【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及燃氣比熱比，具體為一種適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法。
技術介紹
1、比熱比，也稱為絕熱指數或比熱容比，是指氣體在定壓條件下的比熱容(cp)與在定容條件下的比熱容(cv)之間的比值。它在熱力學理論和工程技術的實際應用中起著重要的作用。例如，在燃氣輪機中，氣體會先經壓氣機壓縮，然后在燃燒室內燃燒后形成的高溫高壓燃氣，最后再在透平內膨脹做功，壓縮和膨脹會導致溫度的變化，比熱比是分析氣體壓縮和膨脹過程中壓力與溫度變化關系的重要參數。在燃氣輪機設計和優化過程中，也需用到比熱比分析計算燃氣輪機工作特性，進而對燃氣輪機壓氣機、燃燒室、透平等部件進行改進優化。
2、氣體的比熱比與氣體的內能、焓、定容熱容量、定壓熱容量和分子的自由度均有密切關系。在燃氣輪機燃燒室內燃燒后形成的高溫高壓燃氣包含二氧化碳、氮氣、氧氣等多種氣體，且不同負荷下各氣體的體積占比、燃氣溫度和燃氣壓力都有不同，而燃氣的比熱比與燃氣中氣體成分、燃氣溫度、燃氣壓力直接相關，利用氣體絕熱膨脹或絕熱壓縮來測定比熱比的傳統實驗方法不適用于測量燃氣輪機燃氣的比熱比，在實際燃氣輪機循環熱效率分析過程中目前仍采用平均值的方法，即普遍認為燃氣輪機全負荷工況內燃氣的比熱比不變，約取1.33，這與實際存在偏差，需要提出一種適用于燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法。
技術實現思路
1、鑒于上述存在的問題，提出了本專利技術。
2、因此，本專利技術解決的技術問題是：如何提供一種適用于確定燃氣輪機燃燒室出口
3、為解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：一種適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法，包括：建立燃氣輪機熱平衡計算模型；分析典型負荷下燃燒室進出口邊界條件；分析典型負荷下燃料和空氣燃燒反應的當量比；建立燃燒室簡化數值模型；計算獲得典型負荷下燃燒室出口燃氣的比熱比；擬合燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比變化曲線；計算獲得燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比。
4、作為本專利技術所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法的一種優選方案，其中：所述燃氣輪機熱平衡計算模型是利用thermoflow電廠熱平衡分析專業軟件，針對燃氣發電廠采用的燃氣輪機型號建立；所述thermoflow模型根據燃氣輪機歷史運行數據設定計算模型的邊界參數，并利用燃氣輪機歷史運行數據對計算模型的準確性進行驗證；采用經驗證后的燃氣輪機熱平衡計算模型計算獲得燃氣輪機從啟機至滿負荷運行下燃燒室進出口邊界參數。
5、作為本專利技術所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法的一種優選方案，其中：氣輪機發電機組的工作負荷為50％至100％負荷區間內，計算獲得50％、60％、70％、80％、90％，以及100％的典型負荷下燃氣輪機燃燒室進口空氣和燃料質量流量、溫度以及燃燒室出口壓力參數。
6、作為本專利技術所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法的一種優選方案，其中：基于計算獲得的燃燒室進口空氣和燃料質量流量，計算獲得典型負荷下燃氣輪機燃燒室內燃料和空氣燃燒化學反應的當量比：
7、
8、其中，mf為燃氣輪機燃燒室進口燃料質量流量；mair為燃氣輪機燃燒室進口空氣質量流量；mair為空氣分子量，mch4為甲烷分子量。
9、作為本專利技術所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法的一種優選方案，其中：建立燃燒室簡化數值模型，并通過所述燃氣輪機熱平衡計算模型對燃燒室簡化數值模型進行驗證；所述燃燒室簡化數值模型包含燃料噴嘴和火焰筒，所述燃料噴嘴具有空氣和燃料進口，所述火焰筒可為圓柱腔體；將簡化后火焰筒流通截面面積與真實火焰筒的流通面積相除，計算獲得簡化燃燒室的縮比因子α；燃燒室簡化數值模型的入口邊界設定為空氣質量入口邊界和燃料質量入口邊界，出口邊界設定為壓力出口邊界。
10、作為本專利技術所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法的一種優選方案，其中：計算典型負荷下燃燒室出口燃氣的組分及比熱比，包括如下步驟，利用建立的燃燒室簡化數值模型；將不同負荷下的燃氣輪機燃燒室進口空氣和燃料質量流量乘以縮比因子作為模型的入口邊界條件；計算當量比，并與真實燃燒室內的當量比進行比較校核；將分析獲得的典型負荷下燃燒室出口壓力值設定為模型的壓力出口邊界條件；在滿足上述邊界條件下，利用簡化模型計算獲得不同負荷下燃燒室出口燃氣的組分及比熱比。
11、作為本專利技術所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法的一種優選方案，其中：根據設置邊界條件后的燃燒室簡化數值模型分別計算50％、60％、70％、80％、90％、100％的典型負荷下燃燒室出口燃氣的溫度、壓力和比熱比等參數；根據計算獲得的典型負荷下燃燒室出口燃氣的比熱比數據，以負荷為自變量，比熱比為因變量，根據燃氣比熱比變化趨勢進行曲線擬合；根據曲線擬合獲得的比熱比計算公式，計算獲得不同負荷時燃氣輪機燃燒室出口燃氣的比熱比。
12、為進一步解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：一種適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的系統，包括：數據采集模塊，用于采集燃氣輪機的運行工況參數，包括大氣環境參數、壓氣機出口參數、燃料和空氣流量等數據；模型建立模塊，建立燃氣輪機熱平衡計算模型和燃燒室簡化數值模型，并對模型進行驗證；邊界條件分析模塊，用于分析典型負荷下燃燒室的進出口邊界條件，以及燃料和空氣燃燒反應的當量比；比熱比計算模塊，用于將分析獲得的邊界條件和當量比代入燃燒室簡化模型，計算獲得典型負荷下燃燒室出口燃氣的組分及比熱比；擬合模塊，用于收集不同負荷下計算獲得的燃燒室出口燃氣比熱比數據，并擬合得到燃氣輪機不同負荷下燃燒室出口燃氣比熱比的變化曲線。
13、一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現如上所述適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法的步驟。
14、一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現如上所述適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法的步驟。
15、本專利技術的有益效果：本專利技術無需通過實驗，僅通過建立燃氣輪機熱平衡計算模型和燃氣輪機燃燒室簡化數值模型，即可獲得燃氣輪機典型負荷下燃燒室出口的燃氣比熱比。本專利技術建立的燃氣輪機燃燒室簡化數值模型可與真實燃燒室模型的結構和尺寸不一致，可大大簡化燃燒室的建模難度和計算工作量，僅需保證簡化燃燒室內燃料和空氣燃燒化學反應的當量比與真實燃燒室內燃料和空氣燃燒化學反應的當量比一致即可。本專利技術通過曲線分段擬合，最終可獲得適用于燃氣輪機典型負荷區間內的燃氣比熱比計算公式，提高了本專利技術的可用性。
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1.一種適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法，其特征在于：所述燃氣輪機熱平衡計算模型是利用Thermoflow電廠熱平衡分析專業軟件，針對燃氣發電廠采用的燃氣輪機型號建立；
3.如權利要求2所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法，其特征在于：燃氣輪機發電機組的工作負荷為50％至100％負荷區間內，計算獲得50％、60％、70％、80％、90％，以及100％的典型負荷下燃氣輪機燃燒室進口空氣和燃料質量流量、溫度以及燃燒室出口壓力參數。
4.如權利要求3所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法，其特征在于：基于計算獲得的燃燒室進口空氣和燃料質量流量，計算獲得典型負荷下燃氣輪機燃燒室內燃料和空氣燃燒化學反應的當量比：
5.如權利要求4所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法，其特征在于：建立燃燒室簡化數值模型，并通過所述燃氣輪機熱平衡計算模型對燃燒室簡化數值模型進行驗證；
6.如權利要求5所述的適用于
7.如權利要求6所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法，其特征在于：根據設置邊界條件后的燃燒室簡化數值模型分別計算50％、60％、70％、80％、90％、100％的典型負荷下燃燒室出口燃氣的溫度、壓力和比熱比等參數；
8.一種采用如權利要求1～7任一所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法的系統，其特征在于，包括：
9.一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現權利要求1至7中任一項所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法的步驟。
10.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現權利要求1至7中任一項所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.一種適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法，其特征在于：所述燃氣輪機熱平衡計算模型是利用thermoflow電廠熱平衡分析專業軟件，針對燃氣發電廠采用的燃氣輪機型號建立；
3.如權利要求2所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法，其特征在于：燃氣輪機發電機組的工作負荷為50％至100％負荷區間內，計算獲得50％、60％、70％、80％、90％，以及100％的典型負荷下燃氣輪機燃燒室進口空氣和燃料質量流量、溫度以及燃燒室出口壓力參數。
4.如權利要求3所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法，其特征在于：基于計算獲得的燃燒室進口空氣和燃料質量流量，計算獲得典型負荷下燃氣輪機燃燒室內燃料和空氣燃燒化學反應的當量比：
5.如權利要求4所述的適用于確定燃氣輪機燃燒室出口燃氣比熱比的方法，其特征在于：建立燃燒室簡化數值模型，并通過所述燃氣輪機熱平衡計算模型對燃燒室簡化...
【專利技術屬性】
技術研發人員：肖俊峰，李曉豐，高松，王峰，王瑋，李樂，夏家興，郭菡，李丹，于倩倩，鄭俊輝，
申請(專利權)人：西安熱工研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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