鱼雷燃气涡轮机废气喷水冷却计算与分析

使用燃气涡轮机可使鱼雷航速大幅度提高,但由于涡轮机后废气温度较高,对密封、轴承、润滑系统及航迹产生不利影响,必须采取措施对废气进行冷却.本文详述了涡轮机废气喷水冷却的原理,并基于工程热力学及流体力学基本理论,建立了废气喷水冷却计算模型,对不同工况下涡轮机废气冷却进行了计算,得到了满足要求的最优喷水量和冷却后废气热力参数.计算结果为燃气涡轮机动力装置冷却系统设计提供了理论支撑.     

水下航行体涡轮机通流部分流场及性能数值研究

基于求解雷诺平均的NAVIER-STOKES方程组,对水下航行体涡轮机通流部分的流场及性能进行了数值模拟,研究了设计工况与非设计工况下涡轮机内部流场精细结构和流动损失,分析了非设计工况涡轮机效率的影响因素.研究表明,设计工况下喷管处于超临界状态,造成叶轮中很强的入口激波,引起叶轮壁面边界层的分离;存在叶尖径向间隙泄漏和轴向间隙泄漏,由此造成很大的间隙泄漏损失;非设计工况下,涡轮机出口背压升高,涡轮机效率下降明显,喷管环效率下降是主要原因;本文所使用的CFD模型及计算方法能够较好地捕捉水下航行体涡轮机内部存在的各种复杂流动结构,所预测的涡轮机性能与试验数据吻合良好.     

鱼雷涡轮机动力装置辅机功耗数学模型

本文对鱼雷涡轮发动机参数优化过程中从涡轮传到泵、发电机等的能量损失作了研究,同时为优化计算程序建立了数学模型,从而使优化的结果更接近工程实际。     

燃烧器流动换热性能数值模拟

针对燃烧器内壳体壁面在高温燃气作用下产生变形、裂纹、皱曲和局部过热等故障,该文采用FLUENT软件对燃烧器的流动换热特性进行了数值计算,建立了燃烧器流动换热的物理模型,分析了高温燃气的压力、温度及速度分布、燃烧器内壳体内外壁面的温度分布、冷却水侧的温度分布和压力损失,旨在为燃烧器研发、设计及优化提供理论依据。数值计算结果表明,燃烧器喷管流通面积的减小使燃气的流速急剧增大,对燃烧器球形底部形成强烈冲击,导致燃烧器底部传热恶化,冷却效果不好,出现局部高温;冷却通道内冷却水最高温度小于冷却水压力对应的饱和水温度,冷却水不会发生沸腾;冷却水通道的沿程压降主要损失在螺旋通道内。     

燃气涡轮机在鱼雷动力系统中的应用与发展

回顾并展望了燃气涡轮机在鱼雷动力推进系统中的应用与发展,分析了燃气涡轮机在鱼雷动力推进系统中的发展需要,基于对鱼雷燃气涡轮机动力系统的组成、原理和特点的认识,指出满足鱼雷要求的涡轮机类型一般是轴流式或重入式部分进气单级或复级冲动涡轮机,与航空燃气涡轮机作比较,其在结构、驱动目的、能源、冷却介质以及废气排放等方面有较大区别,与液体火箭发动机燃气涡轮泵比较,其在使用燃料、使用环境和工作方式等方面也有很大区别,最后对开展鱼雷燃气涡轮机的研究提出了几点建议。     

涡轮机壅塞式燃烧室燃烧数值仿真

为了研究涡轮机燃烧室的实现形式并通过仿真验证其工作性能,提出了一种既能实现三组元推进剂稳定燃烧,又能满足涡轮机在低工况时较低进气压力要求的新型壅塞式燃烧室方案,并基于计算燃烧动力学方法对该燃烧室方案的工作特性进行了数值仿真。仿真结果表明,在多种工况条件下,燃烧室三组元推进剂燃烧完全,三组元中的水完全蒸发,燃烧室流场分布合理,喷嘴环前压力满足涡轮机进气要求。该方案及仿真结果可供三组元推进剂涡轮机燃烧室工程研制参考。     

一种水下航行器燃气涡轮机性能模拟试验方法

针对以往水下航行器动力系统设计试验中的不足,通过分析水下航行器涡轮机的基本原理,利用空气动力学和流场相似理论,对涡轮机性能模拟试验原理和方法进行了探讨,提出了一种通过燃气涡轮机低工况性能模拟试验来验证设计工况的试验方法,旨在为涡轮机的性能试验验证提供理论基础,同时为涡轮机的试验条件建设提供参考。     

水下航行体燃气涡轮机工作特性数值研究

基于求解雷诺平均的NAVIER-STOKES方程组,对水下航行体涡轮机的工作特性进行了数值计算,研究了水下航行体涡轮机气动性能的主要参数（涡轮功量、流量和效率）与状态参数（转速、膨胀比）之间的关系,分析了涡轮机通流部分各种损失的变化规律,为部分进气燃气涡轮机设计及工程应用提供参考。研究表明,涡轮机喷管流动状态不受其后叶轮的影响,只与涡轮机膨胀比有关;存在一个临界膨胀比值,涡轮机膨胀比大于此值时,喷管速度系数和总压恢复系数随膨胀比变化比较平缓,而小于时,喷管速度系数和总压恢复系数随膨胀比减小而急剧减小;存在一个临界膨胀比,使得涡轮机效率最大;膨胀比大于此值时,涡轮机效率随膨胀比减小而减小;小于此值后,涡轮机效率随膨胀比减小而急剧降低;同一膨胀比下,涡轮机转速减小,涡轮机效率降低。     

鱼雷涡轮机斜切喷管内流场数值模拟

基于求解雷诺平均的Navier—Stokes方程组,对鱼雷燃气涡轮机斜切喷管内流场进行了数值模拟计算,研究了斜切喷管气动特性随膨胀比的变化关系。数值模拟结果表明,该文所使用的数值模拟方法能够较好地捕捉斜切喷管内部存在的各种复杂流动结构,合理地预测了斜切喷管内部流场随膨胀比的变化趋势;喷管处于膨胀过度状态时,喷管出口会出现激波,造成激波损失,激波与边界层干涉,使得流动损失进一步增大,引起喷管气动性能的迅速恶化,设计时应尽量避免;对于既定尺寸的喷管,膨胀比大于临界流量膨胀比时,通过喷管的燃气流量保持最大流量不变。     

变工况鱼雷燃气涡轮机调节方法的选择

鱼雷在变速或者变深航行时，效率会变得很低，乃至不能正常运行。所以必须进行变工况的计算，并研究出与之相适应的调节方法。本文应用工程热力学及空气动力学的有关理论，分析了鱼雷燃气涡轮机在变工况条件下的可调参数，提出了可行性调节方法，并给出了相关的计算数学模型。仿真结果验证了数学模型的正确性。