Análisis de las características aerodinámicas de la turbina de detonación rotativa basada en el método de descomposición ortogonal adecuada
Autores: Ling, Meiting; Zhao, Ting; Luo, Wenguo; Zhu, Jianfeng; You, Yancheng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Análisis de las características aerodinámicas de la turbina de detonación rotativa basada en el método de descomposición ortogonal adecuada
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Interacciones inestables
Motores de turbina de detonación rotativa
Modelo numérico 2D
Combustor de detonación rotativa
Descomposición ortogonal adecuada
Números de onda de detonación
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Las interacciones inestables en los motores de turbina de detonación rotativa (RDTE) siguen siendo poco comprendidas. Para abordar esto, se establece un modelo numérico 2D que integra un combustor de detonación rotativa (RDC) con una turbina de primera etapa para analizar las estructuras de flujo y la aerodinámica bajo varios modos de detonación. La descomposición ortogonal adecuada (POD) revela vínculos intrínsecos entre las características del flujo y las métricas de rendimiento. Los resultados muestran que, aunque el RDC genera un aumento de presión total, induce un flujo inestable significativo. Las palas guía suprimen parcialmente las fluctuaciones de presión, pero no pueden eliminar las pérdidas de presión total ni la no uniformidad circunferencial, reduciendo la eficiencia del rotor. Aumentar el número de ondas de detonación disminuye el aumento de presión total en la entrada del rotor, pero mejora la uniformidad del flujo: el modo de doble onda en sentido antihorario exhibe un rendimiento óptimo (27.9% de aumento de trabajo, 5.0% de inestabilidad, 86.4% de eficiencia), mientras que el modo de onda simple en sentido horario muestra el peor rendimiento (20.9% de aumento de trabajo, 11.8% de inestabilidad, 84.0% de eficiencia). El análisis de POD indica que los modos de primer orden representan características de flujo promediadas en el tiempo, mientras que los modos de bajo orden capturan distribuciones de presión no uniformes y fenómenos de emparejamiento, reconstruyendo la propagación de ondas. El estudio destaca las discrepancias entre el flujo inestable real en la entrada de la turbina y las suposiciones de diseño cuasi-estáticas convencionales, proponiendo mejorar las características del flujo medio y aumentar la proporción de energía del primer modo para mejorar la extracción de trabajo. Estos hallazgos aclaran la correlación entre el modo de onda de detonación y el rendimiento de la turbina, ofreciendo perspectivas para aplicaciones de ingeniería de RDTE.
Descripción
Las interacciones inestables en los motores de turbina de detonación rotativa (RDTE) siguen siendo poco comprendidas. Para abordar esto, se establece un modelo numérico 2D que integra un combustor de detonación rotativa (RDC) con una turbina de primera etapa para analizar las estructuras de flujo y la aerodinámica bajo varios modos de detonación. La descomposición ortogonal adecuada (POD) revela vínculos intrínsecos entre las características del flujo y las métricas de rendimiento. Los resultados muestran que, aunque el RDC genera un aumento de presión total, induce un flujo inestable significativo. Las palas guía suprimen parcialmente las fluctuaciones de presión, pero no pueden eliminar las pérdidas de presión total ni la no uniformidad circunferencial, reduciendo la eficiencia del rotor. Aumentar el número de ondas de detonación disminuye el aumento de presión total en la entrada del rotor, pero mejora la uniformidad del flujo: el modo de doble onda en sentido antihorario exhibe un rendimiento óptimo (27.9% de aumento de trabajo, 5.0% de inestabilidad, 86.4% de eficiencia), mientras que el modo de onda simple en sentido horario muestra el peor rendimiento (20.9% de aumento de trabajo, 11.8% de inestabilidad, 84.0% de eficiencia). El análisis de POD indica que los modos de primer orden representan características de flujo promediadas en el tiempo, mientras que los modos de bajo orden capturan distribuciones de presión no uniformes y fenómenos de emparejamiento, reconstruyendo la propagación de ondas. El estudio destaca las discrepancias entre el flujo inestable real en la entrada de la turbina y las suposiciones de diseño cuasi-estáticas convencionales, proponiendo mejorar las características del flujo medio y aumentar la proporción de energía del primer modo para mejorar la extracción de trabajo. Estos hallazgos aclaran la correlación entre el modo de onda de detonación y el rendimiento de la turbina, ofreciendo perspectivas para aplicaciones de ingeniería de RDTE.