双转子涡喷发动机气动性能优化控制研究

航空发动机的控制规律作用巨大,它决定了发动机能否获得设定的稳态工作下性能指标,同时保证工作过程中的压气机和涡轮的气动稳定性。双转子涡喷发动机气动性能优化控制的目的就是有效地挖掘发动机的使用潜力。研究方法采用部件特性法对发动机进行稳态建模,并针对某双转子涡喷发动机的稳态模型进行三种不同稳态控制规律下的仿真,得到发动机性能参数的不同变化趋势,并对其进行了详细的分析。结果表明：保持低压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的增加,高压转子转速上升,涡轮前温度升高,发动机推力增加;保持涡轮前温度不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,低压压气机气动负荷变重,低压转子转速降低;高压转子转速也下降,但是下降幅度很小;燃油流量增加;保持高压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,燃油流量有一定的增加,低压转子转速有所降低;推力受多重因素的影响,推力值变化趋势较为复杂。     

低温空气制冷速冻系统性能的实验研究

对使用空气动压轴承的升压式空气制冷速冻系统进行了实验研究,分析了压气机进口压力、散热器冷边风量及回热器对系统性能的影响。实验结果表明:增大压气机进口压力和散热器冷边空气流量均可降低涡轮出口温度,提高系统制冷量;系统COP随着压气机进口压力的升高而增大,但是增大幅度逐渐减少;系统增加回热器后,涡轮出口温度最多可降低约67%,系统制冷量和COP最多约可增加45.5%,其中涡轮出口温度最低约可降至-50℃,系统COP最大可达0.7左右。     

基于径向基神经网络的航空发动机气路故障诊断

基于径向基神经网络对民用高涵道比航空发动机风扇、增压级、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮5大气路部件的效率降低故障进行诊断。采用Gasturb进行故障训练样本和测试样本库的生成,诊断结果显示,采用径向基神经网络进行航空发动机气路故障诊断的计算时间短、精度较高,不仅能定性的定位故障部位,而且在大多数情况下可以定量的给出该部件的性能衰退程度。某些情况下诊断结果与测试样本不尽一致,但都是方程的合理解,这是因为航空发动机的数学模型是一个多解的复杂方程,一个总性能的衰减对应着多组部件性能衰退的组合。随噪声幅值加大,诊断精度变差,同时研究发现诊断精度受噪声影响的敏感系数在不同的噪声幅值水平下是不同的。     

低温空气制冷系统性能数值模拟

采用集总参数法建立升压式低温空气制冷系统的数学模型,并用EES软件编制计算机程序,对系统性能进行模拟,分析压气机进口压力和回热器对系统性能和除湿效果的影响。结果表明:在系统中增加一级回热器可大幅提高系统的制冷量和COP,COP最多可提高约44%;而在系统中增加二级回热器可大幅提高系统的除湿效率,最大除湿效率约为47.6%,但对提高系统制冷量和COP效果不大;压气机进口压力的升高可大幅提高系统的制冷量和COP,而制冷温度的升高会导致涡轮进口空气的含湿量增加。     

进口压力对涡轮阻尼器性能影响计算分析和实验研究

为了研究进口压力对涡轮阻尼器性能的影响,采用CFD数值计算和实验验证的方法,分析了不同进口压力对转子阻尼系数及内流场的影响,结果表明:空化是涡轮阻尼器阻尼系数的重要影响因素,进口压力是涡轮阻尼器腔内是否产生空化的关键因素.在特定运行转速下,当进口压力值低于某一临界空化压力时,涡轮阻尼器腔内会产生空化,且随着进口压力的增大,空化程度逐渐减弱,阻尼系数逐步增大;当进口压力大于某一临界空化压力时,腔内不会产生空化,阻尼系数达到最大值并保持不变。     

涡轮叶片冷却新方法

现代先进航空发动机涡轮叶片一般采用冲击 对流 气膜复合冷却方法,叶片构造愈来愈复杂,冷气量也愈用愈大。为了进一步提高涡轮进口温度,应该寻求新的冷却途径。本文建议采用强化叶片的内冷过程和利用添加剂减弱燃气向叶片放热两措施来改善冷却。下面分别叙述这些措施的依据和对斯贝MK202发动机一级导叶的温度计算。     

进口热斑径向作用位置对无导叶对转涡轮低压级温度场的影响

为了探究无导叶对转涡轮进口热斑径向作用位置的变化对其低压级温度场的影响,运用CFD方法对某无导叶对转涡轮模型级的流场进行了三维非定常多叶片排的数值模拟.结果表明,进入低压动叶中的热斑流体的迁移特性主要由通道二次流控制;进口热斑径向作用位置的变化将直接影响到低压动叶中的通道二次流结构,转子通道中的二次流与涡轮进口热斑直接相关;进口热斑径向作用位置的变化将对低压动叶吸力面上的附加高温区的强度产生显著影响.     

进口温度不均匀对气冷涡轮叶片传热的影响

本文对带有复合冷却结构的航空燃机高压涡轮导向叶片进行了气热耦合数值模拟研究,分析了温度径向分布不均匀和存在"热斑"涡轮进口条件下对气冷涡轮叶片传热的影响,研究发现进口温度径向不均匀分布在涡轮叶片径向中上部形成相对集中的带状高温区域,并使下游气膜冷却效果降低,热斑的存在进一步加剧对叶片局部区域的热冲击,复合冷却结构能够比较有效地降低由于进口温度不均匀所形成叶片表面局部高热区域的热负荷。     

盖板式预旋系统温降特性的实验研究

预旋供气系统是为发动机涡轮转子叶片提供合适压力、温度和流量冷却气流的部件系统,因其具有显著降低冷气相对总温的巨大潜力而受到关注。本文在系统压比1.10～1.50、涡轮盘转速3000～9720 r/min参数范围内,通过在转盘上测量气流相对总温来获得预旋系统的温降特性,并通过一系列温度校准实验来确保转盘气流温度测量的准确性。分析了转速,压比和喷嘴出口旋转比对系统温降特性的影响。研究结果表明:随着转速的升高,预旋系统温降先小幅增大,之后迅速减小,最大可达7.6 K;随着压比的增大,系统温降增大;系统无量纲温降随喷嘴出口旋转比近似呈线性变化。     

B_1型机低压压气机畸变试验与分析

本文为B_1型机低压压气机进口流场畸变试验的阶段小结. 试验中,在不同进口流场畸变度下,录取了两种具有不同展弦比叶片的压气机的等转速特性线和喘振边界,并测定了各自的抗畸变的临界扰流角及对气流畸变的衰减能力.文中对试验结果进行了探讨和分析.由试验结果表明,不同展弦比叶片的压气机对进口流场畸变的响应特性是不相同的.与大展弦比的比较,小展弦比叶片的压气机有较好的抗畸变能力,具有较大的防喘裕度,能提高发动机的泼辣性,更能适应和满足飞机的机动飞行.     

供水温度对CO2空气源热泵系统性能的影响

为探究热泵供水温度对CO2空气源热泵系统性能的影响,保持室外环境温度15.5℃不变,调节热泵供水温度,测试冷却水流量、气冷器出水温度、压缩机排气温度、气冷器CO2进出口温差、压缩机排气压力、压缩机耗功量、系统制热量、气冷器热交换完善度、系统COP的变化情况。结果表明:供水温度由45℃升至85℃,气冷器出水温度、压缩机排气温度、气冷器CO2进出口温差、压缩机排气压力随之增加,冷却水流量随之减小。系统制热量增加了7.3%、气冷器热交换完善度下降了20.0%、系统COP下降了35%、压缩机功耗增加了65.1%。     

轮背空腔-密封气对CAES向心涡轮变工况流动损失的影响

本文以国内首套MW级压缩空气储能(CAES)系统末级向心涡轮为研究对象,通过数值模拟分析了变工况条件下轮背空腔-密封气对等熵效率和流场结构的影响.结果表明:在求解中考虑轮背空腔-密封气结构能够使等熵效率数值解的偏差减小0.7%;随涡轮进口压力增加,轮背空腔泄漏流由叶片吸力面中部叶高区域逐渐向轮毂转移,流动损失先增加后减小;合理降低轮背空腔泄漏气体的轴向速度,能够减弱轮背空腔-密封气结构对等熵效率的负面影响,使向心涡轮在较宽的变工况范围内都保持高效运行.     

理想气体中的内势能

本文证明在无壁空间或无束缚力约束空间中,压力是气体以物态存在的束缚力.证明了热力学压力不仅是动量交换的统计平均值的量度,而且也是分子或原子空间位置分布(密度)的表征.理想气体在有限空间中的统计构形空间,具有逸散势-pV.这种系统构形空间内的各能级粒子具有相应的动量空间分布,其统计构形空间具有无序势TS.热力学平衡态具有处处相等p、T和总势能TS-pV.理想气体的二种势能具有对称性,总势能等于零;但其相应的无序势和逸散势都不等于零.     

超临界CO2布雷登循环热电联供系统多目标优化

本文研究了以超临界CO₂布雷登循环为原动机的热电联供系统,对系统主要运行参数进行了分析,得到运行参数对于系统热力学性能和经济性能的影响规律。同时,以一次能源利用率和单位输出成本作为目标函数,采用多目标遗传算法对系统进行了优化;在优化结果的基础上,通过TOPSIS法决策出最优解,并与单目标最优解进行对比。结果表明,透平进口温度、透平进口压力和压缩机进口温度的增大有利于系统效率的提高;作为代价,成本也相应增加。在热电比0~4范围内,尽可能增大热电比能够最大程度上降低系统的单位输出成本,提高能源的利用率。     

6110柴油机进气过程流动的多维瞬态数值模拟研究

柴油机进气过程中气体流动是强瞬变的非定常三维湍流运动,直接影响到充气效率、缸内气流状态及进气道和缸内壁面换热,因而也影响到燃油雾化、燃烧及有害废气生成等,对柴油机的动力性、经济性起着重要作用。因此,本文利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机进气过程的气体流动进行多维瞬态数值模拟研究,通过计算可以得到不同时刻进气道和缸内流场分布,为柴油机进气系统的优化设计提供重要的理论依据。     

进气畸变对压气机稳定性的影响

在低速大尺寸单级压气机实验器上,实验研究了动态进气畸变对压气机稳定边界的影响。并采取在静子叶片表面埋入微型压力传感器的方法,分析了压气机流场的动态压力特性。实验结果表明,动态总压畸变的旋转频率和旋转方向对压气机稳定性有很大的影响,当畸变相对转速n在0~+0．5之间时,压气机失速推迟;分析动态压力的频谱特性后知道,在压气机失速前一般存在与失速相关的压力扰动,动态总压畸变影响这种压力扰动,从而影响压气机的不稳定流动状态。     

燃烧室出口辐射对气膜冷却传热影响研究

燃气轮机高温透平中包含对流/导热/辐射等复杂传热现象。本文依托高温流热固耦合实验台,提出燃烧室与透平联合计算的方法,采用数值模拟和实验对比的方式分析了平板气膜冷却的对流/导热/辐射传热特性。同时研究了不同燃气吸收系数以及不同进口辐射条件对于平板气膜冷却的表面温度分布的影响。结果表明:辐射传热是燃气轮机首级高温叶片传热特性的重要影响因素,辐射传热使得实验平板温度抬升50～70 K,燃烧室/透平联合计算方法有效地分析了燃烧室出口辐射强度对高温平板气膜冷却辐射传热的影响;高温燃气辐射特性对于平板温度分布具有明显影响。     

进气温度对微燃机燃烧室燃烧特性的影响分析

本文通过实验研究了在保持微型燃气轮机燃烧室出口排气温度不变的情况下,改变进口空气温度对燃烧室燃烧特性的影响.结果表明,随着燃烧室进气温度的增大,燃烧效率提高,燃烧室出口温度不均匀性系数减小,热阻增大,总压恢复系数有所降低.同时,实验结果还表明,随着燃烧室进口空气温度的增大,燃烧室出口处CO及未燃烬碳(UHC)排放浓度显著降低,但NO排放浓度则增大.根据实验结果,本文还分析了进气温度的改变对燃烧室燃烧特性的影响规律,为今后微型燃气轮机燃烧室的研制及改进提供了参考依据.