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推进技术 2013年第12期34卷 1708-1712页

作者：张铎鲍文秦江黎林林哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150006 北京动力机械研究所北京100074

为了研究油气涡轮泵燃油供给系统中,碳氢燃料裂解油气的做功能力,以正癸烷为替代燃料,基于其裂解后的实验组分分析,发展了基于Soave-Redlich-Kwong(SRK)状态方程的真实气体裂解混合物的等熵焓降计算方法,并对油气涡轮的做功能力进行了... 详细信息

为了研究油气涡轮泵燃油供给系统中,碳氢燃料裂解油气的做功能力,以正癸烷为替代燃料,基于其裂解后的实验组分分析,发展了基于Soave-Redlich-Kwong(SRK)状态方程的真实气体裂解混合物的等熵焓降计算方法,并对油气涡轮的做功能力进行了分析和评估。研究表明,当膨胀起始温度为950K,膨胀起始压力超过3MPa,膨胀比为2时,裂解混合物的等熵焓降可达110kJ/kg,具备较强的做功能力。

关键词：超燃冲压发动机碳氢燃料油气涡轮等熵焓降

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局部进气裂解油气向心涡轮气动性能分析

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推进技术 2024年第4期45卷 82-90页

作者：王永杰徐国强于喜奎董苯思北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 沈阳飞机设计研究所辽宁沈阳110035

为解决低进气量条件下油气涡轮功率与效率提升困难的问题,本文结合裂解油气物性特点,针对性地提出了局部进气裂解油气向心涡轮设计方案。通过数值仿真详细分析了向心式油气涡轮在设计工况下的内部流动特征,并总结了非设计工况下轮周效... 详细信息

为解决低进气量条件下油气涡轮功率与效率提升困难的问题,本文结合裂解油气物性特点,针对性地提出了局部进气裂解油气向心涡轮设计方案。通过数值仿真详细分析了向心式油气涡轮在设计工况下的内部流动特征,并总结了非设计工况下轮周效率随压比、转速以及正癸烷裂解度的变化规律与影响机制。仿真结果表明,本文所设计油气涡轮在0.5 kg/s进气量条件下可实现38.8 kW功率输出,轮周效率为68%,能够满足油气涡轮气动设计需求。根据结果分析可知,随着压比的增大,轮周效率呈现出先增大后减小的趋势:低压比条件下轮周效率增大主要与转子入口攻角损失有关;高压比条件下轮周效率降低则主要是由于激波损失及其引发的附面层分离损失不断增大导致的。研究表明,轮周效率随转速、裂解度发生变化时与转子入口攻角有直接关系,其中,油气工质裂解度每提高20%,涡轮轮周效率可提高13%左右。

关键词：局部进气油气涡轮向心涡轮涡轮发电数值模拟

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局部进气裂解油气向心涡轮气动设计与轴向力分析

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航空动力学报 2024年第3期39卷 127-138页

作者：王永杰徐国强于喜奎董苯思北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中国航空工业集团有限公司沈阳飞机设计研究所沈阳110035

从涡轮结构形式的角度探究了油气涡轮轴向力平衡问题。建立了半开式、开式与闭式3种局部进气裂解油气向心涡轮,通过数值仿真对比分析了设计工况下3种油气涡轮的气动性能与轴向力,并归纳总结了非设计工况下总轴向力随压比的变化规律。仿... 详细信息

从涡轮结构形式的角度探究了油气涡轮轴向力平衡问题。建立了半开式、开式与闭式3种局部进气裂解油气向心涡轮,通过数值仿真对比分析了设计工况下3种油气涡轮的气动性能与轴向力,并归纳总结了非设计工况下总轴向力随压比的变化规律。仿真结果表明:半开式、开式与闭式油气涡轮的总体气动性能相近但轴向力表现有明显的差别。当涡轮压比发生变化时,开式油气涡轮轴向力稳定性最好,半开式油气涡轮轴向力稳定性最差,闭式油气涡轮轴向力始终是3种油气涡轮中最小的。由结果分析可知,当涡轮压比低于3时,应避免选用半开式油气涡轮,而涡轮压比变化较大时,则宜采用开式油气涡轮,此外,在采用闭式油气涡轮时需要轴承预留足够的轴向载荷裕度。

关键词：局部进气油气涡轮向心涡轮轴向力涡轮发电

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有限冷源S-CO2闭式布雷顿循环性能分析与功率提升研究

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作者：李恒哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

针对未来高超声速飞行器对机载电力供给能力的巨大需求问题,本文开展了基于超燃冲压发动机燃烧室壁面散热为能量来源的超临界二氧化碳(S-CO)闭式布雷顿循环(CBC)发电系统。其中S-CO布雷顿循环在临界点附近具备物性突变等特性且成本低的... 详细信息

针对未来高超声速飞行器对机载电力供给能力的巨大需求问题,本文开展了基于超燃冲压发动机燃烧室壁面散热为能量来源的超临界二氧化碳(S-CO)闭式布雷顿循环(CBC)发电系统。其中S-CO布雷顿循环在临界点附近具备物性突变等特性且成本低的特点,被视作未来热电循环发电系统的主要研究方向。基于燃料作为高超声速飞行器唯一冷源的前提下,对简单回热式S-CO闭式布雷顿循环发电系统性能及其压气机部件特性开展相关研究。基于现有研究表明,有限冷源下S-CO压气机入口温度远高于一般的S-CO闭式布雷顿循环,这将对压气机性能及闭式布雷顿循环系统产生较大影响,需进一步对压气机高入口温度特性进行明确具体影响范围,开展了S-CO压气机一维气动设计和三维数值仿真分析研究,详细介绍了S-CO压气机的一维气动设计过程和三维数值模拟计算,针对数值计算结果对压气机流场特性和温度对压气机等熵效率的影响进行深入研究,结果表明本文设计的压气机在设计工况下具有较好的气动性能,并定性及定量揭示了高入口温度升高引起压气机等熵效率下降的影响,在接近工质临界点时下降更为明显,这对未来机载热电转换发电系统的性能的影响具有较大的参考价值。由于压气机需要运行工况范围较宽,需要对非设计工况下压气机气动性能和三维流场特性进行研究,研究了压气机非工况点下转速在80%、120%的一维设计特性曲和三维数值流场特性,结果表明压气机在小流量工况下,压气机出口处存在小范围的分离涡,使得该区域存在明显的熵增;喘振工况下由于工质流速较高,在叶轮叶片前缘处出现冷凝区域,该区域范围较小,未能扩展到整个通道,对主流的影响较小。根据对叶轮轮毂和叶片的三维流场特性分析,得出非设计工况下压气机仍具有较好的气动性能,但为了保证获得较好的气动性能要求应使压气机设计工况范围内运行。完成了有限冷源条件下S-CO简单回热布雷顿循环发电系统的性能分析,引入压气机等熵效率随入口温度变化规律,对模型进行修正和优化对比,并对比了地面级同参数下的闭式布雷顿循环系统性能,获得更为实际的有限冷源下S-CO闭式循环发电系统的性能。同时获得了系统冷源侧温差对循环系统发电功率和热效率的影响规律,随着系统冷源侧温差增大,循环系统发电功率存在极值点。针对有限冷源下闭式布雷顿循环功率不足的问题,进一步提出闭式布雷顿循环与油气涡轮联合发电系统方案,提高了能量利用率和电能供给,该联合发电系统基于燃油作为冷源冷却循环,经燃烧室冷却通道吸热后的燃油工质作为闭式布雷顿循环系统的热源,建模仿真结果表明单位质量燃料对应的发电功率得到了大幅提升,研究表明在单位燃油质量流量下油气涡轮入口温度为1000 K和膨胀比10,布雷顿循环最高压力为25 MPa时,组合系统的发电功率可达322.1 kW。

关键词：超临界二氧化碳有限冷源布雷顿循环油气涡轮压气机设计

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