新型300Hz环路双作用热声发动机的系统性能分析和输出特性

ChineseJournalofTurbomachinery

ResearchonPerformanceofDual-rotorTurbofanEngineBasedonGasTurbTM*Yu-zhouMing1Zhi-taoZhou2ShuFan3HaiZhang4,*(1.ChinaInstituteofAtomicEnergy；2.AECCSichuanGasTurbineEstablishment；3.HarbinBoilerCompanyLimited；4.HarbinEngineeringUniversity)Abstract：Basedontheresearchresultsconcerningcharacteristicsofturbofanenginesanditscomponentsathomeandabroad,thispapertakesacertainmodelofdual-rotorhighbypassratioturbofanengineE3astheresearchobject,andestablishsdynamiccomponentmodelsthroughtheGasTurbTMsimulationplatform.Basedonthesimilaritytheoryandmodelingprinciple,thestudyofthecharacteristicsconcerningthecorecomponentswascarriedoutundertheconstraintsofmatchingoperatingpoints.theoverallperformanceandoperatingcharacteristicsoftheaero-enginecouldbeobtainedunderunsteadyconditions.Theresearchresultsshowthatthecoreefficiencyofthedual-rotorengineaugmentwiththeincreaseofthehighandlowpressurerotorspeed.Withtheimprovementofthetemperatureinfrontoftheturbine,thethrustgraduallyincreases,andthefuelconsumptionfirstincreasesandthendecreases;It'saobviousimpactonfuelconsumptionthatthedegreetowhichtheturbochargerratiodeviatesfromthedesignvalue.Keywords：CoreEngine;Dual-rotorEngine;ThrustandFuelConsumption;SimilarityTheory;OverallMachineMatching摘要：基于国内外涡扇发动机及其部件特性研究结果，本文旨在以双转子高涵道比涡扇发动机E3某型号为研究对象，通过GasTurbTM仿真平台，建立动态部件模型。基于相似理论及模化原理，在核心机工作点匹配约束条件下，对其部件特性进行研究，从而获得航空发动机在非稳定工况下的整机性能和工作特性。研究结果表明：在其他条件一定的情况下，双转子发动机的核心机效率和流量随高低压转子转速的增大而增大，伴随着涡轮前温度的升高，推力逐渐增大，耗油率先增大后减小；高压压气机的增压比偏离设计值的程度对油耗影响较为明显。关键词：核心机；双转子发动机；推力与油耗；相似理论；整机匹配中图分类号：V43；TK47文章编号：1006-8155-（2023）05-0022-06文献标志码：ADOI：10.16492/j.fjjs.2023.05.0004明玉周1周志涛2樊澍3张海4,*(1.中国原子能科学研究院；2.中国航发四川燃气涡轮研究院；3.哈尔滨锅炉厂有限责任公司；4.哈尔滨工程大学)基于GasTurbTM的双转子涡扇发动机性能研究*

第猿苑卷袁总第圆员远期圆园员怨年苑月袁第源期叶节能技术曳耘晕耘砸郧再悦韵晕杂耘砸灾粤栽陨韵晕栽耘悦匀晕韵蕴韵郧再灾燥造郾猿苑袁杂怎皂郾晕燥郾圆员远允怎造郾圆园员怨袁晕燥郾源 猿园园噪宰功率等级韵砸悦发电机组试验系统搭建与性能测试孙 茴员袁王蒲伟圆袁韦钰芳员袁李 顺员袁姚恩亮员袁戴 宁员袁胡哺松员袁段 捷圆渊员援中国长江动力集团有限公司袁湖北 武汉 源猿园园园园曰圆援中国航天科技集团第六研究院袁陕西 西安 苑员园园园园冤摘 要院为了检验长动集团自主设计生产的悦栽猿园园型韵砸悦原理样机的工作性能袁为机组设计工作和后续优化提供数据支撑袁借助汽轮机空负荷试验平台搭建了猿园园噪宰功率等级韵砸悦发电机组运行试验系统袁并开展了相关运行试验遥通过运行试验验证了各部件及发电机组的运行特性遥结果表明袁所搭建的运行试验系统运行正常袁可满足韵砸悦机组在各个工况下运行时的外部条件要求袁韵砸悦机组稳定发电功率为猿员猿援愿噪宰袁发电效率为员园援员豫袁实现了试验系统的设计目标遥运行试验中涡轮转速出现了周期性震荡袁原因是热源不稳定和泵后手动阀无法精确调节所共同导致的袁通过稳定热源和更换调节性能更高的调节阀可以解决该问题遥关键词院有机朗肯循环曰试验系统曰系统性能曰周期震荡曰调节阀中图分类号院栽运员员垣缘 文献标识码院粤 文章编号院员园园圆原远猿猿怨渊圆园员怨冤园源原园猿缘园原园远

收稿日期 圆园员愿原园怨原园源 修订稿日期 圆园员愿原员圆原员源作者简介院孙茴渊员怨愿怨耀冤袁女袁硕士袁工程师袁研究方向为有机朗肯循环发电技术遥栽藻泽贼杂赠泽贼藻皂悦燥灶泽贼则怎糟贼蚤燥灶葬灶凿孕藻则枣燥则皂葬灶糟藻栽藻泽贼燥枣猿园园噪宰韵砸悦孕燥憎藻则郧藻灶藻则葬贼燥则杂藻贼杂哉晕匀怎蚤员袁宰粤晕郧孕怎原憎藻蚤圆袁宰耘陨再怎原枣葬灶早员袁蕴陨杂澡怎灶员袁再粤韵耘灶原造蚤葬灶早员袁阅粤陨晕蚤灶早员袁匀哉月怎原泽燥灶早员袁阅哉粤晕允蚤藻圆渊员援悦澡蚤灶葬悦澡葬灶早允蚤葬灶早耘灶藻则早赠悦燥则责燥则葬贼蚤燥灶袁宰怎澡葬灶源猿园园园园袁悦澡蚤灶葬曰圆援悦澡蚤灶葬粤藻则燥泽责葬糟藻杂糟蚤藻灶糟藻葬灶凿栽藻糟澡灶燥造燥早赠悦燥则责燥则葬贼蚤燥灶杂蚤曾贼澡砸藻泽藻葬则糟澡陨灶泽贼蚤贼怎贼藻袁载蚤鸳葬灶苑员园园园园袁悦澡蚤灶葬冤粤遭泽贼则葬糟贼院陨灶燥则凿藻则贼燥藻曾葬皂蚤灶藻贼澡藻憎燥则噪蚤灶早责藻则枣燥则皂葬灶糟藻燥枣悦栽猿园园韵砸悦责则蚤灶糟蚤责造藻凿泽葬皂责造藻皂葬糟澡蚤灶藻憎澡蚤糟澡澡葬泽遭藻藻灶凿藻泽蚤早灶藻凿葬灶凿责则燥凿怎糟藻凿遭赠悦悦允耘悦援栽澡藻猿园园噪宰韵砸悦早藻灶藻则葬贼燥则泽藻贼则怎灶灶蚤灶早贼藻泽贼泽赠泽贼藻皂澡葬泽遭藻藻灶糟燥灶泽贼则怎糟贼藻凿遭赠则藻枣燥则皂藻凿泽贼藻葬皂贼怎则遭蚤灶藻扎藻则燥造燥葬凿贼藻泽贼责造葬贼枣燥则皂袁葬灶凿贼澡藻贼藻泽贼躁燥遭燥枣贼澡藻韵砸悦早藻灶藻则葬贼燥则泽藻贼澡葬泽遭藻藻灶糟葬则则蚤藻凿燥怎贼援陨灶贼澡藻藻曾责藻则蚤皂藻灶贼袁增藻则蚤枣赠蚤灶早贼澡藻憎燥则噪蚤灶早责藻则枣燥则皂葬灶糟藻燥枣皂葬蚤灶糟燥皂责燥灶藻灶贼葬灶凿贼澡藻憎澡燥造藻责燥憎藻则怎灶蚤贼援栽澡藻则藻泽怎造贼泽泽澡燥憎贼澡葬贼贼澡藻则怎灶灶蚤灶早贼藻泽贼泽赠泽贼藻皂憎藻则藻蚤灶灶燥则皂葬造燥责藻则葬贼蚤燥灶袁葬灶凿糟葬灶泽怎糟鄄糟藻泽泽枣怎造造赠责则燥增蚤凿藻藻增藻则赠则藻择怎蚤则藻皂藻灶贼枣燥则韵砸悦责燥憎藻则怎灶蚤贼援陨灶葬凿凿蚤贼蚤燥灶袁贼澡藻泽贼葬遭造藻早藻灶藻则葬贼蚤燥灶责燥憎藻则憎葬泽猿员猿援愿噪宰袁贼澡藻早藻灶藻则葬贼蚤灶早藻枣枣蚤糟蚤藻灶糟赠憎葬泽员园援员豫袁则藻葬造蚤扎藻凿贼澡藻凿藻泽蚤早灶燥遭躁藻糟贼蚤增藻泽燥枣贼澡藻泽藻贼援月藻泽蚤凿藻泽袁凿怎则鄄蚤灶早贼澡藻贼藻泽贼责藻则蚤燥凿袁贼澡藻贼怎则遭蚤灶藻则燥贼葬贼蚤燥灶泽责藻藻凿澡葬泽燥糟糟怎则则藻凿贼澡藻责澡藻灶燥皂藻灶燥灶燥枣责藻则蚤燥凿蚤糟燥泽糟蚤造造葬贼蚤燥灶袁贼澡藻皂燥泽贼责则燥遭葬遭造藻糟葬怎泽藻皂蚤早澡贼遭藻贼澡藻怎灶泽贼葬遭造藻澡藻葬贼则藻泽燥怎则糟藻葬灶凿责燥燥则藻则则藻早怎造葬贼蚤灶早责藻则枣燥则皂葬灶糟藻燥枣贼澡藻皂葬灶怎葬造遭葬造造增葬造增藻葬枣贼藻则责怎皂责援栽澡蚤泽糟葬灶遭藻泽燥造增藻凿遭赠泽贼葬遭蚤造蚤扎蚤灶早澡藻葬贼则藻泽燥怎则糟藻葬灶凿则藻责造葬糟蚤灶早贼澡藻皂葬灶怎葬造遭葬造造增葬造增藻遭赠贼澡藻则藻早怎造葬贼蚤灶早燥灶藻援运藻赠憎燥则凿泽院燥则早葬灶蚤糟则葬灶噪蚤灶糟赠糟造藻曰贼藻泽贼泽赠泽贼藻皂曰泽赠泽贼藻皂责藻则枣燥则皂葬灶糟藻曰责藻则蚤燥凿蚤糟燥泽糟蚤造造葬贼蚤燥灶曰则藻早怎造葬贼蚤灶早增葬造增藻窑园缘猿窑Copyright©博看网. All Rights Reserved. 符号说明院晕贼要要要涡轮转速辕则窑皂蚤灶原员孕要要要输出功率辕噪宰酝澡则要要要蒸汽流量辕噪早窑泽原员孕藻要要要工质蒸发压力辕酝孕葬贼要要要时间辕泽低温热源包括空气尧地表水尧地下水尧土壤尧太阳热能尧各种工业废热尧地热尧海洋温差等可再生能源遥我国低温热源的浪费非常严重袁传统用能大户广泛存在低温余热利用率低甚至零利用率的现象遥远园耀员缘园益温区中能量转化理论和技术的研究相对薄弱袁而该温区中的余热排放量非常大袁无法高效率利用袁只能排入气袁导致热能白白浪费咱员暂遥有机工质由于低沸点特性袁在低温条件下可以获得较高的蒸汽压力袁推动涡轮机做功袁适合于低温热源做功发电遥与水蒸气朗肯循环相比袁有机工质朗肯循环渊韵则早葬灶蚤糟砸葬灶噪蚤灶藻悦赠糟造藻袁韵砸悦冤的主要优点在于它具有良好的中低温度运行性能遥韵砸悦适合小规模发电站袁在较低的工作温度下效率比水蒸气朗肯循环发电效率高袁冬季夜里能够防冻袁且系统内部压力易保持在大气压力之上咱圆暂遥韵砸悦发电机组主要由蒸发器尧膨胀机尧冷凝器尧工质泵尧发电机等部件组成袁蒸汽通过蒸发器将热量传递给液态有机工质袁从蒸发器出来的过热工质经膨胀机膨胀作功袁膨胀机驱动发电机发电袁从膨胀机出来的低压工质进入冷凝器由冷却水冷凝成过冷工质袁再经工质泵泵送至蒸发器重复整个循环咱猿原源暂遥上海交通大学韦伟等人通过搭建采用涡旋式膨胀机的小型有机朗肯循环渊韵砸悦冤系统袁并使用砸员猿源葬尧砸圆源缘枣葬尧砸圆圆和砸猿圆等源种不同循环工质袁测试了韵砸悦系统的整体性能以及涡旋式膨胀机特性咱缘暂遥天津大学王晓东以工质蒸发温度在员园园益以下尧系统净输出功率在员园噪宰以下的小型低温有机朗肯循环系统中工质泵的实际运行性能及工质泵泵耗问题为切入点袁以减小有机工质泵的泵耗为导向袁建立小型有机朗肯循环系统试验装置袁开展小型有机工质泵实际运行性能的试验研究袁以明确有机工质泵效率尧泵耗等运行参数及其对系统整体运行性能的影响咱远暂遥天津大学严雨林等以中低温地热资源的高效和经济利用为背景袁在以涡旋膨胀机为膨胀部件的有机朗肯循环试验系统上袁以砸圆源缘枣葬为工质袁在热源水进口温度尧冷凝压力保持一定的条件下袁试验考察有机朗肯循环系统性能随工质蒸发压力和膨胀机转速的变化规律咱苑暂遥目前行业内所开展的韵砸悦发电系统试验研究均是以小型韵砸悦设备或系统的主要研究对象袁尚未进行工业级的试验工作遥本文是在长动集团自主研制的悦栽猿园园型韵砸悦发电机组的基础上袁利用现有汽轮机空负荷试验平台袁经改造后建立的适应于猿园园噪宰功率等级韵砸悦发电机组全负荷运行的试验系统袁并在该试验系统上进行了韵砸悦机组全负荷运行试验遥员 试验系统试验系统的搭建有两种方法袁一种是针对韵砸悦机组设计专门的试验系统咱愿原员园暂袁在设计之初就考虑到韵砸悦机组运行时的各种外部条件袁但这种方法成本较高袁功能单一袁且仅适用于小功率的韵砸悦机组试验曰一种是利用现有的试验系统进行适应性改造后袁满足韵砸悦设备的运行试验需求袁这种方法成本较低袁适用于工业化韵砸悦机组的运行试验遥本文中所开展的猿园园噪宰功率等级韵砸悦发电机组运行试验是借助汽轮机空负荷试验站的平台袁该平台专为汽轮机空负荷运行试验所设计袁具备蒸汽尧水尧电尧压缩气等外部条件遥由于试验站管道走向和接口都是为汽轮机试验所设计的袁与韵砸悦机组的布置和接口有较大区别袁为满足韵砸悦机组运行试验的要求袁对原试验平台的各项供应系统进行改造袁图员为试验台工艺流程图遥韵砸悦机组发电试验系统包括热源系统尧机组内循环系统尧油系统尧压缩气系统尧冷源系统尧负载系统尧电气系统尧测控系统等袁图圆为系统工艺流程图遥员援员 热源系统员援员援员 试验站热源系统汽轮机空负荷试验台热源系统由员台猿园贼辕澡中温中压燃气蒸汽锅炉以及相配套的水处理系统尧给水泵尧除氧器尧管路尧阀门等组成遥渊员冤锅炉参数院额定蒸发量猿园贼辕澡袁额定蒸汽压力圆援怨酝孕葬渊葬冤袁额定蒸汽出口温度猿苑园益袁给水温度员园源益袁锅炉设计热效率怨圆豫曰渊圆冤水处理系统院水处理间的原水取自于自来水袁由厂区给水管道至水处理间外的原水箱袁水处理系统的产水量为猿园贼辕澡袁与锅炉最大负荷匹配曰渊猿冤给水泵院电动锅炉给水泵圆台袁一用一备袁流量源园皂猿辕澡袁扬程缘园园皂袁电机变频控制遥原试验台汽水系统流程院处理后的软化水进入除氧器袁随后由锅炉给水泵送入锅炉袁经锅炉加热蒸发后的水蒸气通过管路送至空负荷试验台袁管路之窑员缘猿窑Copyright©博看网. All Rights Reserved.

2021年13期创新前沿科技创新与应用TechnologyInnovationandApplication

一种新型结构的脉动热管启动特性实验研究*

李德辉，鲁祥友*，景艳阳，张虎，刘晨晨（安徽建筑大学环境与能源工程学院，安徽合肥230601）

脉动热管是由日本学者Akachi[1]提出的一种高效传热设备，具有结构简单、体积小、成本低、传热能力高等特点，近年来得到了众多国内外科研工作者和机构的广泛关注和研究。通过实验研究对脉动热管特性主要包括启动性能、传热性能、传热极限等。结构几何参数、填充工质的特性和工况、运行工况[2]等参数会影响以上性能。随着新能源电动汽车的崛起，各类型新型电池作为其动力的主要来源直接影响行驶里程，对电动汽车电池热管理提出了更严苛的要求[3]。电池在工作时内部存在多种反应热及外界环境温度变化，会造成电池在非正常温度环境下工作。往往导致电池组性能下降，寿命缩短，温度变化较大甚至会引发可燃性危险。随着微电子封装技术和集成技术的发展，电子元器件和电子设备的尺寸逐渐趋于小微型化，所产生的热量会迅速累积，导致集成电子与元器件周围的热流密度增加，该温度将会影响到电子元器件和设备的性能，其对散热的需求更加提高[4]。脉动热管这种新型高效的传热元件就成为解决这一问题的高效方案之一。工质的特性直接影响着脉动热管的启动性能，启动所需时间的长短、启动所需的输入功率和达到准稳态振荡的温度为基本指标[5]。启动所需时间越短、启动所需的最低热流量越少、启动完成时的温度越低，启动性能越好。当脉动热管的温度曲线由不断上升转变为持续振荡状态时，标志着启动完成[6]。史维秀等[7]研究了以体积分数50%的无水乙醇水溶液在不同加热功率及热管倾角下最低加热段启动温度趋于60益以上。王迅等[8]以甲醇、丙酮，以及二者体积比1颐1混合组成的甲醇/丙酮混合液为工质，对脉动热管在不同加热功率和充液率下的启动特性进行了实验研究，各工况下的启动温度均在30益以上。李雪娇等[9]对低沸点工质（丙酮、R141b与R600a）板式脉动热管传热特性研究，各工况下的启动温度均在20益以上。张田田等[10]研究了不同充液率下配置溶度为0.01wt%-0.1wt%的氧化石墨烯溶液脉动热管的启动特性，该实验表明低浓度氧化石墨烯溶液能够改善热管启动性能，但最低启动温度仍在40益以上。综上所述，脉动热管填充工质的特性直接影响着脉动热管的启动性能。R410a[11]作为一种非共沸混合制冷剂相比其他一些工质其具有低沸点易挥发的特性，可以在摘要：脉动热管作为一种结构简单且具有高效传热特性的新型传热元件，其传热性能主要受到结构几何参数、填充工质的特性和工况、运行工况等因素影响。其独特结构和传热特性有望应用于新能源汽车电池散热及微电子元器件封装散热。文章实验研究内径2mm铜管，充液率40%的混合制冷剂R410a新型结构脉动热管蒸发段冷凝段在不同温差下热管启动特性。结果表明：该结构热管在压力1.1MP初始温度10益下，冷热段温差4益比2益启动时间提前5s，启动温度提高0.5益。关键词：异型结构；脉动热管；低温混合制冷剂R410a；传热特性中图分类号院TK124文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2021冤13-0030-04Abstract:Asanewtypeofheattransferelementwithsimplestructureandhighheattransferefficiency,theheattransferperformanceofpulsatingheatpipeismainlyaffectedbythegeometricparametersofthestructure,thecharacteristicsandworkingconditionsoftheworkingmedium,andtheoperatingconditions.Itsuniquestructureandheattransfercharacteristicsareexpectedtobeusedinnewenergyvehiclebatterycoolingandmicroelectroniccomponentpackagingcooling.Inthispaper,thestart-upcharacteristicsofR410apulsatingheatpipewithinnerdiameterof2mmcoppertubeandliquidfillingrateof40%underdifferenttemperaturedifferencewerestudied.Theresultsshowthatwhenthepressureis1.1MPandtheinitialtemperatureis10益,thestart-uptimeis5secondsearlierandthestart-uptemperatureis0.5益higherthanthatat2益.Keywords:irregularstructure;pulsatingheatpipe;lowtemperaturemixedrefrigerantR410a;heattransfercharacteristics

ams300原理

AM300是一种高性能的航空燃气轮机，由美国通用电气航空系统公司（GE Aviation Systems）设计和生产。它主要用于推进中型客机和大型商业飞机，如空客A320neo和波音737 MAX。该引擎采用了许多先进的技术和设计，以提高燃油效率、减少碳排放和降低噪音。

AM300的压气机采用了先进的高压比压气机。高压比是指进出压气机的气体压力之比。该引擎采用了多级压气机，每级压气机都有更高的压缩比，使气体能够以更高的压力进入燃烧室。这种设计能够提高燃烧室的效率，同时还可以生成更多的推力。

AM300还采用了先进的燃烧技术，以提高燃烧效率和减少燃料消耗。该引擎的燃烧室采用了低排放燃烧系统，通过优化燃烧过程和燃料喷射方式，可以更好地混合燃料和空气，从而减少碳排放和氮氧化物排放。

此外，AM300还采用了涡轮增压器（turbine booster），以增加燃烧室进气的压力。涡轮增压器利用了引擎排气的能量，通过一个额外的涡轮来驱动压气机，从而增加了进气压力。这种设计可以提高功率输出和燃烧效率。

AM300还采用了轴流涡扇（axial flow fan）设计，以提高推力和降低噪音。轴流涡扇由多个风扇叶片和涡轮叶片组成，可以有效地利用进出口流动的动能，提供更大的推力，并在飞行过程中减少噪音。

此外，AM300还采用了先进的材料和制造技术，以减轻引擎的重量，提高燃油效率。该引擎的关键组件采用了高强度轻质材料，如钛合金和陶瓷复合材料。这些材料具有良好的耐热和耐腐蚀性能，能够在高温高压的环境下工作，同时又具有低密度和高刚度，可以减轻引擎的重量，从而提高整体效能。

总的来说，AM300作为一种高性能的航空燃气轮机，采用了许多先进的技术和设计，以提供更高的推力、更高的燃烧效率、更低的碳排放和更低的噪音。通过整合高压比压气机、先进的燃烧技术、涡轮增压器、轴流涡扇以及先进的材料和制造技术，AM300成为了一种卓越的动力系统，能够适应不断增长的航空市场需求。