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Active control of fluid flows in gas turbines

燃气轮机中流体流动的主动控制

基本信息

批准号：
EP/L015196/1
负责人：
Peter Ireland
金额：
$ 100.05万
依托单位：
University of Oxford
依托单位国家：
英国
项目类别：
Research Grant
财政年份：
2014
资助国家：
英国
起止时间：
2014 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://gtr.ukri.org/projects?ref=EP%2FL015196%2F1
关键词：
Active control fluid flows gas

项目摘要

The global appetite for power and for efficient transportation can only increase as nations industrialise and the world's population grows. This application is about making engines more efficient using game changing technology that enables sophisticated computer control of engine thermodynamic cycles. This research will address the technological building blocks required for computer controlled manipulation of power generating fluid flows. The technical difficulties of modulating engine flows can be immense but the prize for control substantial. For example, the leakage flows at the tip of a gas turbine blade and the cooling airflows in a combustion chamber contribute significantly to engine fuel burn and emissions respectively. Many such engine flows are high speed, high pressures (20bar+) and at high temperatures (500 degC+) and reside in difficult to access parts of the engine. This means that conventional valves and actuators that have moving parts are not viable due to inadequate life and slow response time.We shall consider here a novel concept of a valve that has no moving parts and works at the pressures and temperatures normally found in gas turbines or diesel engines. The Electro-fluidic-transistor-valves to be studied in this research use small plasma discharges in combination with fundamental fluidic effects to inject or switch off jets of air when commanded. One of the goals in this research is to understand the fundamental parameters that influence the operation and performance of such devices. How fast can such devices be made to operate? And how can control engineering be used to directly manipulate on the micro scale the flow past the turbine blade tip that is the single biggest contributor aero-engine inefficiency? To answer these questions, this ambitious proposal uses an integrated approach that will research the science of the plasma switched fluidic valves, identify the key control laws and architectures for high bandwidth flow control and then demonstrate the concept experimentally in a challenging high speed turbine application. This will require close research collaboration between control engineers and thermo-fluid specialists, a direction well aligned with EPSRC strategy for both Control Engineering and Aerodynamics disciplines. The applicants are convinced that this multi-channel approach is the best way to propel this potentially disruptive technology into CO2 saving applications.

随着各国的工业化和世界人口的增长，全球对电力和高效交通的需求只会增加。这个应用程序是关于使发动机更有效地使用改变游戏规则的技术，使复杂的计算机控制发动机热力循环。这项研究将解决所需的计算机控制操纵发电流体流动的技术构件。调节发动机流量的技术难度可能是巨大的，但控制的价值是巨大的。例如，燃气涡轮机叶片尖端处的泄漏流和燃烧室中的冷却气流分别对发动机燃料燃烧和排放有显著贡献。许多这样的发动机流是高速、高压（20巴+）和高温（500摄氏度+），并且存在于难以接近的发动机部件中。这意味着传统的阀门和执行器有运动部件是不可行的，由于寿命不足和响应时间慢。我们将考虑在这里一个新的概念，阀门没有运动部件和工作在压力和温度通常在燃气轮机或柴油发动机。本研究中要研究的电流体晶体管阀使用小等离子体放电结合基本流体效应来在命令时注入或关闭空气射流。本研究的目标之一是了解影响此类设备操作和性能的基本参数。这种设备的运行速度能有多快？如何利用控制工程直接在微观尺度上操纵流经涡轮机叶尖的气流，而这正是导致航空发动机效率低下的最大因素？为了回答这些问题，这个雄心勃勃的建议使用一个综合的方法，将研究等离子体开关射流阀的科学，确定高带宽流量控制的关键控制律和架构，然后在一个具有挑战性的高速涡轮机应用实验演示的概念。这将需要控制工程师和热流体专家之间的密切研究合作，这一方向与控制工程和空气动力学学科的EPSRC战略保持一致。申请人确信，这种多渠道方法是将这种潜在的破坏性技术推进到二氧化碳减排应用中的最佳方式。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Active Fluidic Switching at High Mach Numbers

高马赫数下的主动流体切换

DOI：
10.2514/6.2019-3683
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mair M
通讯作者：
Mair M

Fluid Dynamics of a Bistable Diverter Under Ultrasonic Excitation-Part II: Flow Visualization and Fundamental Mechanisms

超声波激励下双稳态分流器的流体动力学 - 第二部分：流动可视化和基本机制

DOI：
10.1115/1.4050084
发表时间：
2021
期刊：
Journal of Fluids Engineering
影响因子：
0
作者：
Mair M
通讯作者：
Mair M

TOWARDS THE GENERALISATION OF THERMAL FLUX DATA FOR THE IMPROVEMENT OF ATMOSPHERIC ENTRY AND SPACECRAFT DEORBITING SIMULATIONS

致力于热通量数据的泛化以改进进入大气层和航天器脱轨模拟

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
65th International Astronautical Congress, Toronto, Canada.
影响因子：
0
作者：
Donaldson N
通讯作者：
Donaldson N

Switching Dynamics of a Fluid Diverter Valve Using Ultrasonic Excitation for Active Flow Control

使用超声波激励进行主动流量控制的流体分流阀的开关动力学

DOI：
10.2514/6.2017-4309
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mair M
通讯作者：
Mair M

Fluid Dynamics of a Bistable Diverter Under Ultrasonic Excitation-Part I: Performance Characteristic

超声波激励下双稳态分流器的流体动力学第一部分：性能特点

DOI：
10.1115/1.4050083
发表时间：
2021
期刊：
Journal of Fluids Engineering
影响因子：
0
作者：
Mair M
通讯作者：
Mair M

DOI：
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作者：
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Peter Ireland其他文献

Measurement of gas dispersion parameters in a reflux flotation cell

回流浮选槽中气体分散参数的测量

DOI：
10.1016/j.mineng.2025.109526
发表时间：
2025-10-01
期刊：
MINERALS ENGINEERING
影响因子：
5.000
作者：
Abdullaziz Glabe Zakari;Raju Chowdhury;Peter Ireland;Geoffrey Evans;Subhasish Mitra
通讯作者：
Subhasish Mitra