基于铝水反应的混合动力系统流场仿真与性能分析
发布时间：2021-10-19 21:50
随着目前海上形势的不断变化,世界各国对海战武器的性能要求与日俱增。鱼雷作为常规的海战武器,急需提升其动力装置的能量特性来满足当今的作战需要。铝粉燃料能量密度大、易于制备、燃烧产物绿色环保,用于水下推进技术,能够显著提升现有动力装置的能量特性。本文对基于铝水反应的水冲压发动机和涡轮发动机的混合动力系统进行研究,首先进行燃烧室内铝水反应初步优化和设计工况下涡轮机性能计算,然后对不同工况下的涡轮机气动性能进行分析,最后进行整体三维仿真模拟,研究系统内部的铝水燃烧特性以及两相流燃气运动规律。对铝水反应的温度特性进行热力学计算,确定了满足涡轮机工作条件的进口燃气温度下的铝水质量比。运用数值模拟的方法研究了不同进水距离下的燃烧室内热流场分布规律,得到了最优的进水位置。根据计算得到的两相燃气热力学参量对涡轮机进行一维热力学计算,初步得到涡轮机的性能特性。对涡轮机在设计工况下进行数值模拟,分析了两相流燃气在涡轮机内部的流动规律和能量损失,计算结果与理论计算吻合较好。通过数值模拟的方法对涡轮机在不同进口总压、不同出口背压的条件下进行计算,结果表明,涡轮机总压损失和功率随着膨胀比的增加而增大,效率则先升后...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 相关领域研究现状
1.2.1 热动力鱼雷燃料研究概况
1.2.2 铝粉颗粒燃烧过程研究进展
1.2.3 叶轮机械气固两相流研究进展
1.3 本文主要研究内容
第2章 动力系统数值计算方法
2.1 基本控制方程
2.2 湍流模型
2.3 颗粒运动模型
2.4 液滴蒸发模型
2.5 铝水反应模型
2.6 滑移网格理论
2.7 数值计算模型验证与分析
2.8 本章小结
第3章 铝水反应热力计算与数值模拟
3.1 铝水反应热力学计算
3.1.1 计算假定化学式
3.1.2 平衡组分计算与绝热燃烧温度的确定
3.1.3 不同水燃比下的燃烧室温度分布
3.2 燃烧室几何构型与计算边界条件
3.3 燃烧室内二次进水位置优化设计
3.4 本章小结
第4章 涡轮机气动特性研究
4.1 涡轮机一维气动热力计算
4.2 涡轮机设计工况下数值仿真分析
4.3 不同总压下的涡轮机气动特性
4.4 不同背压下的涡轮机气动特性
4.5 本章小结
第5章 三维整体混合动力系统数值仿真
5.1 计算前处理
5.1.1 几何模型
5.1.2 边界条件与计算假设
5.1.3 网格无关性验证
5.2 燃烧室计算结果分析
5.2.1 燃烧室内流场计算结果
5.2.2 雾化水滴蒸发特性分析
5.2.3 铝粉颗粒燃烧特性分析
5.3 喷管组内流场特性分析
5.4 涡轮转子域流动特性分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型铝水燃烧无人水下航行器混合动力系统优化设计[J]. 陈显河,夏智勋,黄利亚,那旭东,王德全. 国防科技大学学报. 2018(02)
[2]含铝复合推进剂燃烧与流动数值模拟[J]. 刘平安,常浩,王文超,郜冶,刘加宁. 固体火箭技术. 2017(06)
[3]国外鱼雷热动力推进剂应用与发展趋势[J]. 牛群钊,王卫波,吴强. 化学推进剂与高分子材料. 2017(02)
[4]镁/铝合金水反应金属燃料推进剂的燃烧性能[J]. 高明,郭晓燕,邹美帅,杨荣杰. 火炸药学报. 2015(02)
[5]国外鱼雷动力发展研究[J]. 赖鸣,齐国英,朱鹏飞. 舰船科学技术. 2014(08)
[6]国内外纳米铝粉表面包覆改性研究进展[J]. 李鑫,赵凤起,仪建华,罗阳,姚二岗,姜涵雨. 材料保护. 2013(12)
[7]UUV用动力锂电池综述[J]. 龚锋,王力. 船电技术. 2013(08)
[8]高速鱼雷水冲压发动机用金属/水反应燃料研究进展[J]. 张亚俊,王祎,李吉祯,刘芳莉,齐晓飞. 四川兵工学报. 2013(05)
[9]固体火箭发动机喷管喉部凝相颗粒粒度分布实验[J]. 张胜敏,胡春波,夏盛勇,李佳明. 推进技术. 2012(02)
[10]鱼雷热动力技术的发展综述[J]. 陈兵,张鹏峰,郭昆. 推进技术. 2011(03)
博士论文
[1]无人水下航行器新型热电联合闭式循环动力系统研究[D]. 白杰.西北工业大学 2016
[2]风力机尾缘襟翼气动特性与机理研究[D]. 李传峰.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[3]高金属含量镁基燃料水冲压发动机稳态燃烧机理研究[D]. 韩超.国防科学技术大学 2011
[4]镁（铝）金属粉的改性及其在金属/水反应推进剂中的应用研究[D]. 刘冠鹏.南京理工大学 2008
[5]超燃冲压发动机燃烧室工作过程理论和试验研究[D]. 余勇.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]铝基金属燃料水冲压发动机内流场数值模拟[D]. 常浩.哈尔滨工程大学 2018
[2]高压涡轮机内流场数值模拟研究[D]. 洪军伟.哈尔滨工程大学 2018
[3]高金属含量发动机燃烧室压强计算方法研究[D]. 王良.哈尔滨工程大学 2017
[4]铝粉燃料水冲压发动机内流场数值模拟[D]. 沈勇军.哈尔滨工程大学 2016
[5]大膨胀比涡轮级内流场数值研究[D]. 刘广涛.哈尔滨工业大学 2012
[6]铝/水反应特性及热动力学研究[D]. 万俊.华中科技大学 2012
[7]粉末式水冲压发动机构型研究[D]. 金建民.国防科学技术大学 2008
[8]超空泡鱼雷发动机热力计算和性能比较[D]. 刘平安.哈尔滨工程大学 2008
[9]水反应金属燃料冲压发动机的相关问题研究[D]. 刘瑜.哈尔滨工程大学 2008
[10]粉末冲压发动机燃料供应系统研究[D]. 韩超.国防科学技术大学 2006
本文编号：3445657
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 相关领域研究现状
1.2.1 热动力鱼雷燃料研究概况
1.2.2 铝粉颗粒燃烧过程研究进展
1.2.3 叶轮机械气固两相流研究进展
1.3 本文主要研究内容
第2章 动力系统数值计算方法
2.1 基本控制方程
2.2 湍流模型
2.3 颗粒运动模型
2.4 液滴蒸发模型
2.5 铝水反应模型
2.6 滑移网格理论
2.7 数值计算模型验证与分析
2.8 本章小结
第3章 铝水反应热力计算与数值模拟
3.1 铝水反应热力学计算
3.1.1 计算假定化学式
3.1.2 平衡组分计算与绝热燃烧温度的确定
3.1.3 不同水燃比下的燃烧室温度分布
3.2 燃烧室几何构型与计算边界条件
3.3 燃烧室内二次进水位置优化设计
3.4 本章小结
第4章 涡轮机气动特性研究
4.1 涡轮机一维气动热力计算
4.2 涡轮机设计工况下数值仿真分析
4.3 不同总压下的涡轮机气动特性
4.4 不同背压下的涡轮机气动特性
4.5 本章小结
第5章 三维整体混合动力系统数值仿真
5.1 计算前处理
5.1.1 几何模型
5.1.2 边界条件与计算假设
5.1.3 网格无关性验证
5.2 燃烧室计算结果分析
5.2.1 燃烧室内流场计算结果
5.2.2 雾化水滴蒸发特性分析
5.2.3 铝粉颗粒燃烧特性分析
5.3 喷管组内流场特性分析
5.4 涡轮转子域流动特性分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型铝水燃烧无人水下航行器混合动力系统优化设计[J]. 陈显河,夏智勋,黄利亚,那旭东,王德全. 国防科技大学学报. 2018(02)
[2]含铝复合推进剂燃烧与流动数值模拟[J]. 刘平安,常浩,王文超,郜冶,刘加宁. 固体火箭技术. 2017(06)
[3]国外鱼雷热动力推进剂应用与发展趋势[J]. 牛群钊,王卫波,吴强. 化学推进剂与高分子材料. 2017(02)
[4]镁/铝合金水反应金属燃料推进剂的燃烧性能[J]. 高明,郭晓燕,邹美帅,杨荣杰. 火炸药学报. 2015(02)
[5]国外鱼雷动力发展研究[J]. 赖鸣,齐国英,朱鹏飞. 舰船科学技术. 2014(08)
[6]国内外纳米铝粉表面包覆改性研究进展[J]. 李鑫,赵凤起,仪建华,罗阳,姚二岗,姜涵雨. 材料保护. 2013(12)
[7]UUV用动力锂电池综述[J]. 龚锋,王力. 船电技术. 2013(08)
[8]高速鱼雷水冲压发动机用金属/水反应燃料研究进展[J]. 张亚俊,王祎,李吉祯,刘芳莉,齐晓飞. 四川兵工学报. 2013(05)
[9]固体火箭发动机喷管喉部凝相颗粒粒度分布实验[J]. 张胜敏,胡春波,夏盛勇,李佳明. 推进技术. 2012(02)
[10]鱼雷热动力技术的发展综述[J]. 陈兵,张鹏峰,郭昆. 推进技术. 2011(03)
博士论文
[1]无人水下航行器新型热电联合闭式循环动力系统研究[D]. 白杰.西北工业大学 2016
[2]风力机尾缘襟翼气动特性与机理研究[D]. 李传峰.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[3]高金属含量镁基燃料水冲压发动机稳态燃烧机理研究[D]. 韩超.国防科学技术大学 2011
[4]镁（铝）金属粉的改性及其在金属/水反应推进剂中的应用研究[D]. 刘冠鹏.南京理工大学 2008
[5]超燃冲压发动机燃烧室工作过程理论和试验研究[D]. 余勇.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]铝基金属燃料水冲压发动机内流场数值模拟[D]. 常浩.哈尔滨工程大学 2018
[2]高压涡轮机内流场数值模拟研究[D]. 洪军伟.哈尔滨工程大学 2018
[3]高金属含量发动机燃烧室压强计算方法研究[D]. 王良.哈尔滨工程大学 2017
[4]铝粉燃料水冲压发动机内流场数值模拟[D]. 沈勇军.哈尔滨工程大学 2016
[5]大膨胀比涡轮级内流场数值研究[D]. 刘广涛.哈尔滨工业大学 2012
[6]铝/水反应特性及热动力学研究[D]. 万俊.华中科技大学 2012
[7]粉末式水冲压发动机构型研究[D]. 金建民.国防科学技术大学 2008
[8]超空泡鱼雷发动机热力计算和性能比较[D]. 刘平安.哈尔滨工程大学 2008
[9]水反应金属燃料冲压发动机的相关问题研究[D]. 刘瑜.哈尔滨工程大学 2008
[10]粉末冲压发动机燃料供应系统研究[D]. 韩超.国防科学技术大学 2006
本文编号：3445657
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3445657.html
