧室最大截面积；
—燃烧室最大截面直径
只需在不同的空气流量和进口压力下，测定几个值就可以画出一条的曲线，然后就可以推广应用到任意的入口温度、入口压力和入口流量的情况下，来求取相应的值，
总压损失的计算
气流流过燃烧室时，总压损失由以下几个部分组成：
1) 扩压器中的流动损失。它包括摩擦阻力和扩张角过大引起气流脱离的流动阻力；
2) 气流流过燃烧室各部件时的流动损失。包括气流经头部装置(扰流器或燃烧碗等)的压力损失及流经壁面进气孔或缝隙时的压力损失；
3) 进气射流与火焰筒内主流之间的混合损失；
4) 气流通过通道内各种障碍物(支板、档板、喷嘴等)所产生的附加压力损失；
5) 气流加热时，由于气流密度的变化所引起的热阻损失。
上述的燃烧室中五个部分的压力损失归纳起来可以分为二大类：一类是流动阻力损失；另一类是热阻损失。燃烧室的总损失可由以上两类阻力损失相加获得。
流动阻力损失的可由下式定义：
式中—燃烧室入口处空气的总压；
一燃烧室出口处燃气的总压；
—燃烧室入口处空气的平均流速；
—燃烧室入口处空气的密度。
但试验表明：在燃烧工况下，燃烧室的流阻损失系数可以表示为如下的函数关系，即
式中—燃烧室冷吹风试验时的流阻损失系数；
—反应燃烧室结构差异的常数；
图4 某型燃烧室流阻损失系数随的变化关系
而热阻损失可由下式计算：
在设计工况点，燃烧室的压力损失大约为燃烧室进口压力的1~7%；而在非设计工况点，燃烧室的压力损失随着燃烧室内的流量、温度和压力的变化而变化，并且可由下述公式计算：
参考文献
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[8] 宇震林，全宏许，高恩刘，燃气轮机燃烧室[M].国防工业出版社，2008
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燃气轮机简介
燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成。压气机有轴流式和离心式两种，轴流式压气机效率较高，适用于大流量的场合。在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很短，效率低于离心式。功率为数兆瓦的燃气轮机中，有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级，因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。
燃烧室和透平不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料制造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。
对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。
燃气轮机有重型和轻型两类。重型的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达10万小时以上。轻型的结构紧凑而轻，所用材料一般较好，其中以航机的结构为最紧凑、最轻，但寿命较短。
与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较，燃气轮机的主要优点是小而轻。单位功率的质量，重型燃气轮机一般为2～5千克/千瓦，而航机一般低于0.2千克/千瓦。燃气轮机占地面积小，当用于车、船等运输机械时，既可节省空间，也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。燃气轮机的主要缺点是效率不够高，在部分负荷下效率下降快，空载时的燃料消耗量高。
不同的应用部门，对燃气轮机的要求和使用状况也不相同。功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电，而30～40兆瓦以上的几乎全部用于发电。
燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，所以应用广泛。在汽车(或拖车)电站和列车电站等移动电站中，燃气轮机因其轻小，应用也很广泛。此外，还有不少利用燃气轮机的便携电源，功率最小的在10千瓦以下。
燃气轮机的未来发展趋势是提高效率、采用高温陶瓷材料、利用核能和发展燃煤技术。提高效率的关键是提高燃气初温，即改进透平叶片的冷却技术，研制能耐更高温度的高温材料。其次是提高压缩比，研制级数更少而压缩比更高的压气机。再次是提高各个部件的效率。
高温陶瓷材料能在1360℃以上的高温下工作，用它来做透平叶片和燃烧室的火焰筒等高温零件时，就能在不用空气冷却的情况下大大提高燃气初温，从而较大地提高燃气轮机效率。适于燃气轮机的高温陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。
按闭式循环工作的装置能利用核能，它用高温气冷反应堆作为加热器，反应堆的冷却剂(氦或氮等)同时作为压气机和透平的工质。
同名图书
基本信息
《燃气轮机燃烧室》
作 者：林宇震，许全宏，刘高恩 著
丛 书 名：航空科学技术丛书出 版 社：国防工业出版社ISBN：9787118055436 出版时间：2008-05-01版 次：1页 数：288装 帧：精装开 本：大32开
内容简介
本书是作者根据多年对燃气轮机燃烧室研究成果和经验，特别是近十年来先进燃烧室的研究成果，并系统总结了燃烧室的国内外技术发展状况而写的一本专著。重点阐述军用航空燃气轮机高温升燃烧室和民用航空燃气轮机及工业燃气轮机低污染燃烧室所涉及的关键技术及其相关基础理论的发展。
全书共分8章。第1章简要地总结了燃烧室的功能、结构、性能要求和发展概况；第2章详细阐述了空气流动和空气动力学；第3章涉及先进燃烧室燃油喷射与蒸发的基础问题；第4章系统地回顾了燃烧室点火基础理论并分析燃烧室点火设计的关键问题；第5章明确了燃烧室火焰稳定的重要性，重点强调了民机雷雨熄火的特殊要求；第6章分析先进冷却方式基本原理并概括两种实用先进冷却方式的研究成果；第7章综述了燃烧室污染排放物生成机理和影响因素，专门明确航空燃气轮机燃烧室污染排放最新规定，重点讨论低污染燃烧室的污染控制原理、方法和面临的困难；第8章全面分析了高温升燃烧室的关键技术并指出了相应解决措施。
本书是一本适合于从事燃气轮机技术的人员，特别是从事燃烧室设计、研制及生产部门的工程技术人员和管理人员使用的技术参考书，也可作为该领域的高等院校研究生、本科生的教学参考书。
图书目录
第1章 绪论
1.1 燃烧室的功用和要求
1.2 燃气轮机燃烧室的分类
1.2.1 按燃烧室用途分类
1.2.2 按其他方式分类
1.3 燃烧室基本组成部分
1.4 燃气轮机燃烧室的基本参数
1.5 燃烧室工况
1.6 燃气轮机燃烧室的发展
参考文献
第2章 燃烧室空气流动及空气动力学
2.1 空气流量分配
2.1.1 燃烧空气流量分配
2.1.2 冷却气流量分配
2.1.3 掺混空气量分配
2.1.4 流量分配的调整
2.2 有效流动面积
2.3 燃烧室进口流场与扩压流动
2.4 旋涡流动及旋流器
2.4.1 旋流器形式
2.4.2 旋流器几何参数
2.4.3 旋流数
2.4.4 旋流器设计与下游空气动力学
2.4.5 强旋流下的PVC与振荡燃烧
2.4.6 燃烧对旋流流动的影响
2.5 流量系数
2.5.1 径向旋流器流量系数
2.5.2 轴向叶片式旋流器流量系数
2.5.3 先进火焰筒壁面冷却方式流量系数
2.6 主燃区空气动力学
参考文献
第3章 燃油喷射和雾化
3.1 复合式燃油喷射
3.2 横向流动中的燃油喷射与混合
3.2.1 燃油直接喷射入横向流动气流中的特性
3.2.2 液雾喷射入横向流动气流中的特性
3.3 超临界环境中燃油蒸发
3.3.1 超临界态碳氢燃料的基本特性
3.3.2 燃油液滴在超临界环境下汽化和燃烧的物理过程
3.3.3 燃油液滴在静止超临界环境中的汽化
3.3.4 燃油液滴在强迫对流超临界环境中的汽化
3.3.5 燃油液滴在超临界环境中的燃烧
参考文献
第4章 燃烧室点火
4.1 燃烧室点火过程
4.1.1 高能电嘴燃烧室点火过程
4.1.2 火炬点火燃烧室点火过程
4.2 燃烧室点火性能
4.2.1 地面起动点火性能
4.2.2 空中再起动特性
4.3 液雾点火的基础理论和实验结果
4.3.1 点火模型
4.3.2 点火实验结果
……
第5章 燃气轮机燃烧室火焰稳定
第6章 燃烧室火焰筒冷却及室壁结构
第7章 燃烧室排气污染
第8章 高温升燃烧室
