吸气式脉冲爆震发动机喷管试验研究

分别对采用不同面积比、不同长径比的收敛喷管、扩张喷管和收扩喷管的吸气式脉冲爆震发动机(PDE)进行了多循环爆震试验研究,着重研究了不同工作频率下喷管面积比和长径比对吸气式PDE性能的影响.研究发现,各个工作频率下,收敛喷管均能显著提高发动机性能,面积比越小,增推效果越好,最大能够达到32%;扩张喷管则降低发动机性能或者增推效果有限;收敛扩张喷管增推效果略低于对应面积比的收敛喷管.喷管长径比对吸气式PDE性能影响不大,随着长径比增加,PDE推力略有降低.     

部分空气湿化燃气轮机循环设计工况性能分析

在参数优化的基础上,对加湿空气和未加湿空气混流位置不同的两种PEvGT循环设计工况性能进行研究,并与HAT和STIG循环进行了对比。研究表明:混流位置对其热力性能有重要影响;未加湿空气、加湿空气及蒸汽在回热器前混合(PEvGT-2)循环,最佳压比与HAT循环最佳压比接近(10左右);在各自的效率最高点,四种循环中PEvGT-2效率最高,未加湿空气、加湿空气及蒸汽在燃烧室前混合(PEvGT-1)循环比功最大;纯发电时,两种PEvGT的效率最高点对应的分流比在0%～20%之间,且通过对换热器面积和湿化器高度的比较和分析也表明分流比选取在该范围内比较经济;四种循环的效率、比功和最佳压比随透平初温的升高而上升,分流比对PEvGT-2循环的效率、比功和最佳压比影响较小,但对PEvGT-1循环影响较明显。     

实际闭式中冷回热布雷顿循环新析

用有限时间热力学方法分析了变温热源条件下实际闭式中冷回热布雷顿循环的性能,导出了无因次功率及效率的解析式。由数值计算,分析了循环最优功率和最优效率时的最佳中间压比分配,并研究了中冷度等一些主要循环参数对性能的影响,发现了不管有无回热,中冷都可以提高循环效率这一新结果。     

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。     

可逆简单空气制冷循环品质因子优化

本文利用经典热力学理论，以可逆简单空气制冷循环为研究对象，借用有限时间热力学提出的品质因子作为优化目标，通过理论分析和数值计算，推导出了品质因子与影响参数间的解析式.通过优化压比给出了制冷循环的最优性能，分析了循环温比对制冷循环最优性能的影响.结果表明，选用品质因子作为优化目标进行性能优化，存在最佳压比使得品质因子取得最大值，而且优化结果保证了制冷率和制冷系数之间的协调，是一种较优的折衷方案.     

进气预冷富燃预燃混排涡扇发动机热力循环

为满足高超声速飞行器对高比冲和大推力发动机的需要,提出了一种可重复使用的进气预冷富燃预燃混合排气涡扇发动机(Pre-cooled and Fuel-rich Pre-burned Mixed-flow Turbofan,PFPMT)热力循环。PFPMT发动机的特点是增大内涵空气进气预冷程度,内涵压气机为富燃燃气发生器提供空气作为氧化剂,内涵空气与预冷器出口燃料混合燃烧产生富燃燃气,驱动涡轮、带动内涵压气机与风扇增压,风扇外涵空气与涡轮出口排气在主燃烧室中掺混燃烧,产生高温燃气由喷管产生推力。对发动机热力循环进行了参数化分析,发动机比冲随着压气机压比的增大而增加,尤其是随着风扇压比增加的更为明显;单位推力主要随风扇压比增加而增加,受内涵压比影响较小。发动机地面的比冲与单位推力分别可以达到4500 s与900 N·s/kg以上;在Ma=5.0飞行条件下,发动机比冲与单位推力在3500 s与1100 N·s/kg以上。     

超临界CO_2部分预冷循环特性分析及优化研究

针对超临界二氧化碳部分预冷循环,建立了循环热力学模型和经济学模型,分析了循环关键参数对循环效率和系统成本的影响。将透平进口温度、循环压比和换热器窄点温差作为优化变量,以系统的效率最大和成本最小为优化目标,利用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行多目标优化,获得优化解集的Pareto曲线。结果表明;超临界二氧化碳部分预冷循环是一种高效率的热力循环;在给定条件下,减小窄点温差、提高热源温度、提高透平和压气机的等熵效率可以增加系统效率,增大循环压比、降低热源温度、增加窄点温差可以降低系统成本;优化所得到的系统效率和成本呈同时增加的关系,需要从工程实际情况考虑来选取最优方案。     

液氧煤油发动机预冷系统回流管绝热影响分析

低温液体火箭发动机循环预冷受多因素影响,针对液氧煤油发动机自然循环系统回流管绝热条件对预冷效果的影响进行理论分析和试验研究,得到了有意义的数据和结论,对后续型号自然循环预冷系统设计提供了依据.     

燃气轮机中间回热循环性能分析

本文质疑文献[1提出的中间回热循环技术,通过基本分析,揭示其特殊规律。且通过与常规回热比较,从透平初温、最佳循环压比、回热器参数等方面分析了关键参数对循环性能的影响。结果表明:与文献[1]不同,相对于简单循环和中间回热,常规回热具有更高的效率、更低的最佳压比。本文并指出文献[1]得出不合适分析结果之故。此外由计算结果得知,高、低压缸透平压比分配的优化可有效地提高中间回热循环性能。     

附面层吸除对压气机叶栅稠度特性影响

数值模拟了不同稠度下吸气量及位置对某大转角吸气式压气机叶栅气动性能影响。结果表明,附面层吸除(BLS)使得吸力面角区低能流体积聚减弱,气流折转能力加强;随稠度增加,叶栅总压损失最高降低分别为32.9％、27.7％和25.1％,出口气流角最大增加值为5.0°、4.2°和3.1°,即小稠度叶栅具有较佳气动性能;BLS导致的栅内扩压能力恢复和通道涡三维分离效应的改善应是确定最佳设计参数的判定原则。吸气式叶栅附面层承受逆压梯度能力强的特点为高负荷、小稠度压气机设计提供了极具潜力的技术途径。     

冷热联供的空气制冷不可逆循环分析

本文分析了压气机排气余热利用的冷热联供回热空气制冷不可逆循环,并建立了仅忽略系统内所有换热器流动阻力损失的循环工作性能系数(COP)计算方程式。用该方程分析研究了透平膨胀机与压气机等熵效率、压缩机排气余热度、降温比、传热温差、压比等参数对系统COP值的影响,发现膨胀透平等熵效率提高对COP值的贡献远大于压气机效率同样提高的功效;在其它参数确定时,存在最佳压比,可使系统工作性能系数在该条件下达极值。在优化参数配置下,用于空气调节的冷热联供回热空气制冷不可逆循环的COP值可达2左右。     

预冷终压对蔬菜真空预冷失水率的影响

为研究真空预冷过程中预冷终压对蔬菜的影响,总结不同类型蔬菜的最佳预冷终压,取菠菜、娃娃菜、茄子为三类蔬菜代表,将其在不同预冷终压下进行预冷效果比对,并对各类蔬菜进行最佳预冷终压验证,确定最佳补水率及补水方式。结果表明,最佳预冷终压为:叶菜类800 Pa,含蜡质层类700 Pa,根茎及茄果类600 Pa。最佳补水率为:对应终压下的失水率,但不应超过自身重量的4%。对比直接预冷、直接补水、包覆膜补水,包覆膜补水效果最好。通过实验总结各类蔬菜不同预冷终压下的失水率并寻找最佳保护措施,可以有效降低真空预冷中蔬菜的质量损耗以及制冷系统能耗。     

改进型驻波热声发动机的实验研究

压比是热声发动机性能的一个重要衡量参数。驻波发动机由于自身热力过程的不可逆性,使得目前所能获得的压比通常都比较低。笔者认为除了发动机各部件的尺寸参数之外,换热器的换热性能也是影响发动机压比的一个重要参数。因此本文对驻波热声发动机的换热器进行了改进设计,增强了加热器与工作介质的换热效果,系统的工作压比有了较大的提高。采用氦气、氮气和二氧化碳作为工质,其压比分别达到了1.15、1.22和1.215。     

混合制冷剂循环液化天然气流程的优化分析

在液化天然气流程中,混合制冷剂循环液化天然气流程由于其机组设备少、流程简单、管理方便等优点而备受国内外关注。本文对两种混合制冷剂循环液化天然气流程分别以流程中压缩机耗功最小、压缩机耗功与丙烷预冷量之和最小为目标函数进行优化,得到了最优流程参数及相应的流程性能参数;并对计算结果进行分析。     

具有精馏装置的自动复叠制冷循环分析

本文提出了一种新的具有精馏装置的自动复叠式制冷循环,并以 Ｒ１３４ａ／Ｒ２３为制冷剂。对新循环进行了热力学分析,建立了能量与质量平衡方程,分析了循环工质配比、吸气温度及精馏塔操作压力对压缩机压比及系统ＣＯＰ的影响。作者进一步将新循环与二级分凝循环在压比控制于９～１２、冷凝器出口温度保持在４０℃的前提条件下进行了性能上的比较,发现新循环既可达到更低的制冷温度,又可在相同平均蒸发温度下获得更高的ＣＯＰ。     

吸收制冷循环极限制冷温度研究

提出了吸收制冷循环的极限制冷温度概念,以自行复叠吸收制冷(ACAR)循环为例分析了多种因素对极限制冷温度和COP等性能参数的影响。分析结果表明制冷剂的配比是影响ACAR循环极限制冷温度等性能的关键因索,为此计算得到了理沦最佳制冷剂配比。同时,分析了传统吸收制冷循环的特性,并在相同条件下和ACAR循环进行了比较,结果表明ACAR循环可以获得低得多的制冷温度,具有高得多的COP,用于深度冷冻具有独特的优势。     

余热锅炉式燃气-蒸汽轮机联合循环近似热力学分析

为得出物理概念明确、规律性清楚而且使用较方便简单的余热锅炉式联合循环热力学分析公式,本文提出了一个简单热力学模型,并用最近的实际装置统计数据验证了由此得出的公式的可靠性.根据此一已验证的公式,文中指出:在这种联合循环中燃气轮机的效率最佳压比较低,接近于简单循环燃气轮机的比功最佳压比,而且温比对这种联合循环的效率影响很大.     

亚临界CO2冷库制冷系统性能实验研究

为研究亚临界CO₂冷库制冷系统性能,建立制冷系统压缩机数学模型,分析压缩机吸气温度对输气量、容积效率等性能参数的影响。搭建亚临界CO₂冷库制冷系统试验台,分析储液器出口气、液质量比对系统性能的影响。结果表明,当吸气压力恒定时,吸气温度升高,压缩机实际输气量及容积效率均有小幅度提升。随着储液器出口气、液质量比增大,系统制冷量及压缩机功耗均升高,而系统COP呈先增大后减小的趋势。在气、液质量比为0.16时,COP达到最大值为1.95。     

膨胀式空气涡轮火箭最大状态调节规律与性能分析

为了阐明进气预冷膨胀式空气涡轮火箭发动机在最大状态下的部件匹配规律和性能特点,基于ε—NTU法建立了换热有效度随工况改变的预冷器模型,完成了氢燃料发动机的性能仿真与分析。增大涡轮前压力、燃料流量,同时减小尾喷管喉道和出口面积,可实现压气机工作点沿等物理转速线由堵塞区向喘振边界移动,压气机压比及燃空比均增大。在此过程中,发动机若在低马赫数工作,尾喷管内燃气总压、总温升高使推力增大;在近堵塞区域,压比迅速增大导致比冲上升;在近喘振区域,压比增大减缓,燃空比的上升导致比冲下降。若在高马赫数工作,高温米流使压气机工作于低折合转速区域,工作点在等物理转速线上由堵塞区向喘振边界移动时,燃空比增加补偿了空气流量下降导致的推力衰减,总推力基本保持不变;由于低折合转速下压比增大减缓,增大的燃空比使比冲下降。     

一种基于内燃机余热回收的冷电联供系统

本文建立一种基于内燃机余热利用的冷电联供系统,构建了热力学数学模型,研究了关键热力参数对联供系统热力性能的影响。结果表明:布雷顿循环透平膨胀压比的降低、压气机进口温度的降低及透平进口温度的增加,均有利于系统热力性能的提升;有机朗肯循环透平进口压力的增加能使得系统的电能输出及总效率增加;喷射式制冷循环喷射器进口工作蒸气压力增加能提高制冷量及制冷效率。为了获得联供系统的最佳设计参数和性能,采用遗传算法,对系统进行单目标优化,得出此联供系统最大效率能达到54.22%,此时电能输出为31.58 kW,制冷量输出为3.15 kW,系统能较好地回收内燃机余热。