多孔介质发动机有限时间热力学分析

介绍了多孔介质(PM)发动机的工作过程及其PM回热循环的热力学理想模型.用有限时间热力学方法分析了PM回热循环的性能.导出了考虑传热效率下循环功与效率的关系及最大功输出时的效率界限.并给出了较详尽的数值计算结果.讨论了与燃烧和传热相关的参数对功效特性的影响.这对实际多孔介质发动机性能的评估和改进有重要的指导意义.     

发动机内可逆变温换热循环的研究

基于发动机热力循环变温吸热和放热的特点,建立了内可逆变温换热循环的有限时间热力学模型,推导出性能的计算式,以及循环功率与热效率的制约关系,并给出了性能优化的条件.应用这些优化条件,可以确定发动机的工作参数,从而获得最优性能.模型考虑了发动机实际循环工质吸、放热过程温度变化的因素,比现有的等温换热循环有限时间热力学模型更接近实际循环,模拟精度更高.模型适用于各种发动机的热力循环.     

燃油掺水(或喷水)内燃机的热力学分析

本文根据热力学的基本原理,对燃油掺水内燃机的热力循环进行了分析,从而建立了燃油掺水内燃机的热效率和循环功的数学模型。并分析了燃油掺水内燃机主要参数的变化及其对循环热效率的影响,为燃油掺水内燃机的实验研究提供了理论依据。     

脉冲爆震发动机热力循环性能分析

分析了混合气体中燃烧产生的爆震波的传播机理,建立了爆震波传播过程中参数的基本关系。在不同进气增压比条件下,对爆震波的特性参数进行了计算,得出了爆震波前后气流参数的变化关系;并计算了爆震燃烧循环过程的热效率和爆震燃烧不可逆过程中熵增随爆震波前马赫数的变化规律。最后将爆震燃烧循环与布莱顿循环、甘福利循环进行比较,结果表明：爆震燃烧循环具有更高的有效循环功和循环热效率。     

涡轮风扇发动机最佳循环参数选择(上)

为了在初步设计阶段选定涡扇发动机最佳循环参数,本文利用气动热力循环分析得出了计算分开排气与混合排气加力涡扇发动机耗油率和单位流量推力的解析表达式。介绍了存其他循环参数固定条件下求某一参数最佳值或两个参数同时为最佳值的数值算计方法,给出了在程序式袖珍计算器TI—59上进行计算的程序。以JT9D、F100两种发动机作为实例进行了计算。讨论了影响参数选择的各种因素。并对下一代亚音速民航机、超音速运输机及超音速战斗机所可能采用涡扇发动机的循环参数进行了予测。以降低巡航耗油率为主的亚音速民航用发动机可采用高函道比混合排气不加力涡扇发动机。循环参数选择应进一步提高函道比、单级风扇增压比以及内函增压比。以满足战斗性能要求为主的F100后继机可采用分开排气、外函加力,变函道比加力涡扇发动机,进一步提高涡轮前总温及外函道增压比。表明本文提出方法是可用的。计算工作量小,可得到满意的初步结果。     

圆筒型管式加热炉中加装多孔介质强化辐射传热的研究

根据多孔介质的对流－辐射能量转换效应，在圆筒型管式加热炉中加装多孔介质后，使炉内温度显著升高，排烟温度明显降低．在内径为４００ｍｍ的模型炉实验中，有多孔介质时的炉温比无多孔介质时的炉温升高约５０～１００℃，有多孔介质时的炉子热效率比无多孔介质时炉子热效率提高约１０个百分点．实验结果与理论计算符合得较好．     

闭式气浮导轨的理论分析与实验研究

本文简述了工作台闭式气浮导轨的理论分析与实验研究的结果。研制实践表明；闭式气浮导轨具有精度高、刚度高、稳定性好等特点，满足了高速高精度工作台的要求。本文采用有限差分法进行分析，提出了闭式导轨的设计计算公式。它比目前采用的叠加开式导轨特性曲线求取闭式导轨特性的办法更简便，并且可得到不同参数下承载特性曲线及找到闭式导轨的最佳刚度点；实验结果与理论分析比较吻合。     

连续旋转爆震涡轮发动机热力过程与性能分析

该文提出一种完整的连续旋转爆震涡轮发动机(continuous rotating detonation turbine engine,CRDTE)系统方案,建立了其主要工作过程的数学模型以及参数化整机性能分析模型。研究了压气机总增压比、涡轮前总温等设计参数对发动机总体性能的影响。结果表明:随着压气机总增压比的增大,发动机的比推力和循环热效率先增大后减小,耗油率单调增大,而涡轮前总温越大,发动机的比推力和耗油率越高。与同参数传统燃气涡轮发动机进行了总体性能比较研究,表明CRDTE在全工作范围总体性能具有优势,并揭示了其获得性能增益的原因。与现役先进航空燃气涡轮发动机F119相比,在相同循环参数条件下,CRDTE的比推力显著提升,同时耗油率稍有降低。该旋转爆震涡轮发动机方案合理、可行,为其工程化应用提供了依据。     

多尺度分形多孔介质气体有效扩散系数的数学模型

基于毛细管束假设和分形理论,建立了一种计算多孔介质中气体有效扩散系数的数学模型.利用分形几何理论,引入孔隙面积分形维数、孔道迂曲度分形维数以及孔隙连通性等参数定量表征多孔介质中真实的内部结构,构建出多孔介质、多尺度孔隙结构的分形模型,系统地研究了多孔介质中不同尺度孔隙下的气体扩散过程,推导出了分形多孔介质气体有效扩散系数模型,并分析讨论了多孔介质微结构参数对气体有效扩散系数的影响.研究结果表明,气体有效扩散系数随着平面孔隙度的增大而近似呈线性增加,孔隙面积分形维数与气体有效扩散系数呈正相关,而孔道迂曲度分形维数与气体有效扩散系数呈负相关;不同孔隙度情况下,气体有效扩散系数随着孔隙最小/最大直径比的变化趋势不同,孔隙连通性越强的多孔介质,气体有效扩散系数越大.     

低温高湿工况下热源塔换热特性实验研究

为了确定冬季低温高湿工况下开式热源塔与闭式热源塔的换热性能差异及影响因素,建立了热源塔热泵实验平台。定义吸热效率η表征热源塔换热过程热力完善度。实验研究了冬季空气干球温度2~10℃、溶液进口温度-10~-2℃、相对湿度60%~100%、风量1 400~4 400 m~3/h范围下,各参数对开式和闭式热源塔吸热效率的影响以及换热性能差异。结果表明:吸热效率均随溶液进口温度、相对湿度和风量的增大而增大,随空气干球温度的增大而减小;溶液进口温度对吸热效率均影响最大,相对湿度的影响最小;开式热源塔和闭式热源塔的吸热效率分别为0.26~0.55、0.16~0.35;开式热源塔比闭式热源塔吸热效率平均高35%,溶液换热温差高1.0~2.0℃。开式热源塔更适合南方低温高湿环境,但需综合考虑溶液飘洒和浓缩的问题。     

基于可变压缩比技术大功率低热值气体燃料发动机性能优化

为充分利用低热值气体燃料以缓解能源危机带来的压力,改善大功率低热值气体燃料发动机的燃烧过程和热效率,建立了大功率低热值气体燃料发动机的热力学循环仿真模型。研究了可变压缩比对发动机各负荷下性能和燃烧过程的影响规律,并对各工况下的压缩比进行数值优化。结果表明:大功率低热值气体燃料发动机应用可变压缩比技术,可以使发动机适应不同成分和理化性质的低热值燃料。部分负荷工况下,可以使发动机压缩比大幅提高,提高部分负荷下混合气压缩效果,改善了发动机的燃烧过程。应用可变压缩比技术,在中等负荷工况下热效率改善效果在4%~8%左右,小负荷较高转速下,热效率改善效果接近10%。可变压缩比改善了大功率低热值气体燃料发动机的热效率,为充分利用低热值气体燃料奠定了理论基础。     

不可逆狄塞尔热机输出功、效率及其参数优化

建立不可逆狄塞尔热机循环新模型。探索不可逆绝热过程对热机循环性能的影响，应用有限时间热力学方法．导出了输出功和效率与压力比、高低温比间的解析表式．揭示了这些重要热力学参量问的变化特性．研究结果表明，随着绝热不可逆程度的增大，输出功及效率均明显减小；输出功和效率随压力比的变化在一定范围内存在极大值．而输出功随高低温比的增大而单调增大．通过数值计算，还讨论了包括热机压力比、输出功和效率等优化工作区域及其界限、所得结论可为一类内燃机的最佳运行条件和优化设计提供理论参考．     

朗肯循环海洋温差能发电系统性能理论分析与试验

 针对海洋温差发电系统中效率低的问题，对海洋温差发电朗肯循环进行了理论分析，建立了系统中关键设备数学模型，计算了发电系统循环热效率、净输出功率。通过计算得到：当透平进口气体温度和冷凝温度一定时，循环热效率随透平进口气体压力的增大先升高后降低，且存在最大值。研建了15 kW朗肯循环海洋温差能发电系统并试验验证，得到了在模拟海洋温差下循环热效率随各参数的变化趋势与规律，同时与理论计算结果比较，验证了理论计算结果的可靠性。     

用热力学第二定律分析涡流室柴油机的热力过程

运用热力学第二定律对涡流室柴油机的热力过程进行了研究，通过平衡分析讨论了通道节流引起的不可逆损和副燃烧室传热损，并与理想的柴油机热力过程进行了比较，揭示了影响涡流室柴油机热效率的根本原因。     

回热式有机朗肯循环系统热力性能

膨胀机和工质泵作为有机朗肯循环系统的重要动力部件,在不同的热源温度下,合适的膨胀机及工质泵转速能够有效提高ORC系统的热效率。本文基于回热式ORC系统的热力学分析,选用R245fa为工质研究了膨胀机转速、工质泵转速以及热源温度对系统性能的影响。结果表明：膨胀机转速的增加使得工质质量流量、蒸发器换热量、膨胀机输出功和系统净输出功有所上升,而蒸发压力和热效率下降;工质泵转速的增加会使得工质质量流量、蒸发压力、蒸发器换热量及系统净输出功升高,系统热效率先增加后降低;热源温度的升高会导致蒸发压力下降,工质质量流量、蒸发器换热量、膨胀机输出功、净输出功及热效率均随之增加。     

混合热阻条件下广义热机的最优构型及其性能

研究了有限热源条件下工质与热源间传热规律服从混合热阻形式时热机的有限时间热力学性能，讨论了循环的最优构型及最优功率与效率间的优化关系，所得结果对实际热机的设计工作具有一定的指导作用。     

中介尺度活塞式内燃机氢氧燃烧过程的数值模拟

中介尺度条件下的氢氧预混燃烧,其燃烧速率主要由化学反应速度决定。于是采用层流有限速率模型,运用详细氢氧19步基元反应化学动力学机理和动态网格数值方法,对中介尺度准气体动力循环活塞式热力发动机超高燃烧负荷率氢氧预混燃烧过程进行了模拟。研究表明:中介尺度移动边界微小封闭空间的氢氧预混燃烧具有稳定性;采用表面炽热点火形式的中介尺度准气体动力循环的活塞式内燃机,能够实现工质高温吸热、内能增加和对外做功的完整热力学过程;而循环周期、初始压力、相对燃空比等运行参数对移动边界微小封闭空间的氢氧燃烧过程具有复杂的影响。     

改善增压天然气发动机排放特性的途径

通过试验研究增压稀薄燃烧天然气发动机的排放特性,以及排气温度受过量空气系数λ的影响,研究结果表明:随着过量空气系数的增大,NOx与CO和HC的排放量变化趋势相反;压缩天然气发动机采用稀薄燃烧(λ＞1.0)技术的源排放能达到国Ⅲ标准,在加装普通三效催化转化器(TWC)后,其排放也只能达到国Ⅲ标准.原因是普通三效催化转化器只有在λ≈1.0时,其转化效率最高;米勒循环发动机的膨胀比大于压缩比,这有利于降低排气温度和提高热效率.因此,本文提出天然气发动机达到国Ⅳ排放标准一种新的技术路线:基于当量比燃烧(λ=1.0)的米勒循环技术,通过连续可变气门正时(CVVT)机构来调节气阀的开启和关闭时刻.采用该技术可以适当地增大发动机的压缩比,从而保证发动机的动力性和提高热效率,又可有效地降低排气温度,实现当量比燃烧,极大地提高了排放污染物在三效催化转化器中的转化效率,使天然气发动机排放达到国Ⅳ排放标准.