基于功比例因子的径向流内燃波转子发动机热力循环分析

为研究径向流内燃波转子嵌入基准机性能变化规律,提出不同波转子输出功状态点的性能计算方法,建立了基于功比例因子的径向流内燃波转子热力循环分析模型,在理想和考虑损失的状态下开展了不同热力循环对比研究,并探讨了压气机压比和波转子功比例因子对发动机热力循环性能参数影响规律。结果表明,基准机压比为3.6时,在相同涡轮入口状态下,考虑损失时的径向流内燃波转子循环相较于基准机可以实现净功输出增加53.9%,热循环效率提高44.9%,耗油率降低30.9%。波转子完全作为功率输出部件时,可以实现热循环效率达到0.32左右,纯功输出的径向流内燃波转子更适用于较低压气机压比的基准机。

回流型内燃波转子过渡段与燃料填充段耦合特性研究

为了在回流型内燃波转子进气过渡段内形成高质量的燃料分布,提出一种新型液态燃料喷注结构。采用数值模拟方法,模拟了不同喷油孔喷射位置与射流角度下液态燃料的填充效果,并结合液滴驻留时间、索太尔平均直径以及燃料分布不均匀度,分析了喷油孔喷射位置和射流角度对过渡段与燃料填充段耦合特性的影响规律。研究结果表明,喷射位置为40 mm和60 mm时,在进气过渡段出口截面可以形成相对均匀的燃料分布;增大射流角度后,弯管掺混区形成了较大尺度和较强强度的涡流,使得出口截面燃料分布更加均匀。

内燃波转子燃料填充方案研究

为获得内燃波转子进气端口内可靠的燃料填充方案,研究混气形成规律,采用数值模拟与实验相结合的方法,从燃料分布不均匀度及涡轮径向温度分布要求方面考虑,比较了壁面单孔喷射、单孔逆喷、双孔逆喷以及多孔侧喷四种燃料喷注方案下混气的掺混情况。研究结果表明,单孔逆喷方案实现了与典型涡轮进口温度要求一致的燃料分布,且燃料分布不均匀度适中,距进口150mm以后混气分布不均匀度趋于恒定,确定为最佳方案;主流与喷孔射流以燃料进口压力等于0.3MPa为界,分别主导混气的掺混。

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。

内燃波转子泄漏及密封问题分析

为了说明泄漏对内燃波转子的影响,并探索有效的密封措施,建立了单通道简化内燃波转子模型,利用丙烷为燃料,空气为氧化剂,采用多步详细化学反应机理,数值模拟了泄漏问题对内燃波转子点火及燃烧过程的影响。计算结果表明泄漏的存在严重影响内燃波转子性能,甚至会导致点火失败,当波转子通道端面与定子之间间隙到达0.7mm时,波转子通道内不能形成稳定传播的火焰。冷态密封试验结果表明,采用胀圈密封之后,波转子密封问题得到明显改善,且在进口总压分别为0.01MPa和0.02MPa时,实现了内燃波转子冷态增压效果。

内燃波转子热射流点火装置射流特性研究

为了将热射流点火更好地应用于内燃波转子,采用数值模拟的方法,针对所设计的热射流点火装置进行射流特性研究,分别研究了流量变化与喷管结构对热射流特性的影响。研究结果表明随着进口流量的增加,射流核心长度增加,而喷管出口面积减小并不能增加射流核心长度,如在进口流量为1.23g/s时,喷管直径小于7mm后射流核心长度急剧下降,但是喷管出口面积减小大幅度增加了射流动量。在相同位置特征截面上,核心区射流能量随质量变化呈线性分布,动量呈二次分布。

离心力场对内燃波转子火焰传播特性的影响

为了揭示离心力对内燃波转子火焰传播特性的影响,建立了内燃波转子燃烧过程的简化模型,数值模拟了不同离心力场强度下波转子通道内的燃烧过程。研究结果表明,离心力只在一定范围内对火焰传播起到加速作用,且这种影响与预混气当量油气比Φ有关,当Φ=1.0时,作用范围为[0~250g],在Φ=0.6,0.8时,作用范围为[0~700g];离心力场对内燃波转子火焰传播特性的影响机制是导致火焰锋面变形,进而引起火焰传播速度变化。

爆震发动机研究进展

爆震发动机是一种新型热力循环动力系统,具有释放速率快、自增压、热循环效率高、推重比大等优点,是目前倍受关注的新概念发动机。简要介绍了四种爆震发动机,总结了其研究现状、发展历史以及发展趋势,分析了开展爆震发动机研制必须解决的主要技术问题,展望了爆震发动机未来广阔的军民用应用前景,可为爆震发动机的相关研究与工程应用提供借鉴和参考。

单通道内燃波转子燃烧性能实验

建立简化单通道内燃波转子系统,以连续热射流的点火方式,采用实验方法研究了点火位置,射流作用时间,初始预混气当量油气比对波转子通道内点火及燃烧性能的影响.结果表明:随着射流逐渐推近,喷管出口距波转子通道38mm附近时,对点火不利,但点火位置对火焰锋面发展影响不大;在不同当量油气比下,射流作用时间对波转子通道内燃烧过程压力增益具有不同的影响规律,同时火焰锋面倾斜角随着射流作用时间增加而有所减小;当量油气比为2.0时不利于波转子内组织燃烧,且此时火焰锋面出现反向倾斜,倾斜角高达58°.