燃氣輪機燃燒室

表徵燃燒室性能指標的參數主要有燃燒室效率、壓力損失、穩定性、點火範圍、出口溫度分佈和容熱強度等，但與燃氣輪機變工況密切相關的參數主要是燃燒室效率和壓力損失，前者直接關係到燃氣輪機的燃料消耗量（影響燃氣輪機的效率），而且還影響到流經渦輪的燃氣流量；而後者直接影響到渦輪的膨脹比。

由於燃燒室內部燃燒過程的複雜性，人們還不能全部用理論計算的方法給出燃燒室效率和壓力損失隨工況的變化關係，這些的關係式主要還是以實驗為基礎的經驗公式。

由於燃燒室壁散熱、燃料燃燒不完全以及燃料產物的離解，燃料的熱值不能完全利用。燃燒室效率就是用來表徵燃料燃燒完全程度的物理量。

燃料室效率的定義是燃油實際用於加熱工質的熱量與燃油完全燃燒時放出的熱量之比。

其表達式

式中：

—燃燒室進口空氣質量流量

—燃燒室出口燃氣質量流量

—燃油流量

—燃燒室出口每千克燃氣的焓

—燃燒室入口每千克空氣的焓

—每千克燃油的焓

—燃油熱值

在已知燃燒室結構尺寸的情況下，燃燒室主要與燃燒室進口壓力、進口溫度、進口速度和油氣比（餘氣係數）有關，因此燃燒室效率應該具有以下形式

由定性分析可得，隨著增加，燃燒室效率逐漸增加，在達到一定溫度后，效率基本保持不變。這是因為在溫度較低時，燃料與空氣的熱交換和質量交換不夠充分，即燃燒不夠充分。溫度的升高對燃料的燃燒過程有改善作用，但溫度增加到某一值后，燃燒室中混流區的影響遠遠大於溫度提高的影響，所以效率不再明顯變化。對燃燒室效率的影響比較顯著，隨著進口壓力的提高，燃燒室效率明顯提高。這是因為進口壓力越高，化學反應速率越高，火焰傳播速度越快，因此效率也越高。對燃燒室效率有著負影響，隨著入口速度的增加，其效率顯著下降。這是由於c2增加后，燃油在燃燒室內停留時間縮短，火焰未燃燼物容易被吹向燃燒室的後段，造成燃燒不完全。此外，對於一定的油氣比或餘氣係數，燃燒室效率存在極大值。大於或小於這個油氣比或餘氣係數，燃燒室效率都將降低。圖1—3分別放映了效率和餘氣係數、入口滯止壓力、入口速度和滯止穩定的關係。

圖1 燃燒效率特性

圖2 ηB與P2的關係

（a） (b)

圖3 ηB-T2和ηB -C2關係曲線圖

而跟據現有的燃燒室試驗數據，已總結出如下函數關係式：

式中：—效率相似準則，；

—燃燒室最大截面積；

—燃燒室最大截面直徑

只需在不同的空氣流量和進口壓力下，測定幾個值就可以畫出一條的曲線，然後就可以推廣應用到任意的入口溫度、入口壓力和入口流量的情況下，來求取相應的值，

氣流流過燃燒室時，總壓損失由以下幾個部分組成：

1) 擴壓器中的流動損失。它包括摩擦阻力和擴張角過大引起氣流脫離的流動阻力；

2) 氣流流過燃燒室各部件時的流動損失。包括氣流經頭部裝置(擾流器或燃燒碗等)的壓力損失及流經壁面進氣孔或縫隙時的壓力損失；

3) 進氣射流與火焰筒內主流之間的混合損失；

4) 氣流通過通道內各種障礙物(支板、檔板、噴嘴等)所產生的附加壓力損失；

5) 氣流加熱時，由於氣流密度的變化所引起的熱阻損失。

上述的燃燒室中五個部分的壓力損失歸納起來可以分為二大類：一類是流動阻力損失；另一類是熱阻損失。燃燒室的總損失可由以上兩類阻力損失相加獲得。

流動阻力損失的可由下式定義：

式中—燃燒室入口處空氣的總壓；

一燃燒室出口處燃氣的總壓；

—燃燒室入口處空氣的平均流速；

—燃燒室入口處空氣的密度。

但試驗表明：在燃燒工況下，燃燒室的流阻損失係數可以表示為如下的函數關係，即

式中—燃燒室冷吹風試驗時的流阻損失係數；

—反應燃燒室結構差異的常數；

圖4 某型燃燒室流阻損失係數隨的變化關係

而熱阻損失可由下式計算：

在設計工況點，燃燒室的壓力損失大約為燃燒室進口壓力的1~7%；而在非設計工況點，燃燒室的壓力損失隨著燃燒室內的流量、溫度和壓力的變化而變化。