燃气轮机整机性能仿真方法与应用研究获进展

　　近日，工程热物理研究所燃气轮机项目组通过开展燃气轮机（包括航空发动机和地面燃气轮机）整机性能仿真的方法和应用研究，取得了一系列研究成果。

　　燃气轮机整机性能仿真是指利用建立的燃气轮机数学模型，给定一组控制参数，对其稳态和过渡态特性进行计算，以得到整机和各关键部件性能参数及各截面气 动参数的计算方法和过程。现代燃气轮机为了提高性能，大量变几何结构得以广泛应用，使其设计、运行趋于复杂化。因而建立燃气轮机仿真模型并对其性能进行评 估在设计及使用维护过程中不可或缺，可以减少整机试车试验，有效缩短设计时间，大幅降低研发经费。如今整机性能仿真在整机性能评估和结构优化、控制系统设 计、试车方案设计和数据分析以及健康状况监测四个方面得到了广泛应用。

　　燃气轮机整机性能仿真的原理是关键部件转速、功率及流量的匹配，目标在于获取各部件的共同工作点。不同于传统的参数循环法和平衡循环法，研究中建立的仿真模型采用误差矩阵描述燃气轮机的工作状态，该方法提高了仿真的速度、精度和稳定性，更接近于燃气轮机的实际控制和运行。

　　根据上述方法，燃气轮机项目组编写了燃气轮机通用性能仿真程序，并分别对两种类型的燃气轮机进行应用研究。仿真得到了某型航空发动机的转速、速度及高度特性，并在国内首次通过仿真获得该型发动机在特殊条件下的起动特性，对掌握该发动机关键技术和使用具有一定的指导意义。对某地面发电用燃气轮机在国内率先开展了变工况性能分析，掌握了其运行控制规律。部分研究结果发表后，被评价为“有较好的工程实用价值和创新性”，“研究所得燃气轮机在变工况下的结论及数据对燃气轮机的设计及在变工况下的性能估计具有指导意义”。

　　下一步的研究将在进一步提高仿真可靠性、便捷性方面展开，使此方面的研究向系统化、集成化方向发展。

　　（工程热物理所供稿）