检索结果-南通市图书馆

作者：魏少杰国防科学技术大学

学位级别：硕士

在超燃冲压发动机膨胀循环方案中,利用再生冷却流道出口高温高压的超临界/裂解态碳氢燃料(煤油)驱动涡轮做功、带动离心泵实现燃料增压,涡轮出口碳氢燃料再导入燃烧室组织燃烧。这种方案综合了系统循环技术、热防护技术、燃烧组织技术,... 详细信息

在超燃冲压发动机膨胀循环方案中,利用再生冷却流道出口高温高压的超临界/裂解态碳氢燃料(煤油)驱动涡轮做功、带动离心泵实现燃料增压,涡轮出口碳氢燃料再导入燃烧室组织燃烧。这种方案综合了系统循环技术、热防护技术、燃烧组织技术,可有效解决发动机燃烧室性能、热防护、燃料增压等问题,具有结构简单、体积小、质量轻、能量利用率高的优势。在膨胀循环超燃冲压发动机系统中,超临界/裂解态煤油涡轮泵的做功能力和效率是制约发动机系统性能的关键因素。针对膨胀循环超燃冲压发动机系统工作特点,本文开展了超临界/裂解态碳氢燃料涡轮泵的设计与性能优化研究。论文首先建立了膨胀循环超燃冲压发动机系统中涡轮泵总体设计方法,完成了涡轮泵方案设计。根据涡轮和离心泵的工作环境和适用性,建立了超临界/裂解态碳氢燃料涡轮和离心泵数学模型和各参数的数值求解方法。开展了离心泵叶片进出口角与转速相关性研究,并完成了两种转速(25000/rpm和100000rpm/min)下的涡轮泵详细方案设计。其次,针对上述两种涡轮泵设计方案,开展了涡轮泵数值仿真研究。建立了基于多区网格策略和3D RANS的涡轮、离心泵流场数值仿真方法。通过数值仿真,获得了离心泵的进出口总压升、叶轮扭矩以及涡轮的质量流量和叶轮扭矩,从而计算得到涡轮泵效率和轴功率等性能参数。结果表明,涡轮泵设计方案能够满足设计要求。最后,通过集成涡轮泵构型参数设计、网格自动生成、流场仿真自动化、试验设计(DOE)等方法,开展了超临界/裂解态碳氢燃料涡轮泵构型优化、参数敏感性、涡轮泵工作匹配性多目标优化研究。结果表明,离心泵设计转速与叶片的进口角、出口角正相关;叶轮出口直径对离心泵效率和扬程影响最大,随着叶轮出口直径增大,泵扬程增大但效率降低。涡轮喷嘴出口宽度、叶轮平均直径对涡轮性能影响较大。本文研究成果为进一步深入研究膨胀循环超燃冲压发动机系统的工作特性奠定了良好的基础。

关键词：超燃冲压发动机膨胀循环再生冷却涡轮泵超临界/裂解态煤油

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煤油加热器螺旋管内煤油传热特性分析

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推进技术 2014年第3期35卷 372-377页

作者：张建强钟战丁猛李清廉国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073

针对燃气加热方式的煤油加热器,为预测其工作性能参数发展了一维传热分析程序,试验验证最大误差为9.7%,结果较为准确。利用该程序研究了煤油加热器流动传热规律及多个因素对其工作特性的影响规律。研究结果表明,典型工况下,煤油从入口... 详细信息

针对燃气加热方式的煤油加热器,为预测其工作性能参数发展了一维传热分析程序,试验验证最大误差为9.7%,结果较为准确。利用该程序研究了煤油加热器流动传热规律及多个因素对其工作特性的影响规律。研究结果表明,典型工况下,煤油从入口到出口温度升高,雷诺数由5.94×104升高至2.39×106,普朗特数由11.2降低至1.4,存在数量级变化,说明对流换热情况复杂;煤油速度逐渐增大,高温区停留时间短,仅为0.28s,结焦影响小;燃气温度、煤油流量和燃气流量是影响其加热能力的主要因素,其作用大小依次降低,而煤油压力和燃气压力对传热过程影响很小。该方法可以有效预测煤油加热器的工作能力。

关键词：煤油加热器超临界/裂解态煤油传热计算

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低压比煤油涡轮数值计算与优化设计

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推进技术 2018年第1期39卷 59-67页

作者：金烜沈赤兵吴先宇田正雨国防科学技术大学航天科学与工程学院湖南长沙410073 国防科学技术大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073

小流量煤油涡轮泵可用于膨胀循环超燃冲压发动机燃料供应系统,针对特定工况提出了超临界/裂解态煤油基低压比涡轮的数值计算方法和优化设计策略。根据液体火箭发动机中典型的涡轮设计方法获得了低压比煤油涡轮的设计方案,采用湍流模拟... 详细信息

小流量煤油涡轮泵可用于膨胀循环超燃冲压发动机燃料供应系统,针对特定工况提出了超临界/裂解态煤油基低压比涡轮的数值计算方法和优化设计策略。根据液体火箭发动机中典型的涡轮设计方法获得了低压比煤油涡轮的设计方案,采用湍流模拟方法结合煤油的多组分代理模型对25kr/min转速下的涡轮内部超临界态流动进行数值计算,发现设计方案的轴功率超过所需轴功率的120%,不利于涡轮泵系统在设计点工况下的稳定运转。取涡轮轴功率大于所需轴功率为约束条件,选择涡轮结构尺寸为设计变量,以两个目标量(优化方案的轴功率和效率相对于设计方案的变化率)的加权函数值最大为目标,基于响应面模型和多岛遗传算法开展渐进优化,优化过程中采用i SIGHT平台集成了3维参数化建模和流场仿真等C++程序和软件以实现数值计算自动化。利用试验设计方法建立样本数据库,并进行了涡轮轴功率和效率关于设计变量的灵敏度分析,发现二者成合作关系;所得涡轮优化方案的两个目标量分别下降16.5%和2.9%,以较低的效率损失为代价实现了轴功率的良好配合。

关键词：膨胀循环超燃冲压发动机涡轮超临界/裂解态煤油数值计算优化设计

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膨胀循环超燃冲压发动机系统工作特性研究

膨胀循环超燃冲压发动机系统工作特性研究

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作者：金烜国防科学技术大学

学位级别：硕士

超燃冲压发动机作为高超声速飞行器理想的推进装置,其系统的设计与集成至关重要。本文采用超临界/裂解态煤油驱动涡轮泵和乙烯辅助起动方案,结合数值仿真、理论分析等手段,对膨胀循环超燃冲压发动机系统的工作特性展开研究。设计了膨胀... 详细信息

超燃冲压发动机作为高超声速飞行器理想的推进装置,其系统的设计与集成至关重要。本文采用超临界/裂解态煤油驱动涡轮泵和乙烯辅助起动方案,结合数值仿真、理论分析等手段,对膨胀循环超燃冲压发动机系统的工作特性展开研究。设计了膨胀循环超燃冲压发动机系统的总体方案。基于长时间工作的煤油再生冷却超燃冲压发动机的功能需求,选择了泵压式膨胀循环系统,集成了采用煤油作为介质的叶片式离心泵和冲击式涡轮的详细设计方法,建立了所需的燃烧室数学模型。研究了煤油冷却通道的传热特性。建立了模拟煤油的PPD替代模型在超临界压力下的流动传热过程的数值计算方法,并简要分析了对流传热机理和流/固/热耦合机理,验证了Stiegemeier公式在煤油传热中的适用性。分析发现:超临界压力下煤油的流动换热可认为是单相强制对流换热,相同主流温度下流速越大传热系数越高;煤油加热至拟临界温度后,相同主流温度下压力越高传热系数越大;由于附壁面处发生裂解反应,相同主流温度下热流密度越大传热系数越低。基于iSIGHT平台分别提出了涡轮和泵自动化CFD仿真流程,建立了煤油涡轮和离心泵的详细设计方案,按照涡轮泵内部流场的特点对涡轮泵进行分区网格划分,设计并验证了定常/非定常工况下的数值计算方法。在前两部分的基础上开展了煤油涡轮泵工作特性和系统起动过程瞬态特性的研究,分析发现:离心泵出口压力对扬程的影响可忽略不计;在流量范围内,变速调节时输入轴功率单调递增而效率基本不变,节流调节时输入轴功率和效率均单调递增;考虑到研究的涡轮泵在节流调节时扬程几乎不变的特点,综合调节法更适合于变压调节,而分流调节则适合于输入轴功率随流量单调变化的煤油离心泵进行恒压调节。根据煤油涡轮效率与速比的关系曲线,发现涡轮效率总体偏低,设计方案有待改进;25000rpm转速下当流量大于1kg/s时涡轮可满足泵的功率需求;压比调节时涡轮压比p/p和绝热功L与输出功率正相关,而速比u/c和效率η则与输出功率负相关。乙烯辅助起动过程中,煤油泵的内流场与外特性的变化十分迅速;乙烯涡轮存在超声速使用的问题,内部流场几乎不随时间变化;起动过程中乙烯涡轮提供的轴功率足够满足煤油离心泵的需求。本文在膨胀循环超燃冲压发动机系统工作特性方面取得的研究成果,为后面进一步的工作特性研究奠定了良好的基础。

关键词：超燃冲压发动机膨胀循环超临界/裂解态煤油再生冷却涡轮泵工作特性

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