俄罗斯间冷回热循环技术研究

俄罗斯作为航空动力大国,在间冷回热循环技术方面做了大量研究,并取得一定成果。介绍了俄罗斯在间冷回热技术领域开展的理论研究,对各种间冷和回热组合循环的应用效果进行了阐述,给出了该项技术在燃气轮机上的应用案例。最后从俄罗斯对间冷回热技术的发展规划、研究机构提出的间冷回热实施方案及其关键技术等方面,分析了间冷回热技术在航空发动机上的应用前景。     

欧盟间冷回热循环燃气涡轮发动机发展综述

作为一种新概念动力技术,间冷回热循环燃气涡轮发动机可满足未来推进装置对成本控制、环境友好性和燃料高效利用等方面的要求。概述了间冷回热发动机的结构特点和性能优势,并详细介绍了欧盟根据第5和第6框架协议所开展的间冷回热涡扇发动机研发工作及取得的成果。结合航空发动机的特点,指出研制和发展新型间冷回热航空发动机的关键,在于结构紧凑、换热效率高、质量轻的间冷器和回热器的创新设计,间冷回热循环在航空领域的应用还将面临一系列挑战。     

WR-21舰船用燃气轮机的设计特点

WR-21燃气轮机是效率高、结构紧凑、可靠性高、维护性好的先进舰船用燃气轮机。介绍WR-21燃气轮机的工作原理和技术优势,总结其继承航空发动机技术与经验和创新采用间冷回热循环的设计特点,以为中国研究与研制舰船用燃气轮机提供参考与借鉴。     

间冷回热燃气轮机发展现状

概述了国内外间冷回热燃气轮机的发展现状;结合国内情况,提出了发展大功率舰船用燃气轮机的建议。     

燃气轮机间冷器结构改进试验研究

为了分析间冷器翅片高度、翅片厚度、隔板厚度等结构参数对换热性能的影响,根据船用间冷循环燃气轮机长期工作在海洋环境的性能要求及结构特点,初步设计了机上间冷器,并对其进行了试验验证。根据前期验证结果,对间冷器结构进行了迭代改进。结果表明:在一定范围内,翅片高度增加导致换热效率降低和总压恢复系数增大;翅片厚度增加,导致换热效率提高和总压恢复系数减小;隔板厚度增加导致换热效率降低。     

间冷回热循环发动机间冷器流动换热性能试验

试验获取了各个状态下间冷器试验件冷气、热气通道进出口气流的总温、总压等参数,进而获得间冷器的流动阻力特性和换热特性。评估了间冷器流动换热性能,并与理论计算结果进行对比分析。结果显示:热气通道流体压力损失系数理论计算值与试验值吻合良好;冷气通道压力损失系数随冷气雷诺数的增加逐渐降低,理论计算值低于试验值;随着冷气流量的增大,间冷器换热效率先降低,当间冷器冷气通道流量大于热气通道流量时,换热效率开始逐渐升高;换热效率理论设计值与试验值误差较小,换热效率随着热气冷气温比的增大先略有升高,随后基本保持不变。     

间冷回热循环发动机间冷器结构设计与工艺研究

为支持间冷回热循环发动机技术研究,根据Realizable k-ε湍流模型分析结果,设计了CC型交叉波纹板式间冷器。综合考虑气动、结构、传热、强度、工艺等因素,确定了间冷器的主要结构特征,拟定了结构设计方案。并与加工单位制定了详细可行的工艺流程,完成了间冷器加工。经试验验证,理论计算结果与试验结果吻合,CC型交叉波纹板式间冷器换热性能良好。可为航空发动机用间冷器设计加工提供参考。     

间冷回热循环发动机回热器套管结构优化

以减小回热器管束内流量分配不均匀度和套管质量为目的,利用Isight集成CFD建模和仿真流程,优化间冷回热循环发动机回热器套管结构尺寸,同时还分析了单个及多个套管结构对回热器流量均匀度的影响。结果表明,单套管长度为135 mm时,回热器内不均匀度最低,为0.274 22;两套管结构套管长度分别为75 mm和203 mm时,不均匀度最低;三套管结构套管长度分别为23 mm、121 mm和78 mm时,不均匀度最低。前端套管对回热器不均匀度的影响最大,回热器中套管数目越多其不均匀度越大。     

舰船燃气轮机问冷器优化设计与性能分析

板翅式换热器由于其高效紧凑的换热特点成为目前舰船燃气轮机间冷器的首选形式。借助板翅式换热器内部流动通道的换热和压降计算方法,针对舰船燃气轮机特点设计了模块化间冷换热器,并进行了间冷器结构参数优化分析。结合间冷器冷热介质流量对其性能的影响,合理优化设计冷热介质流量参数,分析了在燃气轮机非设计工况下间冷器的效率和气侧总压恢复系数的变化情况。     

间冷燃气轮机预防凝析问题研究

针对间冷燃气轮机过程控制,提出了湿空气凝析问题.以湿空气等压和等温热力学状态变化为基础,分析了间冷燃气轮机压缩、间冷过程湿空气状态变化特征,推导了湿空气经过低压压气机压缩与间冷器冷却后状态参数的变化关系,得出了只有在间冷过程才会发生湿空气凝析的结论,建立了湿空气凝析的条件判别式.以在线测量参数可获取性为基础,建立了以间冷后静温为控制目标的多参数的逻辑控制方法,并结合工程实例对转换的控制静温进行了精度分析,结果表明其误差在0.6‰以内,编制了工程适用的间冷燃气轮机控制程序,并给出了全工况运行的控制方案.      

ICR循环燃气轮机的仿真研究

采用MATLAB和VC混合编程的方法,建立了不同循环燃气轮机的热力性能仿真模型,并利用该模型对比研究了压比、燃气初温、间冷度、回热度等参数对ICR(间冷-回热)循环比功和效率的影响.研究表明:在给定条件下,合理匹配压比、燃气初温、间冷度和回热度等参数,可使ICR循环的比功和效率均达到最大;与单循环相比,ICR循环的比功...     

某型间冷燃气轮机热力计算方法研究

为提高航改燃气轮机的性能,以现有的简单循环的某型燃气轮机为基础开展了间冷循环研究:采用牛顿迭代法和循环迭代算法,分别对以该燃气轮机核心机为基础发展的间冷循环燃气轮机进行了热力计算和比较,并进行了该间冷循环燃气轮机的设计点方案论证。     

间冷对燃气轮机燃烧室性能的影响

间冷循环可使燃气轮机功率提高且耗油率降低,但由于间冷的介入,燃烧室的喷油量和容热负荷会大幅增加,这必然导致燃烧室性能的恶化。采用数值模拟的方法,对比研究了在标准工况和间冷后增容工况下燃烧室冷态流场和燃烧性能的差异,并提出组合涡诱导结构以解决间冷给燃烧室带来的问题。结果表明:间冷后压力损失增加了135%,燃烧后高温区偏心严重,燃烧效率、出口温度分布系数等明显降低;使用组合涡诱导控制结构后燃烧效率可提高1.6%,且出口温度分布改善明显。     

1 次表面换热器在舰船燃气轮机间冷系统中的应用

1次表面换热器凭借其高效紧凑的换热特点特别适用于舰船燃气轮机的间冷系统中。为其在燃气轮机间冷系统的应用提供设计指导,在保证间冷系统性能要求的前提下减小间冷器的尺寸和体积,开展液-气1次表面换热器的换热性能和压降研究。针对舰船燃气轮机设计点间冷器的典型热力参数和布置特点,设计了满足间冷系统性能要求的间冷器模块,给出并分析了所设计的间冷器在不同冷却淡水温度和流量下的换热器性能。结果表明:在燃气轮机非设计工况下间冷器的气侧出口温度和压降会随着燃气轮机负荷的下降呈近似线性下降,在燃气轮机低负荷时需注意气体中水冷凝问题。     

舰船燃气轮机间冷系统流动参数优化分析

在传统换热器的设计理论和方法的基础上,进行了燃气轮机间冷系统的优化设计。使用VB程序语言和VS平台开发了辅助间冷系统设计程序,利用该程序进行了某参数条件下燃气轮机间冷系统的初步设计,并分析了不同液侧进口参数对间冷系统性能的影响。分析结果表明：乙二醇水溶液流量和海水流量的增加都可以提高间冷系统性能,但流量不是越大越好,应根据条件合理选择流量;海水温度对间冷系统效率的影响很显著,优化设计时要加以考虑。     

航改大功率、高效率舰船燃气轮机的

为适应舰船战术性能和舰船吨位级别提高的要求,迫切需要研究大功率、高效率舰船燃气轮机.通过对国内外战舰主动力装置进行分析,认为中国开发40000kw的大功率燃气轮机是十分必要的,利用现有航空发动机的技术资源优势,采用先进的间冷技术是发展大功率、高效率舰船燃气轮机的1条现实可行的技术途径,既可以提高燃气轮机在设计工况下的功率和热效率,又能保持在低工况下的高效率.     

舰船燃气轮机技术的发展途径

分析了国外舰船燃气轮机的发展的现状、趋势和技术途径,结合中国舰用燃气轮机的研制情况,提出了中国舰船燃气轮机的发展策略,即走航空发动机改型的道路。