張鵬飛,李 星,許開富,王曉峰,金 路
(1.西安航天動(dòng)力研究所,陜西 西安 710100;2.航天推進(jìn)技術(shù)研究院,陜西 西安 710100)
為了提升運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力和可靠性,我國(guó)自20世紀(jì)90年代開始,啟動(dòng)了高壓補(bǔ)燃液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的研制。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)推力和性能的提升,主渦輪入口的壓力逐漸增加。最新一代載人登月大推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪入口的壓力達(dá)到50 MPa以上,這導(dǎo)致渦輪燃?xì)獾男再|(zhì)偏離理想氣體,高壓下的真實(shí)氣體效應(yīng)突出。渦輪是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中熱負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷最大的部件,工質(zhì)溫度高,工作環(huán)境惡劣,準(zhǔn)確分析評(píng)估渦輪性能是確保發(fā)動(dòng)機(jī)能安全高效工作的必要條件。當(dāng)壓力和溫度很高時(shí),真實(shí)氣體效應(yīng)導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪性能偏差將影響整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)平衡和穩(wěn)定工作。
定物性理想氣體假設(shè)與真實(shí)氣體的偏差會(huì)影響渦輪內(nèi)部流動(dòng),導(dǎo)致渦輪性能計(jì)算的偏差。國(guó)內(nèi)對(duì)高壓渦輪功率計(jì)算中真實(shí)氣體效應(yīng)影響的研究較少,國(guó)外雖然開展了一些研究,但發(fā)表的文獻(xiàn)普遍缺乏詳細(xì)的對(duì)比分析。為了研究不同壓力下真實(shí)氣體效應(yīng)對(duì)渦輪性能的影響,分別進(jìn)行了采用定物性理想氣體、ARK氣體狀態(tài)方程和基于NIST Refprop 真實(shí)物性數(shù)據(jù)庫(kù)的單通道渦輪性能仿真研究,并與一維壓縮因子修正的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
實(shí)際氣體的狀態(tài)參數(shù)計(jì)算在于建立實(shí)際氣體的狀態(tài)方程。荷蘭物理學(xué)家范德瓦爾斯通過(guò)對(duì)理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行修正首先于1873年提出了實(shí)際氣體狀態(tài)方程……p>