气体涡轮的压力增益燃烧：基于全耦合发动机模型的分析
流体动力学
2024-04-23 v1
摘要
2014年提出的“无冲击爆炸燃烧”（SEC）概念用于气体涡轮燃烧器，模拟了通过声学约束自燃气包实现近似等容燃烧（CVC）。产生的压力波同时将燃烧能量传递给涡轮腔体，并促进燃烧器对平均压力增益的再充电。实现SEC驱动的气体涡轮存在若干挑战：i)创建近似均匀的自燃电荷分布；ii)保护涡轮组件免受燃烧引起的压力波动的冲击；iii)证明其效率提升可与等容燃烧相媳美；iv)设计有效的单向进气阀。本文针对挑战i)-iii)进行研究，采用包含准一维燃烧器、零维和二维压缩/涡轮腔体以及准稳态涡轮组件的计算发动机模型。识别出两种SEC工作模式，分别以大约一倍和两倍燃烧器声学频率进行点火。对于压缩压比为6:1和20:1的SEC驱动涡轮，结果显示燃烧器上的平均压力提升约为1.5倍。假设压缩机和涡轮理想高效，分别实现对采用爆燃燃烧器的发动机效率提升30%和18%。所得效率分别为52%和66%，接近相应预压比下霍夫曼循环理论效率的54%和65%。详细的热力学循环分析表明，对于单个气体包，仍可通过优化腔体和燃烧器设计实现进一步的效率提升。
引用
@article{arxiv.2404.14053,
title = {Pressure gain combustion for gas turbines: Analysis of a fully coupled engine model},
author = {Rupert Klein and Maikel Nadolski and Christian Zenker and Michael Oevermann and Christian Oliver Paschereit},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.14053},
year = {2024}
}