【摘要】：微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)是一種小型的動(dòng)力裝置,由于其戰(zhàn)略的重要性,一直都是各個(gè)國家的研究重點(diǎn)。壓氣機(jī)是微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件,葉輪是壓氣機(jī)的唯一做功元件,其性能的好壞決定著壓氣機(jī)性能的好壞,進(jìn)而影響渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。為提高微型壓氣機(jī)在高溫高壓高轉(zhuǎn)速及復(fù)雜的多相耦合環(huán)境的下的性能,對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬和葉輪強(qiáng)度有限元分析具有重要意義。論文開展了以下工作:(1)采用工程軟件ANSYS CFX對(duì)某微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉輪進(jìn)行數(shù)值模擬,得到壓氣機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的變工況特性曲線,分析了壓氣機(jī)葉輪特征截面流動(dòng)分布情況。在分析內(nèi)部流場基礎(chǔ)上,探究了葉片數(shù)和分流葉片長度對(duì)壓氣機(jī)葉輪性能的影響,結(jié)果表明葉輪最佳葉片數(shù)為7對(duì),葉輪最佳分流葉片長度為0.813倍的主葉片長度,此時(shí)壓氣機(jī)增壓比為3.81,等熵效率為66.82%。(2)為了獲得葉輪葉片的應(yīng)力應(yīng)變分布情況,對(duì)葉輪葉片進(jìn)行單向流固耦合仿真,分析了在流固耦合作用下的葉輪葉片的應(yīng)力應(yīng)變分布,得到了葉輪葉片的應(yīng)力分布云圖。比較了離心力和氣動(dòng)力對(duì)葉輪葉片應(yīng)力應(yīng)變的影響。結(jié)果表明,葉輪葉片最大應(yīng)力發(fā)生位置在葉片根部,最大應(yīng)力為705.33MPa,最大應(yīng)變發(fā)生位置在葉片前緣葉頂處,最大應(yīng)變?yōu)?.28mm。同時(shí)分析了在有預(yù)應(yīng)力和無預(yù)應(yīng)力下的葉輪固有頻率和模態(tài)振型,結(jié)果表明預(yù)應(yīng)力會(huì)使葉輪剛度增加,使固有頻率增加。(3)最后綜合考慮熱載荷對(duì)葉輪葉片強(qiáng)度和固有頻率影響,將離心力、氣動(dòng)力、熱載荷施加到葉輪葉片上,最終得到三種力共同作用下的葉輪葉片應(yīng)力應(yīng)變分布。結(jié)果表明,相比于只考慮離心力和氣動(dòng)力影響的情況下,在加載熱載荷后,最大應(yīng)力增加了7.62%,最大應(yīng)變?cè)黾恿?6.32%,熱載荷使固有頻率增加。
【圖文】：

圖 1.1 全球鷹無人機(jī) 圖 1.2 微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于第二類應(yīng)用，主要由第一類應(yīng)用改造得來的，因?yàn)槲⑿蜏u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的具有能量密度高、熱效率高，污染小，所以將它改造成小型發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備。各個(gè)國家因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，都開始研制微型渦輪發(fā)電系統(tǒng)，現(xiàn)在是分布式能源系統(tǒng)的一個(gè)重要方向[14]。從 1995 年開始，Allied Signal、Capstone、GE 等公司開始展示出 25kW-75kW 的微型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組（圖 1.3）[15]，隨后每年都有新型機(jī)組展出。由于其污染小，美國電力公司 PE&E 計(jì)劃研發(fā)新技術(shù)來增強(qiáng)以微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為主的分布式能源系統(tǒng)，并且提出讓分布式供電系統(tǒng)來滿足未來50%的用電需求的目標(biāo)。而我們國家以天然氣為燃料的分布式能源系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)成功，在一線城市的居民小區(qū)、住宅樓、大學(xué)城等隨處可見。

圖 1.1 全球鷹無人機(jī) 圖 1.2 微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于第二類應(yīng)用，主要由第一類應(yīng)用改造得來的，因?yàn)槲⑿蜏u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的具有能量密度高、熱效率高，污染小，所以將它改造成小型發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備。各個(gè)國家因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，都開始研制微型渦輪發(fā)電系統(tǒng)，現(xiàn)在是分布式能源系統(tǒng)的一個(gè)重要方向[14]。從 1995 年開始，，Allied Signal、Capstone、GE 等公司開始展示出 25kW-75kW 的微型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組（圖 1.3）[15]，隨后每年都有新型機(jī)組展出。由于其污染小，美國電力公司 PE&E 計(jì)劃研發(fā)新技術(shù)來增強(qiáng)以微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為主的分布式能源系統(tǒng)，并且提出讓分布式供電系統(tǒng)來滿足未來50%的用電需求的目標(biāo)。而我們國家以天然氣為燃料的分布式能源系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)成功，在一線城市的居民小區(qū)、住宅樓、大學(xué)城等隨處可見。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK14

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本文編號(hào)：2705958