内燃波转子发动机循环分析

为研究内燃波转子发动机性能变化规律,建立内燃波转子发动机的气动热力循环分析模型,开展了内燃波转子对燃气轮机总体性能的影响研究,并进行影响内燃波转子发动机总体性能的参数分析,且针对现役涡轴发动机,结合波转子技术,给出5种组合方式。结果表明内燃波转子能够显著地提高燃气轮机的总体性能,循环功最大提高39%,耗油率最大降低28%。提高涡轮进口温度可以提高内燃波转子发动机的总体性能;存在使循环功达到最大值的最佳压气机压比,且涡轮进口温度越高,最佳压气机压比越大。在基准燃气轮机与内燃波转子的组合方式中,保证压气机部件以及涡轮进口温度不变,能最大限度地提高燃机轮机的性能。

波转子的驱动力形成机理数值模拟研究

自旋波转子用气流的驱动力维持转子旋转,能够显著简化波转子发动机系统结构、提高可靠性。通过数值模拟方法研究不同几何通道内部流动现象对切向驱动力的影响,解释波转子的驱动力形成机理。结果表明:弯曲几何通道中的激波/膨胀波在传播过程中,波面发生倾斜,导致每个通道上下壁面间存在压差,多个通道的正向压差累积最终形成正向驱动力,实现波转子自旋。

四端口通流波转子的波系分析

针对用于燃气轮机的四端口通流波转子,首先将通道内部复杂的压力波系简化,建立解析的数学模型,并依据国外的实验结果验证其正确性,最终用该解析模型分析波转子的边界条件、波系结构、性能以及压气机、涡轮、燃烧室的相关参数之间的关系.结果表明:提高波转子的高压空气出口反压可以有效提高波转子压比,这是波转子内部波系整体性增强的结果;合理地设计压气机与涡轮可以优化波转子的性能;波转子与燃烧室的匹配会制约燃烧室的设计,而提高燃烧室的总压恢复系数则有利于波转子压缩效率的提高.

基于流量平衡的波转子初步设计方法

波转子可以在不提高涡轮前温度的条件下提高燃气轮机循环的最高温度以及增压比,进而改善燃气轮机性能.本文提出了一种解析的波转子初步设计方法,在其中引入流量平衡约束条件,并用数值模拟验证了该方法的设计精度.该方法求解得到波转子的参数化设计空间,并由此归纳出波转子增压性能与压缩空气品质的优化设计方法.

空气/烟气组合对波转子发动机性能的影响

针对波转子作为燃气轮机高压级构成的波转子发动机,考虑波转子普遍存在的烟气回流、空气排放现象及其形成的空气/烟气工质组合,建立热力学控制方程组,对波转子发动机总体方案进行对比和参数分析,并且基于热力循环模型分析参数影响关系的热力学原理。分析结果表明:烟气回流和空气排放的流量比例的增加会在不同程度上降低波转子发动机的循环功与热效率;烟气回流对总体性能的影响程度小于空气排放;适当提高波转子压比可以在考虑烟气回流和空气排放影响的前提下保持波转子发动机的总体性能。