燃气轮机动态过程辛几何规律的研究项目摘要

将燃气轮机热力系统动态学问题纳入Hamilton求解新体系，并在状态变量和协态变量组成的辛几何空间中，通过计算机将辛几何数学结构以数值解的形式挖掘出来，从而发现新的辛几何动态学规律。经研究认为求解燃气轮机强非线性复杂大系统的动态与最优控制过程，必须突破如下关键问题：(1)克服热力系统动态过程中的本质性误差增长现象与消除协态变量的发散(2)揭示系统中状态变量、协态变量之间的内在联系(3)将统计学方法引入燃气轮机动态过程，将状态方程右函数进行类型归纳和合理性分析。这就为开创热力系统动态学Hamilton求解新体系打下扎实的基础，从而使热力系统动态过程与最优控制过程的研究步入世界的前沿。 2100433B

燃气轮机的通流部分中，由调节系统控制的通道的几何形状和尺寸随工况变化的要求而改变的燃气轮机。

20世纪50年代以来，在中国，冶金过程物理化学的学科逐步建立。北京科技大学、东北大学及中南工业大学三所大学相继组成专门的教学和研究队伍。全国第一届冶金过程物理化学学术讨论会于1962年在上海召开，第二届于1964年于长沙召开。自1976年以后该学术会议恢复定期举行。发表的论文中相当大的部分属于炼钢过程物理化学的范畴。此外，全国炼钢学术会议也有不少关于炼钢过程物理化学的论文。在学术水平上，已有不少研究领域达到国际水平，但尚有一些领域属于空白区。为了促进钢铁工业向高质量、现代化发展，必须大力进行炼钢物理化学的研究。下列领域值得重视：

(1)结合中国矿产资源特点，研究钢中有害杂质的去除和有益元素的提取，相应地研究有关元素在金属液中的热力学行为及动力学性质。

(2)超纯净钢冶炼的物理化学及其对高质量钢管、钢板(包括高压石油钢管及深冲薄板)机械性能的作用。

(3)凝固过程动力学，对连铸钢坯性能的影响。

(4)钢铁厂环境保护和资源再生的物理化学。2100433B

轮机工作过程

燃气轮机的工作过程是最简单的，称为简单循环；此外，还有回热循环和复杂循环。燃气轮机的工质来自大气，最后又排至大气，是开式循环；此外，还有工质被封闭循环使用的闭式循环。燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置。

燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。70年代末，压缩比最高达到31；工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200℃左右，航空燃气轮机的超过1350℃。

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。

轮机与活塞式内燃机和蒸汽动力装置比较

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。

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。