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研究生: 劉耀華
Liu, Yao-Hua
論文名稱: 微型渦輪發動機之性能參數模擬與實驗
Performance Parameter Simulation and Experiment of Micro Turbine Engine
指導教授: 賴維祥
Lai, Wei-Hsiang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 100
中文關鍵詞: K60TP微型渦輪發動機GasTurb11敏感性分析數值最佳化演算分析壓縮比(γ)燃燒室出口溫度(T4)
外文關鍵詞: K60TP micro-turbine engine, GasTurb11, sensitivity analysis, Numerical optimization calculation analysis, pressure ratio (γ), combustion chamber outlet temperature(T4)
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  • 本研究主要目的為找尋出K60TP微型渦輪發動機的未知參數值;首先利用廠商提供之規格參數值進行初步模擬分析,為了能更準確的進行設計點參數模擬分析測試,本研究建置了K60TP微型渦輪之實驗系統,以藉此實驗運轉測試進而得知三個性能參數值,分別是發動機之入口質量流率(ṁ)為0.155 kg/s、渦輪出口溫度(T5)為939.0 K以及軸功率(Power)為7.0 kW,最終,再透過套裝軟體GasTurb11進行設計點參數模擬分析測試。

    利用GasTurb11進行設計點參數模擬分析測試前,先行經由敏感性分析,得知壓縮比(γ)及燃燒室出口溫度(T4)此兩性能參數,為所有模擬輸入參數中對目標參數值的影響程度最大;故本研究將此兩性能參數之可能參數值細分成20個測試組合,分別於三種不同效率調整範圍,設計成60個測試組後,利用GasTurb11模擬軟體進行數值最佳化演算分析。將模擬結果比對實驗結果後發現,軸功率之模擬結果達到7.0 kW,並且渦輪出口溫度之模擬結果與實驗數據之間的誤差皆於3 %內之參數解共有10組,其中此最小誤差值為0.32 %的測試參數組合分別有γ =2及T4=1050 K、γ =2.6及T4=1100 K。

    The main purpose of this study is to find the unknown parameter values of the K60TP micro-turbine engine. First, use the existing parameter values provided by the manufacturer for preliminary parameter simulation analysis. To improve the accuracy of simulation results, we construct the K60TP micro-turbine engine system and measure the performance parameters. Based on this experimental operation test, three performance parameter values are obtained, namely, the engine inlet mass flow rate (ṁ) is 0.155 kg/s, the turbine outlet temperature (T5) is 939.0 K, and the shaft power is 7.0 kW. Finally, carry on the design point parameter simulation analysis test by the package software GasTurb11.

    Before starting the design point parameter simulation analysis test in GasTurb11, through sensitivity analysis, it is known that the pressure ratio (γ) and the combustion chamber outlet temperature (T4) are the greatest influence on the target parameters in all the simulation input parameters. So possible parameter values of the two performance parameters are divided into 20 parameter combinations, and combined three different efficiency adjustment ranges into total 60 test groups. Then the simulation results of the Numerical optimization calculation analysis compared with the experimental results has been revealed. The simulation result of the shaft power reaches 7.0 kW, and there are 10 sets of parameter solutions which the error between the simulation result and the experimental data of the turbine outlet temperature is within 3%. Among them, the test parameter combinations with the minimum error value (0.32 %) are γ =2 and T4=1050 K, γ=2.6 and T4=1100 K.

    中文摘要 I Extended Abstract II 誌謝 VII 目錄 VIII 表目錄 XI 圖目錄 XV 符號 XVIII 第1章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 文獻回顧 4 1-3 研究動機 9 1-4 研究目的與流程 10 第2章 基礎理論與系統 12 2-1 燃氣渦輪理想的循環 12 2-2 系統概念 20 2-2-1 渦輪系統 20 第3章 K60TP之初步模擬與實驗 24 3-1 K60TP發動機 24 3-2 GasTurb11軟體簡介 26 3-2-1 敏感性分析 27 3-2-2 參數研究法 28 3-2-3 最佳化研究 29 3-3 K60TP發動機初步參數模擬 30 3-3-1 模擬模型 30 3-4 K60TP實驗及其基本設備 33 3-5 K60TP實驗之量測設備與參數 36 3-5-1 渦輪出口溫度(T5) 37 3-5-2 軸功率 38 3-5-3 質量流率 41 3-5-4 實驗系統與簡易規劃 50 3-6 實驗數據與GasTurb11使用參數值 51 第4章 GasTurb11設計點參數模擬 53 4-1 目標參數 53 4-2 設計點測試架構 54 4-2-1 固定參數 56 4-2-2 未定參數 60 第5章 結論與未來工作 95 5-1 結論 95 5-2 未來工作 96 參考文獻 98

    [1] https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%87%83%E6%B0%A3%E6%B8%A6%E8
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    下載圖示 校內:2024-10-31公開
    校外:2024-10-31公開
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