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微型涡轮研讨会报告及PPT下载
介绍
其中一个可能来自最深思熟虑、最不引人注目的工程领域:燃气轮机工程。燃气轮机是一种内燃机，就像驱动汽车的发动机一样，只不过它们使用的是转轴或转子，而不是气缸中往复运动的活塞。这使得它们运行平稳，降低了维护成本，提高了可靠性。尽管60年前燃气轮机才开始实用，但今天燃气轮机已成为人类文明的关键技术之一。作为喷气发动机，它们为我们提供了大部分的航空运输，而静止的燃气涡轮机在我们的电力生产中所占的比例越来越大。部分由于这个关键角色，燃气轮机工程师往往一次创新一小步。在一个责任风险和开发成本都能达到9到10位数的领域，任何一种广泛的热情都会让人紧张。不过，这并不意味着工程师不能在自己的时间里做梦。1994年春天，麻省理工学院的涡轮机工程师艾伦·爱普斯坦坐在一个陪审团陪审员席上，他开始思考怎样才能制造出最小的喷气发动机。他的结论是，理论上这个装置可以缩小很多，也许缩小到一个领扣大小。
如果你在涡轮上安装一个微型发电机，本质上就是一个微型发电厂，这个组合就像一个电池，产生的能量是你在五金店买到的任何东西的20到50倍。(因为每克燃烧碳氢化合物的能量要比电池中通常含有的电化学物质多得多。)根据涡轮所含燃料的多少，一台笔记本电脑一次充电可以运行几个月;一部手机，用了半年。考虑到便携设备对电池的需求，微型涡轮机项目突然变得非常有趣。美国陆军迫切希望减轻“士兵系统”的负担，同意出资。
引擎设计
像燃气涡轮发动机这样复杂的装置有许多热力学和建筑设计选择。这涉及到制造难度、结构设计、传热、流体力学和电气性能之间的权衡。考虑到主要目标是证明高功率密度MEMS热机在物理上是可靠的，因此采用的设计理念是，第一台发动机将尽可能简单，以性能换简单。例如，增加一个热交换器，将涡轮废气的热量传递到压缩机排出液(回收循环)，可以提供许多好处，包括降低燃油消耗和放松涡轮机械的性能要求，但它引入了额外的设计和制造复杂性。因此，设计的基准是一个简单的循环燃气轮机发电机。虽然这个发动机是最简单的燃气轮机，它是一个极其复杂和复杂的MEMS设备。要获得令人满意的设计，需要对机械、热流体和电气行为的模拟有很大的依赖，以达到所需的组件性能和集成水平。基线发动机设计如图1所示。该发动机由一个超声速径向流压气机和一个空心轴连接的涡轮组成。气态H2燃料在压缩机出口喷射，并与空气混合，当它径向向外流动到火焰保持器。燃烧室径向向内向涡轮排气，涡轮排气转90度从发动机喷嘴出口。薄膜感应起动发电机安装在压气机叶片上方的护罩上，由压气机排出空气冷却。 Cooling air is also used to thermally isolate the compressor from the combustion and turbine. The rotor is supported on air bearings. The following sections briefly discuss component design considerations.
微型涡轮的应用
微型涡轮机适合满足小型用户的能源需求，如学校、公寓、餐馆、办公室和小型企业。微型涡轮与固体氧化物燃料电池相结合，可用于超市、工厂和军事发展中国家。这可以应用于加热，干燥，冷却，脱盐和其他几个方面。它们包括太空飞行器、电子设备、无人驾驶飞机。这种微型涡轮机可用于偏远地区。这是因为体积小。微型涡轮机是在需要高质量、能量密度高的能量时使用的。
