針對未來高超聲速飛行器對機(jī)載電力供給能力的巨大需求問題,本文開展了基于超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃燒室壁面散熱為能量來源的超臨界二氧化碳（S-CO₂）閉式布雷頓循環(huán)（CBC）發(fā)電系統(tǒng)。其中S-CO₂布雷頓循環(huán)在臨界點附近具備物性突變等特性且成本低的特點,被視作未來熱電循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的主要研究方向。基于燃料作為高超聲速飛行器唯一冷源的前提下,對簡單回?zé)崾絊-CO₂閉式布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)性能及其壓氣機(jī)部件特性開展相關(guān)研究。基于現(xiàn)有研究表明,有限冷源下S-CO₂壓氣機(jī)入口溫度遠(yuǎn)高于一般的S-CO₂閉式布雷頓循環(huán),這將對壓氣機(jī)性能及閉式布雷頓循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響,需進(jìn)一步對壓氣機(jī)高入口溫度特性進(jìn)行明確具體影響范圍,開展了S-CO₂壓氣機(jī)一維氣動設(shè)計和三維數(shù)值仿真分析研究,詳細(xì)介紹了S-CO₂壓氣機(jī)的一維氣動設(shè)計過程和三維數(shù)值模擬計算,針對數(shù)值計算結(jié)果對壓氣機(jī)流場特性和溫度對壓氣機(jī)等熵效率的影響進(jìn)行深入研究,結(jié)果表明本文設(shè)計的壓氣機(jī)在設(shè)計工況下具有較好的氣動... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

高速飛行器及超燃沖壓發(fā)動機(jī)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文2(5)循環(huán)工質(zhì)更為廣泛，如氦氣、氮氣、氬氣等氣體及混合物；對于應(yīng)用于機(jī)載上的熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須具備系統(tǒng)體積孝功重比大、結(jié)構(gòu)緊湊等特點。在超燃沖壓發(fā)動機(jī)驅(qū)動的飛行器中，可以利用燃燒室余熱或來流高溫空氣提供的熱量為循環(huán)中的工質(zhì)流體提供能量，作為系統(tǒng)熱源，如圖1-2。圖1-2機(jī)載超臨界CO2閉式布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)相較于目前大規(guī)模應(yīng)用的蒸汽動力朗肯循環(huán)具有更高的能量轉(zhuǎn)化效率，S-CO2布雷頓循環(huán)在核反應(yīng)堆、余熱發(fā)電、分布式能源、船舶動力、地?zé)岚l(fā)電等領(lǐng)域中具有較大的應(yīng)用前景。通過利用超燃沖壓發(fā)動機(jī)的余熱作為熱源與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)結(jié)合，探究機(jī)載系統(tǒng)的新型發(fā)電方案。已有研究表明，冷源對S-CO2布雷頓循環(huán)性能影響巨大[4]。有限冷源下S-CO2閉式布雷頓循環(huán)中壓氣機(jī)入口溫度一般高于地面級別的閉式循環(huán)，但其在文中壓氣機(jī)等熵效率計算值均為定值，所取得的結(jié)果較為理想[5]，必須將壓氣機(jī)等熵效率隨入口溫度的變化規(guī)律引入該循環(huán)中進(jìn)行對比優(yōu)化分析。本課題探究基于有限冷源下導(dǎo)致的高入口溫度壓氣機(jī)的工作特性對循環(huán)系統(tǒng)的影響，以及機(jī)載S-CO2簡單回?zé)衢]式布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)所能獲得的性能水平；建立壓氣機(jī)、渦輪、換熱器等部件的數(shù)學(xué)模型對系統(tǒng)效率和功率的提高進(jìn)行優(yōu)化分析；通過研究地面S-CO2閉式布雷頓循環(huán)部件原理性試驗驗證組件實際性能水平作為支撐和驗證理論研究。理論探究了S-CO2閉式布雷頓循環(huán)與油氣渦輪組合發(fā)電系統(tǒng)的性能，為未來高超聲速飛行器熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供一定的方向。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文5圖1-3CO2隨溫度變化下的密度變化趨勢目前，S-CO2閉式布雷頓循環(huán)（CBC）發(fā)電系統(tǒng)在工質(zhì)臨界點處（7.39MPa，31.1℃）具備的特殊物性，相較于常見工質(zhì)具備良好的性能，系統(tǒng)熱效率較高，因此得到了廣泛應(yīng)用。圖1-4為簡單回?zé)岵祭最D循環(huán)T-S圖以及部件流程圖，該循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)主要的工作流程主要包括1-2絕熱壓縮、2-4定壓加熱、4-5絕熱膨脹和5-6定壓放熱，其主要部件如圖所示，為簡單回?zé)衢]式循環(huán)系統(tǒng)。隨著不同部件的增加和組合，將構(gòu)成不同的熱力循環(huán)過程。圖1-4簡單回?zé)岵祭最D循環(huán)T-S圖和部件布置圖目前國內(nèi)外研究人員對S-CO2布雷頓循環(huán)應(yīng)用于機(jī)載發(fā)電方面的研究較少，現(xiàn)有的機(jī)載發(fā)電方案的功率已無法滿足未來高超聲速飛行器對電能的巨大需求。目前S-CO2閉式循環(huán)的研究范圍較為廣泛，西安交通大學(xué)郭嘉琪等人對S-CO2混合工質(zhì)進(jìn)行了研究，在二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于50%的場合下，隨著氪氣(Kr）、氙氣（Xe）等惰性氣體的加入成為混合工質(zhì)，物性的改變，將導(dǎo)致對應(yīng)系統(tǒng)熱

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]超臨界二氧化碳離心壓氣機(jī)流動特性研究[D]. 王婉月.南京航空航天大學(xué) 2018
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[5]超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的設(shè)計與分析[D]. 杜智垚.大連理工大學(xué) 2017
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本文編號：3570254