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原文传递金属燃料闭式循环方案设计

论文题名：	金属燃料闭式循环方案设计
关键词：	军用水下航行器;动力推进装置;金属燃料;闭式循环;热力性质;换热系数
摘要：	采用金属燃料闭式循环(MFCC)的无人水下航行器(UUV)是各国海军部队所青睐的重要武器，其动力推进装置作为其中的关键部分得到了深入研究。采用金属作为燃料时，整个装置的重量和重心不随燃烧反应变化。此外，由于氧化剂自身携带，所以燃烧性能不受出口背压影响且无排放，意味着没有明显航迹可寻。因此金属燃料闭式循环是一种理想的水下用循环方式。　　本文通过热力性能计算、数值方法及循环仿真，对金属燃料闭式循环的不同循环方式和关键部件进行了分析研究，具体分为以下几个方面: 　　首先，通过对备选燃料和氧化剂进行热力性质计算，对比燃料Li、Na、K、Mg、Al与氧化剂O2和SF6分别组合的比能量和能量密度，结果显示Li的性能优越，又对比Li与氧化剂F2、Cl2、O2、SF6、ClF3组合的比能量与能量密度，结果表明金属燃料Li与氧化剂SF6的组合最佳。Li/SF6比能量为14.47MJ/kg、能量密度为15.24MJ/L。　　随后，以Li/SF6为热源，对闭式布雷顿循环的系统模型进行仿真分析，选择CO2、空气、He和SF6用于备选循环工质。通过改变压比和涡轮前温度、工质流量和涡轮前温度的热力性能和稳态变工况分析，以及压气机入口的流量和压力解耦和耦合时的低工况性能分析。结果表明，备选的闭式布雷顿循环工质以He性能最佳，燃料Li的消耗量可达5-9g/s，低于其他工质。　　最后，基于以Li/SF6为热源，以He为循环工质的布雷顿循环，对热源反应池换热器和循环工质的冷却装置进行了结构设计，热源换热器和工质冷却器均采用螺旋管式换热器，利用Fluent对热源换热器和工质冷却器进行建模和数值模拟，结果表明:反应池螺旋管换热器换热系数在103.56±0.01W/(m2·K)，热源温度为1000K时，工质温升600K左右，冷却器换热系数为161±0.5W/(m2·K)，冷却后工质温度最低达300K，换热器面积余量为10％，满足了设计要求。
作者：	宋国龑
专业：	动力工程
导师：	林枫;孙鹏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文