摘要：氢气是实现航空发动机零碳排放最具有应用潜力的燃料之一,本文提出一种蜂巢钝体微混扩散燃烧结构,内置微型钝体扰流主流空气,以增强与氢气掺混。采用k-ω剪切应力输运(SST)湍流模型和火焰面生成流行方法(FGM)中的扩散火焰方法,数值仿真模拟了基准方案在无氢气喷注、冷态、热态工况下的流动燃烧特性,详细分析了微混单元气动热力过程。建立了基于响应面预测和遗传算法的蜂巢微混单元优化设计流程,以钝体角度和钝体出口高度为约束条件,NOx排放最低为优化目标,获得了NOx排放的影响规律和最优方案。研究结果表明:钝体三维尾迹涡耦合氢气射流涡可显著增强主流扰动和掺混,氢气射流涡受工况和结构参数影响较大,钝体出口高度是影响NOx生成的敏感性参数,在2030 kPa和818 K的进气条件下,最优方案在15%含氧量条件下NOx的体积浓度低于5×10^(-6)。

摘要：氢燃料在航空发动机、空天推进系统和地面燃气轮机等领域的应用可以实现零碳排放,对于缓解全球气候变化和保护环境具有重要意义。但氢燃烧应用仍面临着许多技术挑战,若在传统燃烧室中燃烧氢气将面临回火和氮氧化物排放高的风险,需要探索新的氢燃烧技术和污染物控制措施,以满足氢能迫切发展的需要。微混燃烧技术通过成百上千个微通道结合氢气微喷射,使空气和氢气快速掺混,形成微小尺度火焰,缩短氮气在高温区的驻留时间到毫秒等级,可大幅度降低氮氧化物生成。本文回顾了氢燃料在燃气涡轮发动机中的应用发展历史,梳理了氢气特点、NO_(x)生成机理、微混燃烧原理、预混燃烧和扩散燃烧的掺混方式和头部结构特点,总结了国内外关于氢燃烧仿真和试验,以及热声不稳定问题的研究进展,讨论了微混燃烧室关键参数对气动热力过程和NO_(x)生成的影响,归纳了NO_(x)控制措施,为氢燃烧室工程设计提供理论和试验参考,并对氢燃烧技术未来的发展进行了展望。

摘要：燃烧振荡是贫油预混火焰中广泛存在的非定常过程,是燃烧室设计中必须避免的。其中,脱体火焰对降低氮氧化物排放有优势,但其燃烧振荡往往更加严重。本文在中心分级燃烧器中,通过实验方法研究了斜坡限制域对脱体火焰燃烧振荡的被动控制效果。本文通过单反相机和高速摄像获取了火焰平均结构和瞬态图像,并通过相平均图像和本征正交分解研究了火焰动态演变过程。结果表明,当台阶高度为0 mm时,不同斜坡张角的斜坡限制域均能对燃烧振荡起到非常显著的抑制效果。而在30°斜坡张角的斜坡限制域中,随着台阶高度的增加,抑制效果变差,但振幅相较突扩限制域发生了明显的降低。

摘要：为研究超燃冲压发动机燃烧室与再生冷却通道的耦合传热特性,采用双向弱耦合迭代计算方法,研究燃烧室和冷却通道的特征参数对耦合传热特性的影响规律。结果表明:当量比的增加导致燃烧反应区域和壁面高温区域后移,当量比增大至0.75时,部分壁面高温区后移至超出燃烧段范围,在燃烧室的当量比设计时需考虑冷却通道范围的限制;喷射角度的增大会提高燃烧段壁面平均温度,喷射角度由30°增大到75°时,冷却通道出口裂解率由8%增长到11%;增大冷却剂的工作压力和流量能增强冷却剂的吸热能力,降低燃烧室内壁面温度,最大下降幅度约200 K。

摘要：针对一种螺线管线圈式MEMS(微机电系统)永磁电动机进行了热分析并给出了初步测温方案。介绍了此MEMS永磁电动机的总体设计方案,选用单晶硅衬底内二氧化硅绝缘的绕组达到散热性能优异的目的,利用ANSYS的稳态传热和静结构力学模块进行热固耦合模拟。在此基础上,通过数值模拟验证了电动机静子温度分布均匀,可将绕组和衬底视为无温度梯度。通过热固耦合模拟,得出不发生膨胀失配的最大工作温度为86℃和相应的最大发热损耗功率为2.83 W,据此预估电动机的额定工作性能,验证了本电动机的耐温能力和高功率密度潜力,最终设计的额定输出功率为0.362 W,计算的设计功率密度为0.117 W/g。

摘要：在保证燃烧室流场结构相似、流量分配相当的基础上,针对旋流杯燃烧室开展平直孔板耦合挡溅板和斜向导流孔板耦合导流护罩两种头部冷却结构的设计,通过高温高压扇形燃烧室试验和三维数值仿真对冷却性能进行评估和分析。结果表明:平直孔板耦合挡溅板冷却结构的壁温远高于斜向导流孔板耦合导流护罩冷却结构的壁温,其主要原因是斜向导流孔板耦合导流护罩冷却方式为带有一定角度的收敛双锥形冷却构型,可通过引导气流吹除燃烧室头部近壁面角涡区,防止燃气在靠近壁面处产生高温区,从而降低燃烧室头部壁温。斜向导流孔板耦合导流护罩冷却结构的壁温大幅度降低,且温度分布均匀,提高了头部的冷却性能,增强了燃烧室头部结构的可靠性。

摘要：本文对某型部分冠低压涡轮叶冠泄漏流动的流动特征和损失进行了分析,探讨了部分冠容腔内的损失机理,对部分冠叶冠结构进行了气动优化和结构减重两个阶段的优化设计,分析了气动优化设计前后流动和损失的变化。结果表明叶冠容腔出口腔内存在严重的主流入侵现象与周向泄漏;由此引发的掺混损失使得出口腔内的损失最为显著,占叶冠容腔总损失的80%;优化后的叶冠缘板结构能够有效消除周向泄漏,抑制主流入侵从而提升涡轮级性能0.54%;合理设计叶冠结构可以实现相比原型部分冠减重6.1%的同时提升0.48%涡轮级效率。

摘要：基于双外涵变循环发动机压缩系统,分析了多连通气动布局变循环压缩系统的匹配工作机制。一体化全三维数值模拟表明:变循环压缩系统各压缩部件与涵道及其调节机构之间由于多连通特征相对于常规发动机压缩系统具有更强的耦合工作特点,高效的外涵道流动是发挥变循环发动机性能优势的关键。涵道几何的调节不仅会改变其自身流动状态,还伴随着压缩部件气动性能的偏移,模式转换过程必须符合各涵道及调节机构之间的气动协调匹配。提出了适用于多连通变循环压缩系统的一体化变维度分析方法,将部件通流程序与涵道零维程序相结合,实现了部件-涵道耦合匹配关系的快速分析。基于变维度分析方法给出了单外涵模式部件与涵道共同约束下的压缩系统综合匹配可行域,旨在为变循环发动机的匹配设计提供理论依据。

摘要：混合分数是表征燃料-空气混合的守恒标量,是湍流燃烧建模的关键参考标量.其空间分布通常通过三维数值模拟获得,然而对于几何形状复杂的燃烧器,三维数值模拟耗时长、成本高,导致燃烧器迭代设计过程效率低.该研究发展了基于Gauss羽流(Gaussian plume)模型的低阶模型来计算旋流燃烧室中的混合分数场,以加速燃料-空气混合策略的评估和参数化设计过程.相比传统的构型,新推导的Gauss羽流模型包含了径向对流的影响和针对旋流来流的修正.进一步发展了镜像反射模型来模拟壁面-羽流的相互作用,并引入相关修正来确保质量守恒.将新推导的Gauss羽流模型应用于甲烷旋流燃烧室混合分数场的低阶预测.基于数值收敛的三维数值模拟生成的数据库,首先采用最小二乘法对模型参数进行优化,然后在宽范围条件下验证了模型的预测精度.该研究不仅为旋流燃烧器内混合分数的快速预测提供了一种新方法,而且为Gauss羽流模型的进一步发展和应用提供了实例.

摘要：现代压气机性能需求日趋严苛,叶型优化工作至关重要。近年来遗传算法在叶型优化设计中得到诸多应用,但是传统遗传算法耗时过大,为解决这一问题本文提出了一种应用主成分分析与人工神经网络的流场重构方法,以及基于该方法的快速评估叶型性能的遗传算法优化流程。数值结果表明,基于该优化流程的寻优结果预测静压比与CFD计算值的误差低于0.1%,能够有效对叶型性能进行预测;并且该寻优结果与原始叶型相比静压比提升14.7%,效果可观。