【摘要】：無人水下航行器(UUV)在軍事及民用領域有著廣泛的應用前景,一直以來備受各國重視。動力技術是制約其發(fā)展的關鍵技術,對于航行器有著重要的作用。目前UUV主要使用電動力推進,而現有電池的比能量無法滿足航行器對長運行時間的需求,所以研究高密度燃料電池或熱電混合動力系統(tǒng),尋求新的動力系統(tǒng)解決途徑,對提高UUV航程,增強整體性能有著重要意義。本文提出了一種以金屬Li及SF_6為能源、水為工質的熱電聯合閉式循環(huán)動力系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)具有低輸出功率、高能量密度、產物無需排放等優(yōu)點,是一種理想的UUV動力系統(tǒng)。論文論證了系統(tǒng)方案的可行性,研究了熱管反應器中燃燒、流動、換熱等問題,分析了蒸發(fā)器及冷凝器中的換熱過程,討論了微型渦輪機的流場特性,提出了穩(wěn)態(tài)參數設計方法,進行了系統(tǒng)級的動態(tài)仿真研究,開展了子系統(tǒng)驗證試驗。全文主要工作如下:(1)提出了一種全新的應用于UUV的熱電聯合閉式循環(huán)系統(tǒng)方案。建立了系統(tǒng)的仿真計算模型,分析了工質參數對系統(tǒng)熱效率的影響規(guī)律,得到了提高蒸發(fā)器進口溫度、壓力,減小冷凝器進口壓力可以提高系統(tǒng)效率的結論,確立了系統(tǒng)熱力參數的范圍。(2)深入研究了一種新型熱管反應器內的能量轉換過程。建立了沿程表面蒸發(fā)的Li液在吸液芯內流動質能匹配方程,得出了吸液芯絲網目數對有效浸潤高度的影響規(guī)律,以及吸液芯熱流密度和有效浸潤高度之間的制約關系。建立了含有不凝氣體的Li蒸汽冷凝換熱模型,獲得了不凝氣體及運行工況對冷凝換熱的影響規(guī)律。研究揭示了熱管反應器內流動、換熱規(guī)律,可為吸液芯設計、運行工況選擇提供指導。(3)建立了具有相變過程的蒸發(fā)器及冷凝器的管內一維流動、換熱模型。對工質沿流動方向的溫度、壓力分布規(guī)律,以及蒸發(fā)、凝結過程中的熱阻分配規(guī)律及換熱性能進行了分析。在研究范圍內,得到了換熱器流量及結構尺寸對于換熱過程影響最大,壁面溫度影響次之,進口溫度影響最小的結論。研究結果可以為換熱器設計、樣機性能預示提供依據。(4)建立了部分進氣、沖動式微型渦輪機流場三維數值仿真計算模型,設計了微型噴管及渦輪葉片,通過數值仿真對蒸汽的流動及能量轉換過程進行了分析。結果表明,斜噴管出口處存在膨脹不均勻性,氣流發(fā)生偏轉。在連接噴管及葉片的過渡區(qū)域,存在尾跡損失及摻混損失,渦輪機葉片進口馬赫數沿周向分布不均,進氣區(qū)域與非進氣區(qū)域差異顯著。提出了利用功率損失系數估算渦輪機內部損失的方法,利用該方法可以在同一軟件環(huán)境進行系統(tǒng)級參數設計時,快速、合理地估算渦輪機的效率。(5)提出了熱電聯合閉式循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數設計方法,并給出設計參數。基于質量守恒、能量守恒方程,將蒸發(fā)器及冷凝器進行分區(qū),建立了移動邊界數學模型、渦輪機的穩(wěn)態(tài)模型及集液器的動態(tài)模型。明確了各主要部件的接口關系,建立的系統(tǒng)動態(tài)模型,可采用直接求解的方法實現系統(tǒng)級的動態(tài)仿真計算,獲得了系統(tǒng)在循環(huán)工質流量變化條件下的動態(tài)響應特性。研究結果可以為樣機設計及試驗提供依據。(6)開展了熱管反應器系統(tǒng)及渦輪機系統(tǒng)地面原理樣機單項試驗,驗證了設計方案的可實現性及理論研究的正確性,獲得了子系統(tǒng)的運行特性,為進一步開展系統(tǒng)集成試驗打下了基礎。
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U674.941;TJ6
【圖文】：

圖 1-1“蛟龍?zhí)枴鄙詈摵狡髌骷夹g領域，我國科技工作者同樣有著可喜的成績滑翔機[15-17]成功通過測試，創(chuàng)造了中國水下滑翔徑 0.3 米，重約 70 千克，最大工作深度 1500 米，間斷工作 30 天左右；其負載能力 5 千克，可以搭探測。“海燕”水下滑翔機如圖 1-2 所示。

圖 1-2“海燕”水下滑翔機在海洋探測、搜尋工作中具有很大的需求。在沉船打撈常可以看到水下航行器的身影。而最為引人注目的，當機失蹤事件“藍鰭金槍魚-21”自主航行器在搜救工作中水下搜尋研發(fā)的設備，其下潛深度達水下 4500 米，搭水下物體。由于其擅長在較短距離內定點查找，而需要無果后，最終放棄任務。盡管沒有找到客機黑匣子，但，代表了現階段無人水下航行器的發(fā)展水平�！八{鰭金槍示。

圖 1-2“海燕”水下滑翔機在海洋探測、搜尋工作中具有很大的需求。在沉船打撈常可以看到水下航行器的身影。而最為引人注目的，當機失蹤事件“藍鰭金槍魚-21”自主航行器在搜救工作中水下搜尋研發(fā)的設備，其下潛深度達水下 4500 米，搭水下物體。由于其擅長在較短距離內定點查找，而需要無果后，最終放棄任務。盡管沒有找到客機黑匣子，但，代表了現階段無人水下航行器的發(fā)展水平�！八{鰭金槍示。

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 邱金榮;賈臻;龔自力;徐俊峰;;船用換熱設備選型分析及小型化技術應用[J];艦船科學技術;2012年10期

2 胡燦;李敏霞;馬一太;付興;;小通道內的冷凝換熱模型分析[J];機械工程學報;2012年24期

3 徐斌，趙亞濱，王政偉;換熱設備實驗室的設計與建設[J];實驗室研究與探索;1996年04期

4 黃德斌;鄧先和;朱冬生;歐陽惕;;氣流橫向沖刷圓殼管束換熱試驗研究[J];石油化工設備;2006年02期

5 張長樹;;冷凝器換熱管泄漏原因及改進措施[J];設備管理與維修;2008年06期

6 陳春雄;張光慶;;核級不銹鋼換熱管的國產化與標準[J];電站輔機;2012年03期

7 孫德鋒;;汽-水換熱器冷凝水深冷換熱的設計[J];管道技術與設備;2012年05期

8 劉明;張應遷;柳忠彬;唐克倫;;換熱管振動特性研究[J];機床與液壓;2013年11期

9 吳丁毅,劉松齡;轉動園盤上可壓縮流動換熱的計算研究[J];航空動力學報;1988年02期

10 金葉玲;;換熱設備的(火用)分析[J];淮陰工業(yè)�？茖W校學報;1997年02期

相關會議論文 前10條

1 張明明;路遙;;換熱管的腐蝕研究進展[A];中國化工學會2011年年會暨第四屆全國石油和化工行業(yè)節(jié)能節(jié)水減排技術論壇論文集[C];2011年

2 林洪亞;林榕端;;火用分析法在換熱設備中的應用[A];第三屆全國化學工程與生物化工年會論文摘要集（上）[C];2006年

3 武振鋒;梅元貴;許建林;吳玲飛;;管形狀對平片換熱芯片傳熱性能影響的試驗[A];2006年石油和化工行業(yè)節(jié)能技術研討會會議論文集[C];2006年

4 吳冬梅;賈力;;水平單管外混合氣體對流冷凝換熱的理論研究[A];第七屆全國工業(yè)爐學術年會論文集[C];2006年

5 陳孫藝;曾旭東;陳斯紅;;換熱工藝設計智能化技術[A];中國化工學會2011年年會暨第四屆全國石油和化工行業(yè)節(jié)能節(jié)水減排技術論壇論文集[C];2011年

6 林清宇;馮振飛;王軍;林榕端;;換熱管內自旋扭帶轉速的計算[A];安全與可靠性——2006流體機械與壓力容器技術論壇論文集[C];2006年

7 林清宇;郭方文;林宏亞;林榕端;;換熱管內自旋紐帶研究[A];提高全民科學素質、建設創(chuàng)新型國家——2006中國科協(xié)年會論文集（下冊）[C];2006年

8 林清宇;林靖宇;林榕端;;內置自旋扭帶換熱管流阻的計算[A];2007年石油裝備學術研討會論文專輯[C];2007年

9 宋靈濤;韓寶坤;鮑懷謙;武同華;;余熱器換熱管模態(tài)分析與實驗研究[A];2012'中國西部聲學學術交流會論文集(Ⅱ)[C];2012年

10 張冠敏;林頤清;周守軍;田茂誠;;換熱設備動態(tài)特性仿真系統(tǒng)設計[A];全國暖通空調制冷2002年學術年會論文集[C];2002年

相關重要報紙文章 前10條

1 實習生/張薇 記者/李鐵剛;遠大換熱開發(fā)高端產品搶占市場[N];鐵嶺日報;2009年

2 本報記者 姜小毛　通訊員 木水;在換熱領域釋放“正能量”[N];中國化工報;2013年

3 記者 姜小毛　通訊員 楊湃;蒸發(fā)冷卻技術改變傳統(tǒng)換熱工藝[N];中國化工報;2010年

4 魏雙林;“創(chuàng)新工程”成就石墨換熱利器[N];中國建材報;2014年

5 王廷俊;換熱設備：發(fā)展模型化和強化傳熱技術[N];中國化工報;2007年

6 李沐楊;大型高效換熱設備為節(jié)能助力[N];中國石化報;2007年

7 本報記者 姜小毛　通訊員 楊湃;走研發(fā)與市場結合之路[N];中國化工報;2012年

8 ;河北滄州市萬潤工業(yè)不銹鋼公司銳意向前[N];現代物流報;2008年

9 本報記者 楊娜　通訊員 木子;工業(yè)換熱領域新增強大技術支撐[N];中國電力報;2013年

10 記者 崔博;換熱設備博覽會高峰論壇舉行[N];鐵嶺日報;2010年

相關博士學位論文 前10條

1 潘小莉;基于自然冷資源利用的降溫加濕系統(tǒng)試驗研究[D];東北農業(yè)大學;2016年

2 裴鑫巖;航空煤油超臨界換熱與氧化結焦理論與實驗研究[D];清華大學;2016年

3 任國哲;基于油氣兩相流的航空發(fā)動機軸承腔流動換熱研究及回油結構改進設計[D];西北工業(yè)大學;2016年

4 白杰;無人水下航行器新型熱電聯合閉式循環(huán)動力系統(tǒng)研究[D];西北工業(yè)大學;2016年

5 孫方田;含油超臨界CO_2冷卻換熱理論與實驗研究[D];天津大學;2007年

6 龔嶷;石化、火電工業(yè)用換熱管的腐蝕失效分析及其性能評價[D];復旦大學;2012年

7 胡海濤;R410A—潤滑油混合物管內流動沸騰換熱和壓降特性的研究[D];上海交通大學;2008年

8 艾青;熱輻射與高速流耦合換熱的數值研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

9 張強;換熱管及內外流體多場耦合數值分析方法研究[D];東北石油大學;2011年

10 王治云;開口腔內耦合換熱的模擬及其解的非線性分析[D];上海理工大學;2011年

相關碩士學位論文 前10條

1 王清偉;蒸發(fā)器內置毛細管開孔特性對蒸發(fā)器換熱的影響[D];天津商業(yè)大學;2015年

2 李雄;汽車尾氣余熱脈動熱水供暖系統(tǒng)設計與研究[D];上海工程技術大學;2015年

3 雷舒蓉;汽車空調系統(tǒng)的仿真計算研究[D];山東大學;2015年

4 趙錫錦;一種新型雙溫空調器的開發(fā)及設計研究[D];西安建筑科技大學;2015年

5 劉宜仔;換熱管內插組合扭帶強化傳熱實驗與數值模擬研究[D];廣西大學;2015年

6 任峴樂;小型蓄冷空調系統(tǒng)末端換熱研究[D];河南科技大學;2015年

7 英鵬;煉化廢液焚燒飛灰粒子沉積與分布特征研究[D];大連理工大學;2015年

8 胡建峰;熱推力器層板換熱芯流動與傳熱分析[D];國防科學技術大學;2013年

9 陳yN;CO_2近臨界點冷卻換熱的理論分析與實驗研究[D];華北電力大學;2015年

10 張璐;貼附式毛細管網末端換熱的影響因素分析[D];河北工程大學;2016年

本文編號：2792761