● 摘要
本文结合近年来发展起来的高温空气燃烧技术(High Temperature Air Combustion，HTAC)，设计一种新型高温高压燃气发生器，其采用两级加热系统，将空气预热到1100K后与燃料混合燃烧，产生2500K、10MPa 的高温高压燃气。HTAC 技术的应用能够满足总体设计要求，降低污染排放量。本文完成了高温高压燃气发生器的总体方案设计和主要部件设计。首先，详细阐述了系统结构和工作过程，计算了燃气发生器各部件的进出口热力参数，进而完成高温高压燃气发生器热力循环计算。其次，将预热器设计成单筒燃烧室，在全面分析燃烧室结构和工作过程的基础上，完成燃烧室总体尺寸、扩压器、旋流器、点火装置设计和空气流量分配。再次，蓄热器采用蜂窝陶瓷蓄热体，将其类比成逆流换热器，设计获得蓄热器雏形。依据能量守恒定律，建立了蜂窝体传热数学模型，在此基础上，选择蓄热室长度、加热时间、冷却时间和空气进口流速四个关键设计参数为优化变量，采用权重系数变换法，确定可综合评价温度效率、热回收率和成本价格的目标函数，对蜂窝陶瓷蓄热体进行遗传优化设计。为了解决多目标遗传寻优过程中的早熟和多样化损失问题，提出了一种改进的遗传算法，增强了遗传算法的全局搜索能力。优化结果表明了算法的有效性。最后，将高温高压加热器设计成单筒燃烧室，完成燃烧室总体尺寸设计并确定了火焰筒冷却技术方案。高温高压加热器由空气压缩机和高压储气罐供风。超音速喷管收缩段按照维托辛斯基公式设计，扩张段采用锥形型面设计，通过仿真计算获得了可行的喷管型线。