采用渐变微小通道的RBCC引射火箭复合冷却数值模拟研究

引射火箭是火箭基组合循环(RBCC)发动机重要组成部分,为RBCC发动机提供大推力的同时承载极高的热载荷。本文设计了火箭推力室复合冷却结构,采用再生和液膜冷却相结合的方式对火箭喉部进行冷却,再生冷却通道在收敛段和扩张段的宽度从微尺度到小尺度渐变分布。采用数值模拟的方法研究了该复合冷却结构耦合传热特性。结果表明:渐变微小通道的设计能够强化喉部换热,液膜冷却能够大幅降低入口及下游热流密度,有效控制壁温。     

基于冲击冷却的RBCC引射火箭局部热防护数值模拟

引射火箭能够为火箭基组合循环(RBCC)发动机提供大推力,但是其喉部面临着极高的热载荷。本文提出使用冲击冷却的方式对引射火箭进行局部热防护,建立了射流冲击冷却的三维数值模型,研究了喉部曲率半径和冲击孔数量对冷却性能的影响,结果表明在设计半径R=(1~2)R_t范围内,R的取值对射流冲击换热无明显影响;靶面平均对流换热系数随冲击孔数量n的增大而减小,分布均匀程度随n先增大后减小,冲击孔数量n=6时换热效率最高。     

涡流管性能的热力学分析

涡流管是一种新型的能量分离装置,热力学参数和几何参数对其的性能影响很大。该文依据热力学第一、第二定律,建立了涡流管能量分离过程热力学模型,将不可逆过程可用能损失归结为热量火用收益和压力损失两部分,获得了一种基于热力学火用分析的涡流管性能优化新途径。结合不同进气压力、喷嘴数和冷端出口直径的涡流管能量分离性能实验,得到上述诸因素对涡流管能量分离过程中火用变化的影响,通过对能量分离过程中热量火用收益和压力损失的比较,实现了涡流管能量分离性能的优化设计。     

换热器预冷的空气涡轮火箭性能分析研究

为了准确地分析以不同燃料为冷质的换热器预冷空气涡轮火箭发动机的性能,本文建立了可考虑工质组分化学平衡与工质热物性随温度和压力变化的热力循环模型。利用该模型分析了以LH2、LCH4和煤油为燃料的发动机循环性能,研究了预热温度、燃气发生器和主燃室出口温度对循环性能的影响。结果表明,换热器预冷能够降低压气机进口温度,减小相同增压比下的压缩功,提高燃料温度,减小推进剂流量,从而减小燃空比,增加比冲;燃料预热温度的提高可减小燃气发生器氧燃比,进而减小燃空比、增大比冲;较低的燃气发生器和主燃烧室出口温度可降低燃空比,提高比冲,但会造成单位推力的下降。同时,研究结果还表明,与LCH4和煤油相比,LH2的比热容与热值的比值最大,采用LH2预冷的发动机的飞行速度和比冲的增幅也最大,说明比热容与热值的比值越大,相应的预冷效果越好,即可依据燃料比热容与热值的比值定性衡量发动机的预冷效果。     

一种基于分析的火电机组热力系统性能劣化诊断方法

及时检测和跟踪热力设备和系统的热经济性能劣化趋势,准确开展设备健康与能效状态预警对火电机组节能诊断和运行优化具有重要意义。本文基于分析方法研究了热力设备性能劣化产生机理和影响因素,建立了热力设备和系统的热经济性劣化模型;分析了不同工况和边界条件下,设备固有损失和附加损失的影响因素和相互作用机制;以某660 MW超临界空冷机组为案例,开展了性能劣化模型验证和系统热经济性诊断。结果表明,根据固有损失、附加损失和内部参数的变化,可有效检测和诊断设备、过程和系统的热经济性能劣化状态,为热力系统运行优化、故障预警与状态维修提供理论依据。     

改质缸当量比对缸内热化学燃烧模式稀燃天然气发动机燃烧性能的影响

本文基于一台PFI增压稀燃点燃式天然气发动机,在其第四缸进气歧管处加装甲醇液体燃料喷嘴用以加浓第四缸(改质缸),发生缸内热化学燃料改质(TFR,Thermochemical fuel reforming)反应,再将改质缸排气直接引入发动机进气总管,以实现稀燃天然气发动机性能优化。本文研究了改质缸当量比(ΦTFR)对缸内热化学燃料改质过程的影响及对整机燃烧和性能的影响。研究结果表明:随着ΦTFR的增加,改质过程产生的H_2和CO含量显著增加,发动机缸内最大爆发压力和燃烧放热率峰值增加,缸内燃烧温度增加,放热相位提前,火焰发展期和快速燃烧期缩短,发动机工作稳定性增强,同时燃料消耗率降低,有效热效率增加,并且随着Φ_(TFR)的增大,H_2和CO增多,拓宽了TFR稀燃天然气发动机的稀燃极限,有效降低燃烧温度,使得具有降低NO_x排放的潜力。     

用于高温太阳能光热发电的S-CO_2循环优化研究

在高温太阳能光热发电的应用背景下,本文研究了引入压缩机级间冷却的超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环改进构型的性能提升潜力;在建立热力学模型的基础上,利用遗传算法对改进构型进行了参数优化,并在基准工况下与典型再压缩循环进行了性能对比;基于图像分析方法揭示了压缩机级间冷却提升循环性能的机理。结果表明:对再压缩S-CO2循环而言,引入主压缩机级间冷却将可能提升循环效率,改善循环性能,而再压缩机级间冷却的引入则无益于循环性能的提升。级间冷却式再压缩循环性能提升的主要原因在于冷源放热损失与高温回热过程耗散的降低。基准工况下,改进构型循环比功最高可提升22.87%,循环热效率与循环效率最高可分别提升2.767%与3.389%。     

基于品位的成本分摊方法及其应用

成本分摊方法是热经济学建模的重要组成部分,现有的成本分摊方法较少考虑能量品质变化对能量单位成本的影响,不符合优质优价的原则。本文通过分析能量利用过程中品位变化,建立了单位成本与值的函数关系,提出一种新的成本分摊方法。利用该方法对热电联产系统成本计算,并与常规分摊方法对比,热的单位成本由原来的2.66kW/kW降低到1.76 kW/kW,电的单位成本由原来的1.79 kW/kW升高到2.27 kW/kW,新方法体现了优质优价的原则,更加真实反映了热电成本。此外,在新方法基础上研究了主要设计参数对热电成本的影响,提高压气机及透平效率均可降低热电成本。该方法可用于多联产系统的成本计算和性能评价。     

生物柴油发动机非常规排放的FTIR检测

采用傅里叶变换红外光谱FTIR,研究了汽车发动机燃用生物柴油的非常规排放物。所用燃料分别为纯柴油、纯生物柴油、生物柴油掺混比为20%的B20混合燃料。结果表明,该机燃用纯柴油和B20燃油的甲醛排放差别不大,纯生物柴油的甲醛排放则明显高于柴油。燃用B20燃油的乙醛排放略低于纯柴油;纯生物柴油的乙醛排放在中低负荷低于纯柴油,在高负荷时高于柴油及B20燃油。燃用B20燃油和纯生物柴油的丙酮排放要高于柴油,但排放量均较低。随着生物柴油掺混比例的增加,发动机甲苯和二氧化硫均呈逐渐下降趋势,纯生物柴油的二氧化硫排放大幅降低。燃用生物柴油后,发动机的二氧化碳排放有所降低,表明了生物柴油有利于温室气体的控制。     

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。