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舰载燃气轮机间冷器的设计与研究

文超柱  
【摘要】: 近年来,对成熟的航空发动机进行改型应用在非航空领域具有重要的现实意义。燃气轮机舰用的应用前景非常广阔,舰载燃气轮机能够显著的提升战舰的动力性能。燃气轮机间冷回热循环(ICR-Intercooling Recuperated)是近年来竞相开展的燃气轮机先进循环方式之一,其突出的优点是不仅在设计工况下热效率高、功率大,而且克服了简单循环燃气轮机在低工况下经济性变差的弱点。在间冷回热(ICR)循环和间冷(IC)循环中,间冷器是对燃气轮机性能有重要影响的部件。板翅式换热器是舰载燃气轮机首选换热器形式。我国燃气轮机间冷器技术的发展起步较晚,对间冷器设计尚未形成一套完整的理论。因此,对舰载燃气轮机间冷器的设计和优化展开研究具有重要的现实意义。 本文主要内容就是对舰载燃气轮机间冷换热器设计技术进行研究。本文在对传统的板翅式换热器的设计理论和方法的分析基础上,建立了燃气轮机间冷换热器的设计步骤和方法,并利用计算机进行辅助设计,开发出了能辅助间冷换热器设计的程序,并利用该程序进行了某参数条件下燃气轮机间冷器的初步设计工作,得到了满足要求的间冷换热器设计方案,同时针对不同设计参数对换热器性能的影响进行了分析。在此基础上,本文借鉴了成熟机型WR-21燃气轮机间冷器的设计经验,对间冷器进行了初步的结构设计。最后,本文采用计算流体动力学(CFD)方法对间冷器的通道流场进行了数值模拟,给出并分析了计算区域内多个截面的温度、压力、速度、局部传热系数等参数的分布和变化趋势,考察了不同工况下间冷器的工作性能。 本文的研究所得结论可为舰载燃气轮机间冷器的设计与优化提供有益的参考。


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