下载文档原格式
收稿日期：2020-09-04基金项目：航空动力基础研究项目资助作者简介：郑华雷（1987），男，硕士，工程师，从事航空发动机总体性能设计工作；E-mail ：****************。
引用格式：郑华雷，蔡建兵，黄兴.基于多设计点方法的涡轴发动机热力循环分析及应用[J].航空发动机，2023，49（1）：41-46.ZHENG Hualei ，CAI Ji⁃anbing ，HUANG Xing.Turboshaft thermodynamic cycle analysis based on multi-design point method[J].Aeroengine ，2023，49（1）：41-46.基于多设计点方法的涡轴发动机热力循环分析郑华雷，蔡建兵，黄兴（中国航发湖南动力机械研究所，湖南株洲412002）摘要：针对航空发动机设计中涉及多性能需求和多约束条件的热力循环分析问题，提出了多设计点热力循环分析方法。
详细介绍了多设计点热力循环分析方法的构建以及求解过程，用单设计点方法和多设计点方法对单转子燃气发生器带自由式动力涡轮的涡轴发动机进行热力循环分析，并分析了2种方法得到的设计域。
结果表明：在由传统单设计点方法所获得的设计域内的某些区域，由于性能需求和使用限制的矛盾而不可行，而在这部分不可行区域内，有可能包含性能最优的设计点，从而使最优设计点不可行；在多设计点方法分析中，采用了多个（或所有）有性能需求和使用限制的工作状态作为其设计点，可以在合适的工作状态选取正确的设计变量，从而使设计域内的每一设计点都满足所有工作状态的要求。
关键词：热力循环分析；单设计点方法；多设计点方法；性能需求；多约束条件；涡轴发动机中图分类号：V231.1文献标识码：Adoi ：10.13477/ki.aeroengine.2023.01.005Turboshaft Thermodynamic Cycle Analysis Based on Multi-Design Point MethodZHENG Hua-lei ，CAI Jian-bing ，HUANG Xing（AEEC Hunan Aviation Powerplant Research Institute ，Zhuzhou Hunan 412002，China ）Abstract ：A multi-design point method was developed to investigate the thermodynamic cycle analysis utilizing multiple performance requirements and multiple constraints in the aircraft engine design process.This paper illustrates the construction and solution process to perform on-design cycle analysis at more than one operating conditions.Cycle design spaces of a single rotor gas generator turbshaft engine with a free power turbine created by the two different design methods were examined.Analysis of the design space demonstrates that theconflict between technology limits and performance requirements at off design operating conditions makes some region of design space ，maybe contains the optimum candidate engine ，created by single design method infeasible ，in the meanwhile ，multi-design point method ，which incorporates multiple （all ）operating conditions where performance requirements and constrains are specified ，can set the design variables at the appropriate operating conditions while meeting the specified performance requirements and constraints for all operating con⁃ditions .Key words ：thermodynamic cycle analysis ；single design point method ；multi-design point method ；performance requirements ；technology limits;turboshaft航空发动机Aeroengine0引言燃气涡轮发动机热力循环分析用于确定发动机的几何尺寸和全包线内的性能，是发动机设计过程中极为重要的一环。
涡轮循环供热系统工作原理
涡轮循环供热系统是一种利用燃气涡轮发电机的废热来供应热水和蒸汽的热力循环系统。
其工作原理如下：
1. 发电过程：燃气涡轮发电系统中的燃气进入燃烧室燃烧，高温高压的燃气推动涡轮旋转，令发电机产生电能。
2. 高温废热回收：在燃气涡轮发电过程中，产生了大量废热。
为了利用这些废热，系统将燃气涡轮发电机的排气高温废热通过烟气热交换器与循环介质进行换热，将部分高温废热转换为热水或蒸汽。
3. 余热利用：烟气热交换器中的循环介质吸收了废热后变热，并通过循环泵将其送入供热系统中。
供热系统中的热水或蒸汽可用于供暖、生活热水或其他热能需求。
4. 冷凝回收：在循环过程中，循环介质中带有高温热水或蒸汽被用于供热后，经过热交换器后变冷凝，形成低温的液体循环介质。
这部分低温液体循环介质被送回燃气涡轮发电机的进气系统，实现循环利用。
通过涡轮循环供热系统，废热得到了有效利用，可以提高能源利用效率并减少环境污染。
该系统被广泛应用于发电厂、锅炉房、工业生产等领域，具有节能环保的优势。
热力发电厂动力循环和热经济性分析热力发电厂是一种通过燃烧燃料产生热能，并利用其驱动蒸汽涡轮机发电的设备。
热力发电厂的动力循环和热经济性分析是对其操作和性能进行评估的重要工作。
热力发电厂的动力循环主要分为热力循环和动力循环两个部分。
热力循环是将燃烧产生的热能转化为蒸汽的过程，而动力循环则是利用蒸汽驱动涡轮机产生动力的过程。
热力循环中，首先将燃料燃烧产生的热能转移到锅炉中的水中，使其蒸发转化为高温高压蒸汽。
然后，高温高压蒸汽通过管道输送到涡轮机中，驱动涡轮机旋转。
涡轮机通过轴传动将旋转动能转化为电能，同时将蒸汽排出。
已排出的低温低压蒸汽再经过凝汽器冷却、液化为水，然后再回到锅炉中进行循环使用。
热力循环的目标是提高燃料的利用率和系统的热效率。
为了实现这一目标，需要优化燃烧过程、提高锅炉的热交换效率、减少管道的能量损失等。
热力循环的性能评估主要通过计算热效率、汽轮机效率、锅炉效率等指标来进行。
热经济性分析是对热力发电厂进行经济性评价的重要方法。
热经济性分析主要包括成本分析、收益分析和敏感性分析。
成本分析主要是对热力发电厂的运营成本进行评估。
热力发电厂的运营成本主要包括燃料成本、维护成本、设备购置成本等。
通过成本分析可以为热力发电厂的运营提供经济参考，并进行成本控制和优化决策。
收益分析主要是评估热力发电厂的收益情况。
热力发电厂的收益主要来自发电收入，通过分析发电产量、电价、发电效益等因素，可以对热力发电厂的收益进行评估和预测。
敏感性分析是对热力发电厂在不同条件下的经济影响进行评估。
敏感性分析可以分析不同因素对热力发电厂经济性指标的影响程度，并进行风险评估和优化决策。
涡轮引擎热力性能分析一、引言涡轮引擎是一种常见于航空、航海和车辆等领域的高效能动力装置，其高效性能得益于其独特的工作方式、结构及材料。
本文将从涡轮引擎的基本组成、工作原理出发，关注其热力学特性以及评估引擎热力性能的方法和实验研究进展，旨在为涡轮引擎的设计、制造与研发提供一定的理论参考和实验依据。
二、涡轮引擎的基本组成涡轮引擎由涡轮机、压气机、燃烧室和进气和排气系统组成。
其中，涡轮机和压气机为主要组成部分，作为热能转换的核心，涡轮机通过从喷气管中喷出高速气流，利用气流的动能驱动涡轮旋转，将风能转化为机械能；而压气机则负责压缩进入燃烧室的气体，确保燃烧时的高压和高温。
进入燃烧室的混合气体在点火后，燃烧产生高温高压气体，通过喷射口的高速气流驱动涡轮继续旋转，产生动能输出。
排气管将尾气排出，经过化学处理和除尘后，才可排放到空气中。
三、涡轮引擎的工作原理涡轮引擎的工作原理可总结为三个步骤：压缩、燃烧和扩张。
在压缩过程中，气体被压缩成高压状态，并在此过程中增加了温度。
在燃烧过程中，燃料与氧气发生反应，产生高温高压气体。
在扩张过程中，高温高压气体通过喷嘴喷出，并在喷嘴外扩散，产生一定的动能。
这个动能被用来驱动特定机械的旋转，如涡轮机的旋转。
涡轮引擎的优点在于其高效性和可靠性，具有大功率和较高的推力，而且体积小、重量轻，相对于其他传统燃烧发动机，具有卓越的输出动力、高速度和高度适应性。
四、评估涡轮引擎的热力性能涡轮引擎的热力性能对于其设计和优化尤为重要。
可以通过以下方法对其进行评估：（1）热力学循环分析通过热力学循环分析，可以计算出各循环点的温度、压力、功率增量和热效率等参数。
热力学循环分析是评估涡轮引擎热力性能的最基本方法之一，能够为涡轮引擎的性能和设计等问题提供可靠的理论基础。
（2）热工参数测量通过实验方法，对引擎各循环点的温度、压力、工作流量以及功率等参数进行测量，然后根据测量结果对涡轮引擎的性能进行评估，检验和验证分析结果的正确性。
收稿日期：2022-11-02基金项目：军科委基础加强课题（2019-JCJQ-ZD-033-00）资助作者简介：王晓东（1988），男，硕士，工程师。
引用格式：王晓东，芮长胜，张彦军.主燃烧室采用增压燃烧的涡扇发动机热力过程和性能分析[J].航空发动机，2023，49（2）：28-36.WANG Xia⁃odong ，RUI Changsheng ，ZHANG Yanjun ，et al.Thermodynamic process and performance analysis of turbofan engine with PGC in main combnstion chamber [J].Aeroengine ，2023，49（2）：28-36.第49卷第2期2023年4月Vol.49No.2Apr.2023航空发动机Aeroengine0引言接近等容循环的增压燃烧（Pressure Gain Com⁃bustion ，PGC ），相比于等压燃烧，具有循环效率高、燃烧过程自增压等特性[1-3]，在传统涡扇发动机主燃烧室中引入增压燃烧，在发动机总增压比和涡轮前温度主燃烧室采用增压燃烧的涡扇发动机热力过程和性能分析王晓东，芮长胜，张彦军（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）摘要：为了研究主燃烧室采用增压燃烧（PGC ）的涡扇发动机性能，建立了其热力循环过程计算模型，采用考虑增压特性的传统涡扇发动机性能计算方法，分析了增压比、涡轮前温度、涵道比、飞行速度、飞行高度等循环参数对增压燃烧涡扇发动机的性能影响，并与传统涡扇发动机的性能进行了对比评估。
结果表明：增压燃烧发动机循环效率高于等压燃烧发动机的，且加热比越大，增压燃烧发动机性能优势越明显。
初步获得了不同循环参数对增压燃烧涡扇发动机的性能影响规律。
与同参数的传统涡扇发动机相比，在总增压比为25~45、涡轮前温度为1500~1800K 内，增压燃烧涡扇发动机的单位推力增大4.7%~8.6%，耗油率降低4.6%~8.5%；在飞行高度为15km 、马赫数为0~3内，增压燃烧涡扇发动机的推力增大4.1%~27.6%，耗油率降低2.3%~11.4%，并且飞行马赫数越高，增压燃烧涡扇发动机的性能优势越大。
