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研究生: 李彥慶
Li, Yen-Ching
論文名稱: 微型渦輪引擎環狀燃燒室設計與實驗驗證之研究
Design and Performance Testing of a Miniature Gas Turbine's Annular Combustor
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: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 80
中文關鍵詞: 環狀燃燒室燃油環
外文關鍵詞: annular combustor, swirl holes, turbo-charger
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  •   本研究目的在於設計一具微型渦輪引擎環狀燃燒室並測試之。燃料為丙烷並選用喬晟公司的TD08渦輪增壓器之軸件來搭配設計。

      研究步驟分二階段;第一階段為燃燒室設計,主要於推算出渦輪引擎各站位性能參考數據,依此來設計環狀燃燒室,例如:孔口位置安排、孔口面積大小與各燃燒區流量分配。第二階段則針對設計完成之燃燒室進行冷流與燃燒測試實驗。冷流實驗用來驗證與修改燃燒室設計。燃燒測試則探討燃料注入方向與渦漩產生機制對燃燒室的影響,吾人預期採用與氣流反向的燃料注入方式能更有助於提升燃料和空氣的混合度,使得燃燒過程在燃燒室長度被限制下可以於燃燒室內完成。

      由冷流實驗結果可推得氣流通過孔口之壓降,可以提高孔口面積理論計算之正確性,將燃燒室孔口面積修改後並完成燃燒室襯筒加工。點火測試實驗則從渦旋產生機制個數及燃料注入方向來測試。結果可以發現渦旋產生機制的個數為8個時對於燃料與空氣的混合度獲得有效提昇。改變燃料注入方向結果亦顯示當燃料注入方向與氣流方向相反時,確實可以降低渦輪出口的高溫,顯示逆流注入燃料方式比順流注入能有效地提昇燃料與空氣混合度。

      The study is to design and test the annular combustor of the miniature gas turbine engine and to set up the testing equipment. In this thesis, the miniature gas turbine engine is designed based on the performance of the centrifugal compressor and the turbine blades of a turbo-charger.

      First, the author roughly decided the distribution of the compressed air in each combustion zone and then calculated the total area of the holes on the chamber liners and the numbers of holes. After the theoretical design, performing some cold-flow tests and ignition tests on this annular chamber.

      In the cold-flow tests, manufacturing the model chamber which is geometrically identical to prototype chamber. And it is found that the pressure loss of flow through the liner hole is about 3% of the total pressure. And it is also found the information about the flow rate of the holes. These are helpful to modify the chamber design. In the firing tests, discussing the mixing effect by changing the fuel injection direction and by control the numbers of swirl holes. The results show that upstream fuel injection mode dose play well in the short chamber length compared with the side fuel injection mode.

    中文摘要 英文摘要 致謝 目錄 i 表目錄 iii 圖目錄 iv 符號說明 vii 第一章 緒論 1 1 - 1前言 1 1 - 2文獻回顧 3 1 - 3研究動機與目標 6 第二章 燃燒室設計 7 2 – 1 設計點引擎各站位之條件分析 7 2 – 2 燃燒室設計 8 2 – 2 – 1 燃燒室空氣流量分配 9 2 – 2 – 2 燃料與空氣比率 10 2 – 2 – 3 燃燒室之幾何尺寸 11 2 – 2 – 4 孔口大小位置安排 14 2 – 2 – 5 渦漩孔口設計 16 2 – 2 – 6 燃油環設計 18 第三章 實驗設備與儀器 21 3 - 1 冷流測試相關實驗設備 21 3 – 1 – 1 燃燒室樹酯模型 22 3 – 1 – 2 水柱式壓力量測計 23 3 – 2 燃燒實驗相關設備與儀器 25 3 – 2 – 1 滑油供應系統 27 3 – 2 – 2 燃料系統 28 3 – 2 – 3 壓力量測相關設備與儀器 30 3 – 2 – 4 轉速計 30 3 – 2 – 5 熱電偶 31 3 – 2 – 6 廢氣成分分析儀器 32 3 – 2 – 7 資料擷取系統 35 第四章 實驗原理與實驗步驟 36 4 – 1 冷流實驗原理 36 4 – 2 流量量測理論 38 4 – 3 實驗步驟 40 4 – 3 – 1 冷流測試 40 4 – 3 – 2 燃燒實驗 42 第五章 實驗結果與討論 45 5 – 1 燃燒室冷流測試結果 45 5 – 2 燃燒室燃燒實驗測試結果 49 5 – 2 – 1燃氣注入方向對燃燒室性能表現之觀測結果 51 5 – 2 – 2 燃燒室出口溫度分佈 53 5– 2 – 3氣流渦旋產生機制個數對燃燒室出口溫度之影響 58 5 – 2 – 4渦輪出口廢氣成分分析 63 5 – 2 – 5燃燒室設計探討 64 第六章 結論 67 未來工作 69 參考文獻 70 附錄(假想之微型渦輪引擎各站位氣體條件推算) 73 自述 80

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    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2004-07-29公開
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