微型旋轉(zhuǎn)擺式發(fā)動機傳熱特性及其對整機性能影響研究

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1、中圖分類號：V231.3論文編號：102870218-S084學(xué)科分類號：082502碩士學(xué)位論文微型旋轉(zhuǎn)擺式發(fā)動機傳熱特性及其對整機性能影響研究研究生姓名徐健華學(xué)科、專業(yè)航空宇航推進理論與工程研究方向微型能源動力系統(tǒng)指導(dǎo)教師黃國平教授南京航空航天大學(xué)研究生院能源與動力學(xué)院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchonHeatTransferCharacteristicsofMSREandItsEffectonOv

2、erallPerformanceAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyXuJianhuaAdvisedbyProf.HuangGuopingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承諾書本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或

3、證書而使用過的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書）作者簽名：日期：南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要本課題組提出了一種新型追趕式微型旋轉(zhuǎn)擺式發(fā)動機，該微型熱機具有相對熱效率高、功重比大等特點。發(fā)動機微型化后面容比增大，腔內(nèi)工質(zhì)和接觸壁面熱交換增強，熱損失增大，傳熱對微型旋轉(zhuǎn)擺式發(fā)動機的影響不可忽略。本文基于該問題，開展了微型旋轉(zhuǎn)擺式發(fā)動機傳熱特性及其對發(fā)動機性能影響的研究。主要工作和結(jié)論如下：基于微型旋轉(zhuǎn)擺式發(fā)動機工作原理，建立發(fā)動機腔內(nèi)工質(zhì)-腔體-環(huán)境的

4、傳熱模型，完善了發(fā)動機工作過程的熱力學(xué)模型。初步仿真計算得到計入工質(zhì)與腔體熱交換后發(fā)動機過程參數(shù)與性能，為后續(xù)腔體熱負荷相關(guān)計算以及計入工質(zhì)與壁面熱交換后整機性能變化研究奠定基礎(chǔ)。通過處理初步計算的結(jié)果得到工質(zhì)的當(dāng)量循環(huán)平均溫度和換熱系數(shù)，作為腔體與轉(zhuǎn)子活塞溫度場計算的邊界條件。腔體壓縮沖程位置為局部低溫區(qū)（840K左右），燃燒/膨脹與排氣沖程位置為相對高溫區(qū)（1140K左右），溫差較大。轉(zhuǎn)子活塞溫度較為均勻（1010K左右），頂部稍高于輪轂。熱負荷作用下腔體尖角處變形最大達385μm；腔體內(nèi)壁向外膨脹（最小201.1μm），其變形量小于轉(zhuǎn)子活塞（最大238μm），實際工作中會出現(xiàn)“拉缸”現(xiàn)

5、象?；谕晟坪蟮膫鳠崮Ｐ图扒惑w與轉(zhuǎn)子活塞溫度場，仿真計算了腔內(nèi)工質(zhì)與接觸面發(fā)生換熱后更真實情況下發(fā)動機的性能。計入傳熱后，壓縮受影響最大，壁面給工質(zhì)傳遞熱量，壓縮過程工質(zhì)溫度上升顯著，壓縮損耗變大。輸出功率從絕熱時的2.818kW降至1.700kW，熱效率從絕熱時的17.288%降至12.061%。同時發(fā)現(xiàn)每降低壁溫100K，熱效率提升0.5個百分點，相對增幅度4.2%。另外，泄漏流所傳遞交換的熱量較之壁面跟工質(zhì)的換熱是相對小量。最后發(fā)現(xiàn)尺寸越小，面容比越大，功率下降幅度大于尺寸減小的三次方，性能下降尤為明顯。發(fā)動機低頻運行時泄漏造成的熱效率降幅（35.57%）大于傳熱造成的熱效率降幅（30

6、.06%），而高頻時傳熱所造成損失較之泄漏更大。較之熱效率，功率對于頻率的敏感性更高。通過合理2的參數(shù)優(yōu)化，壁溫下降200K及對流換熱系數(shù)減小50W/(m?K)，MSRE的性能相對提升幅度較大，功率在100Hz時升至2628W，熱效率在53Hz時升至17.703%?；谡n題組現(xiàn)有的原理樣機，通過電機拖拽轉(zhuǎn)動驗證了其運動可行性。靜摩擦阻力矩在0.15N?m左右，結(jié)合性能曲線可知其自運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速約在500rpm。低轉(zhuǎn)速下電機倒拖點火試驗中發(fā)現(xiàn)當(dāng)量比0.8時點火連續(xù)性最好；采用分段式覆蓋測量，循環(huán)過程腔內(nèi)工質(zhì)溫度、壓力大幅低于理論計算值，試驗中實際的不可逆因素影響相當(dāng)大。關(guān)鍵詞：微型旋轉(zhuǎn)擺式發(fā)動機，熱

7、力學(xué)循環(huán)，腔體溫度分布，傳熱影響，參數(shù)優(yōu)化I微型旋轉(zhuǎn)擺式發(fā)動機傳熱特性及其對整機性能影響研究II南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTResearchgroupproposedanewcatch-upmicroswingrotorengine(MSRE),whichhasthecharacteristicsofhighrelativethermalefficiencyandlargeweight-to-