如何有效提高热效率是燃气轮机领域亟待解决的问题。卡诺定理表明,提高热效率最根本的措施是提高热力循环的总吸热量,这意味着增大热力循环中的最高温度,即燃气温度。燃气温度的提升受到涡轮叶片耐温极限的限制。温度是大量分子热运动平均平动动能的度量,如果将工质内部的分子平动动能转换为其他形式的能量,则可以在现有温度限制下提高燃气轮机系统的总吸热量,从而提高热效率。本文选择了将工质热能转换为宏观旋转动能这一可能的路径。本文以CFD仿真为研究手段,完成了旋转进气管道加热的流场计算。首先,计算了环形燃烧室中预混旋流甲烷/空气在冷态和燃烧态下的流场,分析了流场的旋流特性,并在此基础上验证了旋转储能机制的存在性及其存在的物理原因。速度场的计算结果显示:热态气体的旋转速度明显高于冷态气体;随着当量比的增大,加热量增加,旋转速度的提升比例也越高。因此,加热可以提高旋流气体的旋转速度,增大的旋转动能来自于气体的热能;即旋流气体的热能可以转换为自身的旋转动能。这一结果证明了旋转储能机制的存在性。气体压力和密度的计算结果显示:热态气体的压力和密度的径向梯度明显低于冷态气体。这一现象表明旋流气体被加热后,原本由于离心力作用靠近外壁面分布的气体分子产生了与离心力相抵触的作用,向着中心轴线运动。旋流气体的平均旋转半径变小,而气体分子总的角动量守恒,所以旋转速度增大。这一结果解释了旋转储能机制存在的物理原因。其次,计算了收敛型变截面环形燃烧室中预混旋流甲烷/空气在冷态和燃烧态下的流场,分析了流场的旋流特性和储能特性。研究发现,变截面燃烧室中加热效应对旋转速度的提升比例远高于等截面燃烧室。因此,采用变截面燃烧室可将更多的能量以旋转动能的形式储存。此外,提高轴向速度、降低旋流强度可以有效提高气体的旋转动能。