針對(duì)未來(lái)高超聲速飛行器對(duì)機(jī)載電力供給能力的巨大需求問(wèn)題,本文開(kāi)展了基于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁面散熱為能量來(lái)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(diǎn)附近具備物性突變等特性且成本低的特點(diǎn),被視作未來(lái)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(duì)簡(jiǎn)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(kāi)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(duì)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(duì)壓氣機(jī)高入口溫度特性進(jìn)行明確具體影響范圍,開(kāi)展了S-CO₂壓氣機(jī)一維氣動(dòng)設(shè)計(jì)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(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程和三維數(shù)值模擬計(jì)算,針對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)壓氣機(jī)流場(chǎng)特性和溫度對(duì)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(jì)的壓氣機(jī)在設(shè)計(jì)工況下具有較好的氣動(dòng)... 

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

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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高速飛行器及超燃沖壓發(fā)動(dòng)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?dú)�、氬氣等氣體及混合物；對(duì)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(diǎn)。在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的飛行器中，可以利用燃燒室余熱或來(lái)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(dòng)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(dòng)力、地?zé)岚l(fā)電等領(lǐng)域中具有較大的應(yīng)用前景。通過(guò)利用超燃沖壓發(fā)動(dòng)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(duì)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(jí)別的閉式循環(huán)，但其在文中壓氣機(jī)等熵效率計(jì)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(duì)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(duì)循環(huán)系統(tǒng)的影響，以及機(jī)載S-CO2簡(jiǎn)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(duì)系統(tǒng)效率和功率的提高進(jìn)行優(yōu)化分析；通過(guò)研究地面S-CO2閉式布雷頓循環(huán)部件原理性試驗(yàn)驗(yàn)證組件實(shí)際性能水平作為支撐和驗(yàn)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(lái)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(shì)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(diǎn)處（7.39MPa，31.1℃）具備的特殊物性，相較于常見(jiàn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)程。圖1-4簡(jiǎn)單回?zé)岵祭最D循環(huán)T-S圖和部件布置圖目前國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)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(wú)法滿足未來(lái)高超聲速飛行器對(duì)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(duì)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(chǎng)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(duì)應(yīng)系統(tǒng)熱

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]葉尖間隙對(duì)彈用跨聲速及亞聲速壓氣機(jī)動(dòng)葉的影響[J]. 陳健,閆學(xué)慧,陳忠良.  戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù). 2020(02)
[2]利用燃?xì)廨啓C(jī)煙氣余熱的復(fù)合有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化分析[J]. 馬帥杰,林文勝.  制冷學(xué)報(bào). 2019(06)
[3]超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)[J]. 鄧清華,胡樂(lè)豪,李軍,豐鎮(zhèn)平.  熱力透平. 2019(03)
[4]多級(jí)軸流超臨界二氧化碳?jí)簹鈾C(jī)氣動(dòng)性能研究[J]. 李金星,王雨琦,景祺,謝永慧.  熱力透平. 2019(02)
[5]2018年國(guó)外高超聲速技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 宋巍,梁軼,王艷,袁成,王竹溪.  飛航導(dǎo)彈. 2019(05)
[6]機(jī)載激光武器儲(chǔ)能供電研究[J]. 姜錦鋒,張著,高光波.  航空制造技術(shù). 2018(19)
[7]再壓縮超臨界二氧化碳閉式布雷頓循環(huán)系統(tǒng)分析[J]. 王智,付靜.  華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(04)
[8]超臨界二氧化碳高壓渦輪氣動(dòng)設(shè)計(jì)及性能[J]. 韓萬(wàn)龍,豐鎮(zhèn)平,王月明,李紅智,周東,但光局,郭必敏.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(07)
[9]沖壓空氣渦輪葉片設(shè)計(jì)和氣動(dòng)性能數(shù)值模擬[J]. 姬芬竹,張夢(mèng)杰,王瑞,王巖,杜發(fā)榮.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(07)
[10]超臨界CO2及其混合工質(zhì)布雷頓循環(huán)熱力學(xué)分析[J]. 郭嘉琪,王坤,朱含慧,何雅玲.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2017(04)

碩士論文
[1]超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電與儲(chǔ)能系統(tǒng)耦合研究[D]. 鄭鵬宇.華北電力大學(xué) 2019
[2]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法的壓氣機(jī)正問(wèn)題優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]. 黃孟璇.南京航空航天大學(xué) 2019
[3]超臨界二氧化碳離心壓氣機(jī)流動(dòng)特性研究[D]. 王婉月.南京航空航天大學(xué) 2018
[4]超臨界CO2布雷頓循環(huán)及其徑流式壓氣機(jī)設(shè)計(jì)[D]. 王毅華.南京航空航天大學(xué) 2018
[5]超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的設(shè)計(jì)與分析[D]. 杜智垚.大連理工大學(xué) 2017
[6]流線曲率法計(jì)算核主泵葉輪流場(chǎng)[D]. 黃敬杰.大連理工大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3570254