间冷循环燃气轮机燃烧室火焰筒壁温计算
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摘 要 ： 针对某 间冷循环燃气 轮机燃烧室薄壁火焰筒 ， 给出了其壁温计算模型和计算方法 。应用该方法进行
了火 焰 筒 壁 温 计 算 ， 进 行 了气 膜 冷 却 、 热 涂 层 及 壁 面厚 度 对火 焰 筒 壁 面 温 度 径 向 和 轴 向 分 布 的 影 响 分 析 。 并 隔
采取 有效 的冷 却 和隔热 措施 。
本 文 在对 有隔 热 涂 层 的 气膜 冷 却 间冷 循 环 燃 烧
度 ， 气膜 冷却 火焰 筒沿 轴 向划分 为若 干个计 算气 膜 将
冷却微 元段 ， 图 ２所示 。 如 １２ 数 学模 型 ．
室火焰 筒 进行 壁温 计算 时 ， 虑 了隔热 涂 层 和火焰 筒 考
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｆ ｍｅ ｔ ｅ；ｔ ｒ ａ ａ ｒｅ ｏ ｔｎ ｄｓ ｌ ａ ｕｂ ｈｅｍ ｌｂ ｒｉｒｃ ａ ｉ ｇ；ｆｌ ｃ ｏ ｉｇ；ｗａ ｌｔ ｍｐ ｒ ｔ ｅ ｃ ｌ ｕ ａｉｎ ｉ ｍ ｏ ｌ ｎ ｌ ｅ ｅ ａｕｒ ａｃ ｌｔｏ
０ 引 言
当前 ， 先进燃 气 轮机 发展 趋势 之一 是通 过开 发新 的 或将 已有 的先 进循 环技 术应 用 于成熟 的原型机 上 ，
Ａ ｂｓｒ ｃ ｔａ ｔ： Ｔ ｄ ｌａ ｄ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ａｃ ｌｔｎ ｈｅｗａｌｔｍｐｅ ａｕ ｅ ｏ ｈ ｈｉ ｌ ｆａ ｅ ｔ ｅ ｏ ｈｅ ｍｏ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆｃ ｌ ｕ ａｉ ｇ ｔ ｌ ｅ ｒ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｔ ｎ ｗａ ｌｌ ｍ ｕｂ ｆａ
传 热
。利 用 热平衡 方程 ， 用 迭 代法 求 解 火焰 筒 运
内外壁 温分 布 。
１ 计算模 型与计算方法
１ １ 物理 模 型 ．
进 而改 进设 计 出性 能 更 宽 广 的燃 气 轮机 。通 过 在燃
气 轮机 压气 机级 间 实 施 冷却 技 术 ， 减少 压 气 机 耗 功 ， 从 而提 高发 动机 的功 率 和热效 率 ， 改善 发动 机总 体性 能水 平 ， 是进 行先 进燃 气 轮机 研制 的一 条切 实可 行之
① － ≤１ Ｍ
Ｗ／ ｑ 为火 焰 筒 外 壁 面 隔 热 涂 层 与 燃 烧 室 外 壳 ｍ ； 内壁 面辐射 传 热 热 流密 度 ， ｍ ； 为 火焰 筒 径 向 Ｗ／ ｑ
导热 热流 密度 ， ｍ 。 Ｗ／
１ ３ 计算 方 法 ．
詈＜时 ００２ ｐ） ８， ．１ －０８ ｇ Ｕ ｇ
第３ ４卷 第 １期
２１ ０ ２年 １月
舰
船
科
学
技
术
Ｖｏ ． ４，Ｎｏ １ １３ ．
ＳＨＩ ＣＩ Ｐ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｔ
Ｊ ｎ ，２ １ ａ ． ０２
问冷 循环 燃气轮机燃烧室火焰筒壁温 计算
李名家 ， 正薇 ， 杨 林 枫 ， 海 燕 张
（ 国船舶 重工 集 团公 司第七 。三研 究所 ， 中 黑龙 江 哈 尔滨 １０ ７ ） ５ ０ ８
把热量 传 出 。 为 了得 到 沿火 焰 筒轴 向不 同位 置 的 内外 壁 面 温
却空 气冷 却潜 力 的下 降 ， 以及燃 烧室 火焰 筒 比容 积热
强度 的增 加 ， 极大增 强 燃气 与火 焰筒 壁 面 的传 热 。为 提高 火焰 筒工 作可 靠性 及其 使用 寿命 ， 须对 火焰 简 必
１ ≤专 ≤３ 时， ０ ５
＝
个
ｗ － １ｗ ｇ ｃ
。
（） ２
Ａｌ
Ａ
Ａ２
６９ １５、 １ ¨ 。 （） ． ×０Ａ １ ３ － ｏ
ｃ
式中：
和
为火焰 筒 内壁 和 外壁温 度 ， ６ ，： Ｋ； 。６ ，
③ － ≥２ Ｍ
６ 为火焰 筒 内 、 壁 隔 热 涂 层 及 火 焰 筒 金 属 壁 面厚 外 度 ， Ａ ， Ａ ｍ； 。Ａ ， 为 火 焰 筒 内 、 壁 隔热 涂 层 及 火 焰 外 简金属 导热 系数 ， （ ・ 。 ｗ／ ｍ Ｋ） ２ ｑ， ） 的计算
如 图 ２所示 ， 气膜 冷却微 元段 热平 衡方 程为 ：
ｑｌ Ｒ ｑ ＋ｑｌ ２＋ｑ２ ｑ 。 ＾ （） １
（） ６
ｐｇ ｕｇ
式中： Ｐ Ｐ 和 为气 膜冷 却 气 和 燃 气 密 度 ，ｇ ｍ ；ｕ ｋ／ 和 ｕ 为 气膜冷 却 气和燃 气速度 ， ／ 。 ｍ ｓ 气膜 冷却 气与 火焰 筒 内壁对 流传 热 系数 可 由 下式计 算 ：
热， 内壁 面隔热 涂层 获得 的热 量通 过径 向导热 经 火焰
燃气 轮 机 间冷 循 环 技 术 会 降 低燃 烧 室入 口空 气 温度 ， 大燃 烧室 温 升 比， 而 导 致燃 烧 室火 焰 筒 冷 增 从
筒金属 薄 壁传 给火 焰筒外 壁 面隔热 涂层 ， 随后 通 过与 二次 气流 对流 传热 和 同燃 烧 室 外 壳 内壁 面辐 射 传 热
～
ｇ Ｅ
ｆ ｌ
、
式 中 ： 为 火焰 筒 内气 体 紊 流混 合 系数 ， Ｃ 一般 取 值
０ ０ ０ １ ； 为气 膜射流离射 流 口距离 ， Ｓ为射 流 ．９— ． １ ｍ；
口缝槽 宽度 ， ｃ ｍ； 为燃气定压 比热容 ，Ｊ （ ｇ Ｋ ； ， ｋ／ ｋ ・ ） ｃ
路 一 。
间冷 循环 燃气 轮 机 燃烧 室 火 焰 筒 由若 干气 膜 冷 却段 组成 ， １两 虚 线之 间为 火 焰 筒一 气 膜 冷 却 段 。 图 火焰 筒 内外壁 面均 有 隔热涂 层 ， 内壁面 隔热涂 层 直接
接 收高温 燃 气 辐 射 传 热 ， 与 冷 却 气 膜 存 在 对 流 传 并
② １＜ ＜２
（ ７ ）
ｓ专ｃ 时 —毗 （ 。 ８ ≤ ， ｏ 警）（ ６ ． ０ （ ）
１ｑ ） 的计算 导热 热流 密度 ｑ 的计 算 可近似 用平 壁传 热 方 程
式， ： 即
ｑ
ｌ
号 时ｈ０７￣） ＿ ９ ，＝０ ０ ） ｉ．Ａ ５ｏ （ ＿ ３ ；ｃ
冷热边 温 差 ， 因筒壁 很 薄 ， 略 了火 焰 筒 轴 向和 周 向 忽
收 稿 日期 ： ０ １ ０ — ８ ２ １ — ３ ２ ；修 回 日期 ： ０ １ ０ － ５ ２ １ － ４ ２
在计算 中假 定
］ ：① 燃烧 室 内流 动为 一维 稳
作 者 简 介 ： 名 家 （９ ７ ） 男 ， 士 研 究 生 ， 程 师 ， 李 １７ 一 ， 博 工 主要 从 事 燃 气 轮 机 燃 烧 和 传 热 研 究 。
Ｗ ａ ｌｔ ｍ ｐｅ ａ ｕ ｅ ｃ ｌ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｎｔ ｒ ｃ ｏ ｉ ｙ ｌ ａ ｕ ｂｉ ｏ ｂｕ ｔ ｒ ｆａ ｅ ｔ ｅ ｌ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｃ ｌ ｔｏ ｆｔ ｅ ｉ ｅ ・ ｏ ｌ ｎｇ ｃ ｃｅ ｇ ｓ ｔ ｒ ｎｅ ｃ ｍ ｓｏ ｍ ｕｂ ｌ
ｃｌｕａ ｏ ｆ ｈ ａ ｅｔｂ ｓａｃｍ ｌ ｈ ｄ ｔｅｉ ｕ ｎｅ ｆ ｌ ｏｌ ｇ ｔ ｒ ｌ ａｒ ｒｃａ ｎ （ Ｂ ａ ｌ ｉｎｏ ｅｆ ｍ ｅｉ ｃｏ ｐｉ ｅ ； ｎ ｅ ｃｓｏ ｍ ｃｏ ｎ ， ｅｍａ ｂ ｒｅ ｏｔ ｇ Ｔ Ｃ） ｃ ｔ ｔ ｌ ｕ ｓ ｈ ｆ ｌ ｉ ｆ ｉ ｈ ｉ ｉ
关 键词 ： 火 焰筒 ； 隔热 涂层 ； 膜冷却 ； 温计 算 气 壁
中图分 类号 ： Ｕ ６ ． ３ ６４ １ １ 文献 标识 码 ： Ａ
文 章编号 ： １７ － ６ ９ ２ １ ） １ ０ ５ － ５ ｄ ｉ１ ． ４ ４ ｊｉ ｎ １７ － ６ ９ ２ １ ． １ ０ ３ ６ ２ ７ ４ （０ ２ ０ － ０ ５ ０ ｏ ：０ ３ ０ ／．ｓ ． ６ ２ ７ ４ ． ０ ２ ０ ． １ ｓ
图 ２ 气 膜冷 却 微 元段
Ｆｇ Ｆ ｌ ｃ ｏｉ ｇ ｉ ｆｎ ｔｓｍａ ｅ ｔ ｒ ｉ．２ ｉｍ ｏ ｌｎ ｎｉ ｉｅ ｉ ｌｓ ｃｏ
态定 常流 ； 燃 烧 室外 壳 外 壁 为 绝 热 壁 ， ② 内壁 壁 温
为二 次气流 温度 ； 忽 略 二 次气 流 在环 形 通道 内流 ③
ｃ ｒａｎ ｉ ｔ ｒｃ ｏｉ ｇ ｙ ｌ ｇ ｓ ｕ ｂ ｎ ｏ ｕｓｏ ｒ ｇｖ ｎ ｅ ｔ ｉ ｎ ｅ － ｏ ｌ ｃ ｃｅ ａ ｔ ｒ ｉ ｅ ｃ ｍｂ ｔ ｒ ａ ｅ ｉｅ ．Ｂｙ ｕｓ ｆ ｔ ｉ ｍｅｈ ｄ， ｈ ｌ ｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈｓ ｔ ｏ ｔ ｅ ｗａｌ ｅ ｅ ａｕ ｅ
㈩
式 中 ： 为燃气 温度 ， Ｔ 为气 膜冷 却气进 口温度 ， Ｋ； ｃ
Ｋ。
通常认 为绝 热 壁 温
ｑ２ ｃｌ
可 近似 等 于 气 膜 冷 却 气
边界 层 内混 合气 体平 均温 度 ， 于是 有 ：
ｆ尼 ｑ
７ ７ ：——— —～
。
ｃ
ｐ
＿ ＿
（） ５
／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ； ／ ／ ／ －
式 中 ： 为火 焰筒 内壁 面隔 热涂 层 与 冷 却 气膜 对 流 ｑ。
传热热 流 密度 ， ｍ ； 为 火焰筒 内壁 面隔热 涂 层 Ｗ／ 。 口。
与高 温燃气 辐射 传热 热 流 密 度 ， ｍ ； 为 火焰 筒 Ｗ／ ｑ
外 壁 面 隔 热 涂 层 与 ２次 气 流 对 流 传 热 热 流 密 度 ，
Ｌ ｉｇｊ ， Ａ Ｇ Ｚ ｅ ｇｗ ｉ ＬＮ Ｆ ｎ ， Ｈ Ｎ ａ—ａ ＩＭ ｎ —ａ Ｙ Ｎ ｈ ｎ —ｅ ， Ｉ ｅ ｇ Ｚ Ａ Ｇ Ｈ ｉ ｎ ｉ ｙ （ ｈ ０ ｅｅ ｒｈＩｓ ｔｔ ｏ ＳＣ，Ｈ ｒｉ １０ ７ ， ｈｎ ） Ｔ ｅ７ ３Ｒ ｓａｃ ｎｔｕｅ ｆ Ｉ ｉ Ｃ ａｂｎ ５ ０ ８ Ｃ ｉａ
ｑ。 ｓ Ｔ 一 Ｔ 。 ＝ｈ（ 。 ） （） ３
一 （０ 。 ｏ 警） － ． ８
式 中： 和
ｄ 为火焰 筒 内直径 ， ｍ。
（ １ １ ）
为 燃 气 和 气 膜 冷 却 气 粘性 系 数 ，
Ｎ ・ ／ 为气 膜 冷 却 气 导 热 系数 ， （ ・Ｋ） ｓ ｍ ；Ａ ｗ／ ｍ ；
・
５ ６・
舰
wk.baidu.com
船
科
学
技
术
第３ ４卷
绝 热 壁温 。 根 据 气 膜 冷 却效 果 来 计 算 。 可
气 膜冷 却效 果定 义为 ：
…
籍 。
图 １ 火焰 筒 气 膜 冷 却 结 构 示 意 图
Ｆｉ．１ Ｆｉ ｃ ｏｉ ｔｕｃｕ ｅ ｖ ｅ ｏ ａ ｕ ｇ ｌ ｍ ｏ ｌｎｇ ｓｒ ｔｒ ｉｗ ｆｆ ｍｅ ｔ ｂｅ ｌ
ａ ｄ ｗａｌｔ ｃ ｎ ｓ ｎ ｔ ｅ ａ ｉ ｌａ ｄ ｒ ｄ ａ ｌ ｔｍｐｅ ａｕ ｅ ｄ ｓｒｂ ｔｏ ｆｔｅ ｆ ｍｅ ｔｂｅ ａ ｅ ａ ａｙ ｅ ｎ ｌ ｈｉｋ ｅ ｓｏ ｈ ｘａ ｎ ａ ｉ ｌｗａｌ ｅ ｒ ｔ ｒ ｉｔｉ ｕ ｉｎ ｏ ｈ ａ ｕ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ． ｌ
为 气膜冷 却 气 定 压 比热 容 ， Ｊ （ ｇ・Ｋ） 为 吹 风 ｋ／ ｋ ； 比， 即气 膜冷却 气 密度流 与燃 气密度 流之 比。
吹风 比 的定 义为 ：
： 。
动 时 的温升 ； 火焰筒 内辐射 为一 维径 向燃气 辐 射 ④
模 型 ； 不 考虑 隔热涂 层 与金属 壁面之 间 的热 阻。 ⑤
式中 ： ， 为气膜 冷却气 与火 焰 筒 内壁 对流 传热 系数 ，
Ｗ／ ｍ Ｋ） 为火 焰筒 绝热 壁温 ， （ ・ ；Ｔ Ｋ。
由 以上 公式 可看 出 ， 当吹 风 比 ＞ １时 ， 气膜 冷
却气对 流传 热 系数 ， 主要 取 决 于 其 流 动 参 数 ； 当吹
了火 焰 筒 壁 温 计 算 ， 进 行 了气 膜 冷 却 、 热 涂 层 及 壁 面厚 度 对火 焰 筒 壁 面 温 度 径 向 和 轴 向 分 布 的 影 响 分 析 。 并 隔
采取 有效 的冷 却 和隔热 措施 。
本 文 在对 有隔 热 涂 层 的 气膜 冷 却 间冷 循 环 燃 烧
度 ， 气膜 冷却 火焰 筒沿 轴 向划分 为若 干个计 算气 膜 将
冷却微 元段 ， 图 ２所示 。 如 １２ 数 学模 型 ．
室火焰 筒 进行 壁温 计算 时 ， 虑 了隔热 涂 层 和火焰 筒 考
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｆ ｍｅ ｔ ｅ；ｔ ｒ ａ ａ ｒｅ ｏ ｔｎ ｄｓ ｌ ａ ｕｂ ｈｅｍ ｌｂ ｒｉｒｃ ａ ｉ ｇ；ｆｌ ｃ ｏ ｉｇ；ｗａ ｌｔ ｍｐ ｒ ｔ ｅ ｃ ｌ ｕ ａｉｎ ｉ ｍ ｏ ｌ ｎ ｌ ｅ ｅ ａｕｒ ａｃ ｌｔｏ
０ 引 言
当前 ， 先进燃 气 轮机 发展 趋势 之一 是通 过开 发新 的 或将 已有 的先 进循 环技 术应 用 于成熟 的原型机 上 ，
Ａ ｂｓｒ ｃ ｔａ ｔ： Ｔ ｄ ｌａ ｄ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ａｃ ｌｔｎ ｈｅｗａｌｔｍｐｅ ａｕ ｅ ｏ ｈ ｈｉ ｌ ｆａ ｅ ｔ ｅ ｏ ｈｅ ｍｏ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆｃ ｌ ｕ ａｉ ｇ ｔ ｌ ｅ ｒ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｔ ｎ ｗａ ｌｌ ｍ ｕｂ ｆａ
传 热
。利 用 热平衡 方程 ， 用 迭 代法 求 解 火焰 筒 运
内外壁 温分 布 。
１ 计算模 型与计算方法
１ １ 物理 模 型 ．
进 而改 进设 计 出性 能 更 宽 广 的燃 气 轮机 。通 过 在燃
气 轮机 压气 机级 间 实 施 冷却 技 术 ， 减少 压 气 机 耗 功 ， 从 而提 高发 动机 的功 率 和热效 率 ， 改善 发动 机总 体性 能水 平 ， 是进 行先 进燃 气 轮机 研制 的一 条切 实可 行之
① － ≤１ Ｍ
Ｗ／ ｑ 为火 焰 筒 外 壁 面 隔 热 涂 层 与 燃 烧 室 外 壳 ｍ ； 内壁 面辐射 传 热 热 流密 度 ， ｍ ； 为 火焰 筒 径 向 Ｗ／ ｑ
导热 热流 密度 ， ｍ 。 Ｗ／
１ ３ 计算 方 法 ．
詈＜时 ００２ ｐ） ８， ．１ －０８ ｇ Ｕ ｇ
第３ ４卷 第 １期
２１ ０ ２年 １月
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学
技
术
Ｖｏ ． ４，Ｎｏ １ １３ ．
ＳＨＩ ＣＩ Ｐ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｔ
Ｊ ｎ ，２ １ ａ ． ０２
问冷 循环 燃气轮机燃烧室火焰筒壁温 计算
李名家 ， 正薇 ， 杨 林 枫 ， 海 燕 张
（ 国船舶 重工 集 团公 司第七 。三研 究所 ， 中 黑龙 江 哈 尔滨 １０ ７ ） ５ ０ ８
把热量 传 出 。 为 了得 到 沿火 焰 筒轴 向不 同位 置 的 内外 壁 面 温
却空 气冷 却潜 力 的下 降 ， 以及燃 烧室 火焰 筒 比容 积热
强度 的增 加 ， 极大增 强 燃气 与火 焰筒 壁 面 的传 热 。为 提高 火焰 筒工 作可 靠性 及其 使用 寿命 ， 须对 火焰 简 必
１ ≤专 ≤３ 时， ０ ５
＝
个
ｗ － １ｗ ｇ ｃ
。
（） ２
Ａｌ
Ａ
Ａ２
６９ １５、 １ ¨ 。 （） ． ×０Ａ １ ３ － ｏ
ｃ
式中：
和
为火焰 筒 内壁 和 外壁温 度 ， ６ ，： Ｋ； 。６ ，
③ － ≥２ Ｍ
６ 为火焰 筒 内 、 壁 隔 热 涂 层 及 火 焰 筒 金 属 壁 面厚 外 度 ， Ａ ， Ａ ｍ； 。Ａ ， 为 火 焰 筒 内 、 壁 隔热 涂 层 及 火 焰 外 简金属 导热 系数 ， （ ・ 。 ｗ／ ｍ Ｋ） ２ ｑ， ） 的计算
如 图 ２所示 ， 气膜 冷却微 元段 热平 衡方 程为 ：
ｑｌ Ｒ ｑ ＋ｑｌ ２＋ｑ２ ｑ 。 ＾ （） １
（） ６
ｐｇ ｕｇ
式中： Ｐ Ｐ 和 为气 膜冷 却 气 和 燃 气 密 度 ，ｇ ｍ ；ｕ ｋ／ 和 ｕ 为 气膜冷 却 气和燃 气速度 ， ／ 。 ｍ ｓ 气膜 冷却 气与 火焰 筒 内壁对 流传 热 系数 可 由 下式计 算 ：
热， 内壁 面隔热 涂层 获得 的热 量通 过径 向导热 经 火焰
燃气 轮 机 间冷 循 环 技 术 会 降 低燃 烧 室入 口空 气 温度 ， 大燃 烧室 温 升 比， 而 导 致燃 烧 室火 焰 筒 冷 增 从
筒金属 薄 壁传 给火 焰筒外 壁 面隔热 涂层 ， 随后 通 过与 二次 气流 对流 传热 和 同燃 烧 室 外 壳 内壁 面辐 射 传 热
～
ｇ Ｅ
ｆ ｌ
、
式 中 ： 为 火焰 筒 内气 体 紊 流混 合 系数 ， Ｃ 一般 取 值
０ ０ ０ １ ； 为气 膜射流离射 流 口距离 ， Ｓ为射 流 ．９— ． １ ｍ；
口缝槽 宽度 ， ｃ ｍ； 为燃气定压 比热容 ，Ｊ （ ｇ Ｋ ； ， ｋ／ ｋ ・ ） ｃ
路 一 。
间冷 循环 燃气 轮 机 燃烧 室 火 焰 筒 由若 干气 膜 冷 却段 组成 ， １两 虚 线之 间为 火 焰 筒一 气 膜 冷 却 段 。 图 火焰 筒 内外壁 面均 有 隔热涂 层 ， 内壁面 隔热涂 层 直接
接 收高温 燃 气 辐 射 传 热 ， 与 冷 却 气 膜 存 在 对 流 传 并
② １＜ ＜２
（ ７ ）
ｓ专ｃ 时 —毗 （ 。 ８ ≤ ， ｏ 警）（ ６ ． ０ （ ）
１ｑ ） 的计算 导热 热流 密度 ｑ 的计 算 可近似 用平 壁传 热 方 程
式， ： 即
ｑ
ｌ
号 时ｈ０７￣） ＿ ９ ，＝０ ０ ） ｉ．Ａ ５ｏ （ ＿ ３ ；ｃ
冷热边 温 差 ， 因筒壁 很 薄 ， 略 了火 焰 筒 轴 向和 周 向 忽
收 稿 日期 ： ０ １ ０ — ８ ２ １ — ３ ２ ；修 回 日期 ： ０ １ ０ － ５ ２ １ － ４ ２
在计算 中假 定
］ ：① 燃烧 室 内流 动为 一维 稳
作 者 简 介 ： 名 家 （９ ７ ） 男 ， 士 研 究 生 ， 程 师 ， 李 １７ 一 ， 博 工 主要 从 事 燃 气 轮 机 燃 烧 和 传 热 研 究 。
Ｗ ａ ｌｔ ｍ ｐｅ ａ ｕ ｅ ｃ ｌ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｎｔ ｒ ｃ ｏ ｉ ｙ ｌ ａ ｕ ｂｉ ｏ ｂｕ ｔ ｒ ｆａ ｅ ｔ ｅ ｌ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｃ ｌ ｔｏ ｆｔ ｅ ｉ ｅ ・ ｏ ｌ ｎｇ ｃ ｃｅ ｇ ｓ ｔ ｒ ｎｅ ｃ ｍ ｓｏ ｍ ｕｂ ｌ
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关 键词 ： 火 焰筒 ； 隔热 涂层 ； 膜冷却 ； 温计 算 气 壁
中图分 类号 ： Ｕ ６ ． ３ ６４ １ １ 文献 标识 码 ： Ａ
文 章编号 ： １７ － ６ ９ ２ １ ） １ ０ ５ － ５ ｄ ｉ１ ． ４ ４ ｊｉ ｎ １７ － ６ ９ ２ １ ． １ ０ ３ ６ ２ ７ ４ （０ ２ ０ － ０ ５ ０ ｏ ：０ ３ ０ ／．ｓ ． ６ ２ ７ ４ ． ０ ２ ０ ． １ ｓ
图 ２ 气 膜冷 却 微 元段
Ｆｇ Ｆ ｌ ｃ ｏｉ ｇ ｉ ｆｎ ｔｓｍａ ｅ ｔ ｒ ｉ．２ ｉｍ ｏ ｌｎ ｎｉ ｉｅ ｉ ｌｓ ｃｏ
态定 常流 ； 燃 烧 室外 壳 外 壁 为 绝 热 壁 ， ② 内壁 壁 温
为二 次气流 温度 ； 忽 略 二 次气 流 在环 形 通道 内流 ③
ｃ ｒａｎ ｉ ｔ ｒｃ ｏｉ ｇ ｙ ｌ ｇ ｓ ｕ ｂ ｎ ｏ ｕｓｏ ｒ ｇｖ ｎ ｅ ｔ ｉ ｎ ｅ － ｏ ｌ ｃ ｃｅ ａ ｔ ｒ ｉ ｅ ｃ ｍｂ ｔ ｒ ａ ｅ ｉｅ ．Ｂｙ ｕｓ ｆ ｔ ｉ ｍｅｈ ｄ， ｈ ｌ ｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈｓ ｔ ｏ ｔ ｅ ｗａｌ ｅ ｅ ａｕ ｅ
㈩
式 中 ： 为燃气 温度 ， Ｔ 为气 膜冷 却气进 口温度 ， Ｋ； ｃ
Ｋ。
通常认 为绝 热 壁 温
ｑ２ ｃｌ
可 近似 等 于 气 膜 冷 却 气
边界 层 内混 合气 体平 均温 度 ， 于是 有 ：
ｆ尼 ｑ
７ ７ ：——— —～
。
ｃ
ｐ
＿ ＿
（） ５
／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ； ／ ／ ／ －
式 中 ： 为火 焰筒 内壁 面隔 热涂 层 与 冷 却 气膜 对 流 ｑ。
传热热 流 密度 ， ｍ ； 为 火焰筒 内壁 面隔热 涂 层 Ｗ／ 。 口。
与高 温燃气 辐射 传热 热 流 密 度 ， ｍ ； 为 火焰 筒 Ｗ／ ｑ
外 壁 面 隔 热 涂 层 与 ２次 气 流 对 流 传 热 热 流 密 度 ，
Ｌ ｉｇｊ ， Ａ Ｇ Ｚ ｅ ｇｗ ｉ ＬＮ Ｆ ｎ ， Ｈ Ｎ ａ—ａ ＩＭ ｎ —ａ Ｙ Ｎ ｈ ｎ —ｅ ， Ｉ ｅ ｇ Ｚ Ａ Ｇ Ｈ ｉ ｎ ｉ ｙ （ ｈ ０ ｅｅ ｒｈＩｓ ｔｔ ｏ ＳＣ，Ｈ ｒｉ １０ ７ ， ｈｎ ） Ｔ ｅ７ ３Ｒ ｓａｃ ｎｔｕｅ ｆ Ｉ ｉ Ｃ ａｂｎ ５ ０ ８ Ｃ ｉａ
ｑ。 ｓ Ｔ 一 Ｔ 。 ＝ｈ（ 。 ） （） ３
一 （０ 。 ｏ 警） － ． ８
式 中： 和
ｄ 为火焰 筒 内直径 ， ｍ。
（ １ １ ）
为 燃 气 和 气 膜 冷 却 气 粘性 系 数 ，
Ｎ ・ ／ 为气 膜 冷 却 气 导 热 系数 ， （ ・Ｋ） ｓ ｍ ；Ａ ｗ／ ｍ ；
・
５ ６・
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科
学
技
术
第３ ４卷
绝 热 壁温 。 根 据 气 膜 冷 却效 果 来 计 算 。 可
气 膜冷 却效 果定 义为 ：
…
籍 。
图 １ 火焰 筒 气 膜 冷 却 结 构 示 意 图
Ｆｉ．１ Ｆｉ ｃ ｏｉ ｔｕｃｕ ｅ ｖ ｅ ｏ ａ ｕ ｇ ｌ ｍ ｏ ｌｎｇ ｓｒ ｔｒ ｉｗ ｆｆ ｍｅ ｔ ｂｅ ｌ
ａ ｄ ｗａｌｔ ｃ ｎ ｓ ｎ ｔ ｅ ａ ｉ ｌａ ｄ ｒ ｄ ａ ｌ ｔｍｐｅ ａｕ ｅ ｄ ｓｒｂ ｔｏ ｆｔｅ ｆ ｍｅ ｔｂｅ ａ ｅ ａ ａｙ ｅ ｎ ｌ ｈｉｋ ｅ ｓｏ ｈ ｘａ ｎ ａ ｉ ｌｗａｌ ｅ ｒ ｔ ｒ ｉｔｉ ｕ ｉｎ ｏ ｈ ａ ｕ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ． ｌ
为 气膜冷 却 气 定 压 比热 容 ， Ｊ （ ｇ・Ｋ） 为 吹 风 ｋ／ ｋ ； 比， 即气 膜冷却 气 密度流 与燃 气密度 流之 比。
吹风 比 的定 义为 ：
： 。
动 时 的温升 ； 火焰筒 内辐射 为一 维径 向燃气 辐 射 ④
模 型 ； 不 考虑 隔热涂 层 与金属 壁面之 间 的热 阻。 ⑤
式中 ： ， 为气膜 冷却气 与火 焰 筒 内壁 对流 传热 系数 ，
Ｗ／ ｍ Ｋ） 为火 焰筒 绝热 壁温 ， （ ・ ；Ｔ Ｋ。
由 以上 公式 可看 出 ， 当吹 风 比 ＞ １时 ， 气膜 冷
却气对 流传 热 系数 ， 主要 取 决 于 其 流 动 参 数 ； 当吹