的流动方 向 ， ｉ 边 相 联 ， 空 气 由边 ｉ 入 边 边 与 且 流
，
系统 的设计应 尽 量减 少 冷 却 空气 用 量 ， 确 分 配冷 精
却 空气 量 以保 证待 冷却 元件 冷却效 率 。
则 边边 邻 接矩 阵 的元 素 为 １ 其 余 元 素为 ０ ； 。显 然 对 图 １中节点 ４， 对 应 的通 流单 元 ４ 描 述 ５所 ，
较高 的热 效 率 。 因 为 从 压 气 机 中抽 出部 分 冷 却 空 气 ， 流经 透平高 温部 件冷却 保护 后汇 人 主燃气 流 ， 在
不可避 免 的会降 低 主燃 气 流 的温度 ， 降低 燃 气 的作 功能力 和循环 的热效 率 ， 且 冷 却气 流 与主 燃 气 的 而 混合也 会 带 来 流 动 方 面 的损 失 ］ 因此 空 气 冷 却 。
率 ， 因受 到部件 材料耐 高温 性能 的 限制 ， 但 必须 对燃
气 轮机 高温部 件进行 冷却 与保 护 。合理设 计燃气 轮 机 高温 部件 的冷却 与保护 、 密封 以及 腔室增 压 系统 ， 对 保证 燃气轮 机发 电机组 的热 经济 性与运 行 的安全 性具 有重 要作 用 ， 发 展 先 进燃 气 轮 机 的 一项 关 键 是 技 术 。 目前对 燃气 轮机高 温部 件进行 冷却 的 常用 方
应考 虑燃 气轮机 的运 行安 全 性 ， 要 尽 可 能地 追 求 也
９ 组 成 的一个 网络 系统 ， 点边 关 联矩 阵矩 阵 Ａ表 ） 用
示其 拓 扑关 系 。对 矩 阵 Ａ 中 的元 素值 的设 置 作 如 下规 定 ： 边与 节点 相 联 ， 边 中空 气 流 向节点 ， 矩 且 则
第２ ３卷
组合 （ 如边 ２和边 ３的组合 ） 。则 矩阵 Ｂ变 为 １ ０
２ ３ ｝ （） ５
ｌ ０阶 ， 中 其
Ｂ１ ０
７ ０４ ） １０９
（ 西安 交通 大 学叶轮机 械研 究所 ， 西安
摘
要： 本文 以某型燃气轮机透平叶片的空气冷却 系统为研究对象 。在分析 叶片的内部冷成的基础上 ， 将空气冷却系统 模化 为由大量不 同的通流 单元 以串连或分 支方式组 成的复杂 网
络 系 统 。选 用 适 当 的经 验 关 系式 或 试 验 关 联 式 计 算 空 气 流 经 各 通 流 单 元 的 压 力 损 失 与 换 热 量 ， 立 了描 述 冷 建
第２ ３卷 第 ４期 ２１ ０ ０年 １ ２月
《 燃
气
轮
机
技
术》
Ｖｏ． ３ Ｎｏ ４ １２ ．
Ｄｅ ｃ．． ０１ ２ Ｏ
Ｇ ＡＳ ＴＵ ＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨ Ｎ０ Ｌ０ Ｇ Ｙ
燃 气 轮 机 空 气 冷 却 系 统 建 模 及 计 算 分 析
王 松 ， 新 军 ， 茂铮 王 俞
阵的元 素定义 为 １ 边 与节 点 相联 ， 边 中空气 流 离 ； 且 节点 ， 阵 的元 素定 义 为 一１ 边与节 点不关 联 ， 阵 矩 ； 矩 的元 素定 义为 ０ 。 用矩 阵 Ｂ来 描述 网络 结构 中边 与 边 的关 系 ， 矩 阵 Ｂ由元 素 ０和 １组成 。对 于边 ｉ 和边 参 考空 气 ，
却空气 流动与换热特性 的流量方程组 、 压力方程 组和温度方程组 。采 用逐步简化 空气冷却 系统 的方式 ， 求解
空 气 冷却 系统 内流 量 的分 配 。采 用 以改 进 并 修 正 的 高 斯 消 去 法 为 基 础 的一 种 稳 定 的大 型稀 疏 矩 阵线 性 方 程 组解 法来 求解 空气 冷却 系统 内空 气 的压 力 与 温 度 分 布 。 可 以计 算 得 到 各 流 路 的 压 力 、 度 和 流 量 的 分 布 等 参 温 数。 关 键 词 ： 气 冷 却 系 统 ； 量 方 程 组 ； 力 方 程组 ； 度 方 程 组 空 流 压 温
节点组 成 ， 代表 空 气 冷 却 系统 内不 同 的通 流或 换 边 热单元 ， 节点 表示 空气 冷却 系统 空气进 、 口节点 或 出 这 些通 流换 热单 元 的连 接 点 ， 头表 示 空气 的流 动 箭
方 向 。其 网络 特 征 包 括 网 络 系 统 中边 与 节 点 的数 目、 与边之 间 的连接关 系 以及空 气 的流动方 向等 。 边 对 如 图 １ 示 的 由 ｎ条 边 、， 个 节 点 （ 中 ／＝ 所 Ｔ＋１ ／ 其 ７ ，
文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０９— ８９ ２ １ ）４— ｏ３一Ｏ １０ ２ ８ （０ ０ ０ ０ ３ ５
中 图 分 类 号 ：Ｋ ７ Ｔ ４２
提 高燃 气 初 温 可 以有 效 提 高 燃 气 轮 机 的热 效
气 冷却 系 统 的 网络 特 性 。空 气 冷 却 系 统 由边 和
法是 从压 气机 中抽 出部 分压 缩 空 气 ， 其按 需 要 合 使 理地 流过 燃烧 室 、 叶片 、 盘等关 键部 件高 温部位 进 轮 行冷 却 与 保 护 。这 部 分 空 气 的通 流 系 统 称 作 燃 气轮机 空气 冷却 系统 。设 计 空 气 冷却 系 统 时 ， 但 不
基金项 目： 国家重点基础研究发展计划 （７ ） ９ ３ 资助项 目（ ｏ ０ ７ Ｂ ０７ １ Ｎ ．２ ０ Ｃ ７ ７ ０ ） 作 者 简 介 ： 松 （９ ５一） 男 ， 安 交 通 大 学 能 源 与 动 力 工 程 学 院硕 士 研 究 生 。 ５ Ｅ １８ ， 西
燃 气 轮 机 技 术
Ｂ是 ｎ阶方 阵 。
１ 数 学 模 型 的 建 立
本文 采用 图 １中的 拓扑结 构来表 示燃 气轮 机空
收 稿 日期 ：０ ０— ３— ２ 改 稿 日期 ：０ ０— ５— ６ ２１ ０ ２ ２ １ ０ ０
其 压力 损失 的方程 为 ：
Ｐ 一 ５ ｍ ×． ４ Ｐ＝ ； Ｚ ４
（） １