机械功在热能与动力工程中的应用与优化

探讨了工程热力学中的体积功、流动功、技术功、轴功等几种机械功的物理意义和相互之间的关系,分析了其在热能与动力工程领域中的实际应用,提出了优化几种机械功的应用方案。通过调整混合气余气系数、调整滑油温度、废气利用等方式可提高航空活塞发动机曲轴功,提高发动机热效率;提高压气机增压比可提高燃气涡轮发动机热效率,增大发动机推力;采用定温压缩和级间冷却可降低空调、制冷装置压缩机的压缩功,节约电能;充分冷却热力发电装置中冲击汽轮机做功后的水蒸气可以减少水泵加压所消耗的轴功,减少水泵的功率和数目。

对转涡轮盘腔内各参数变化对转盘壁面摩擦力矩的影响

对转涡轮盘腔内壁面摩擦力矩的大小直接影响盘腔内气体流动结构和换热效率,进而影响对转涡轮发动机的性能。应用RNG k-ε湍流模型对对转涡轮盘腔内气体流动进行了数值模拟,研究了对转涡轮盘腔间距、中心进气流量、转盘转速的变化对盘腔内壁面摩擦力矩的影响。数值模拟结果表明,盘腔间距在计算范围内的变化对转盘壁面摩擦力矩的影响不明显;转盘壁面摩擦力矩随中心进气流量和转盘转速的增大而增大。

同速对转涡轮盘腔内流动和换热特性

为研究对转盘旋转速度对盘腔内换热效果的影响,应用RNG k-ε湍流模型对中心进气、径向出流的同速对转涡轮盘腔内的流动和换热特性进行了数值模拟。揭示了盘腔内气体的流动结构、两盘壁面边界层内的径向速度、换热效率以及壁面温度分布特征,并进一步探究了转盘转速对上述流动和换热特征的影响规律。结果表明:对转盘腔内存在两个反向的回流涡胞,这两个涡胞的相对大小以及相遇的滞止点位置取决于进气惯性力和旋转力的相对大小;转盘近壁面流体径向流动速度与盘壁面的对流传热系数呈正相关变化;对于上游盘,低转速范围时转速对壁面换热影响取决于旋转径向力和进气惯性力对上游盘近壁面流体流动驱动作用的相对大小,高转速范围内增大转速,上游盘壁面传热系数增大,壁面温度降低;对于下游盘,壁面低半径区域的对流传热系数随转速增大而减小,而高半径区域的对流传热系数随转速增大而增大。