基于化學(xué)平衡的富燃燃?xì)夤べ|(zhì)渦輪性能分析與優(yōu)化研究
發(fā)布時間：2017-11-11 12:19
本文關(guān)鍵詞：基于化學(xué)平衡的富燃燃?xì)夤べ|(zhì)渦輪性能分析與優(yōu)化研究
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【摘要】：根據(jù)熱力循環(huán)要求,空氣渦輪火箭發(fā)動機(jī)(Air Turbo Rocket, ATR)需要采用以富燃燃燒產(chǎn)物為工質(zhì)的燃?xì)鉁u輪。碳?xì)淙剂显诟蝗既紵^程中易受熱分解,其富燃燃燒產(chǎn)物中存在低分子碳?xì)浠衔?如CH2、CO和H2等。該富燃燃?xì)膺M(jìn)入渦輪膨脹做功,在溫度降低過程中低分子化合物會復(fù)合為較大分子化合物,使渦輪工質(zhì)的組分和物性發(fā)生變化,影響渦輪總體性能和優(yōu)化設(shè)計方法。此外,工質(zhì)組分間的化學(xué)反應(yīng)會釋放或吸收熱量,改變工質(zhì)做功能力,影響渦輪內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)。因此,基于富燃工質(zhì)化學(xué)平衡的渦輪性能及優(yōu)化研究具有積極的理論價值和工程意義。本課題首先完成了以富燃燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的高負(fù)荷渦輪氣動設(shè)計,給出了富燃工質(zhì)變物性、變組分對渦輪特性的影響規(guī)律。通過分析渦輪設(shè)計點(diǎn)內(nèi)部流場,闡述了該工況下性能變化的主要原因,并據(jù)此給出了渦輪葉片優(yōu)化設(shè)計方法。在此基礎(chǔ)上,從富燃工質(zhì)復(fù)合反應(yīng)釋放反應(yīng)熱的角度,闡述了富燃工質(zhì)對渦輪內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)的影響作用。本文的研究工作主要包括：1.富燃燃?xì)鉁u輪氣動設(shè)計與特性分析提出了基于富燃燃?xì)庾兘M分、變物性的渦輪氣動設(shè)計方案,完成了渦輪葉片三維造型；建立了熱完全氣體模型、實(shí)際氣體模型和考慮化學(xué)平衡的實(shí)際氣體模型,采用化學(xué)平衡常數(shù)法獲取了考慮化學(xué)平衡的富燃燃?xì)鉄崃π再|(zhì),采用Peng-Robinson狀態(tài)方程考慮了實(shí)際氣體效應(yīng)；基于相似原理分析討論了考慮化學(xué)平衡的富燃燃?xì)鉄崃π再|(zhì)對渦輪特性的影響。2.富燃燃?xì)鉁u輪內(nèi)部流場分析及氣動優(yōu)化設(shè)計針對設(shè)計點(diǎn),分析了考慮化學(xué)平衡的富燃燃?xì)鉄崃π再|(zhì)對渦輪內(nèi)部流場中超音鼓包、通道渦和端壁附近邊界層分離的影響機(jī)理,闡述了渦輪性能變化的原因；根據(jù)上述流動分析,對該類渦輪的葉型優(yōu)化方法進(jìn)行了相關(guān)探索與討論。這為此類渦輪的設(shè)計提供了有效的借鑒和工程依據(jù)。3.化學(xué)反應(yīng)熱對富燃燃?xì)鉁u輪內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)的影響研究建立了渦輪轉(zhuǎn)子CFD中考慮化學(xué)反應(yīng)熱的多組分流動模型；討論了富燃燃?xì)饨M分變化與反應(yīng)熱以及流場特征的關(guān)系,進(jìn)而分析了兩個典型工況下考慮化學(xué)反應(yīng)熱的流動模型對渦輪邊界層、通道渦和波系結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理。這部分完善了富燃燃?xì)鈨?nèi)部化學(xué)平衡對渦輪氣動性能的影響機(jī)制的研究。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V430
【參考文獻(xiàn)】
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，本文編號：1171377
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