Numerical study of the wave disk micro-engine operation.

• Autorzy: Piechna J.R.

Warianty tytułu

PL

Numeryczne studium pracy falowego, dyskowego mikro-silnika.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the proposed solution, the wave disk plays the role of an active compression-decompression unit and torque generator. Appropriate port geometry with oblique blades forming the disk channels generates torque. The engine disk rotates with a speed much lower than the conventional turbo-unit that simplifies the bearing problem. Also, the construction of electric generator can be simpler. The paper presents the proposed flow schemes, thermodynamic cycle, exemplary engine construction and some results of simulation of the MEMS wave engine using the wave disk.

PL

W pracy przedstawiono ideę, konstrukcję, model numeryczny oraz wyniki numerycznej symulacji pracy mikro-silnika wykorzystującego w zasadzie swojej pracy efekty nieustalonego przepływu gazu. Pokazano pierwsze praktyczne wykorzystanie idei dysków falowych w konstrukcji mikro-silnika falowego. Przedstawiono schemat przepływu powietrza i gazów spalinowych przez ruchome i nieruchome kanały silnika. Pokazano schemat procesów falowych występujących w silniku oraz ich powiązanie z parametrami stanu (ciśnieniami i prędkościami) na płaszczyźnie stanu. Przedstawiono wyniki numerycznej symulacji pracy silnika w postaci rozkładów ciśnienia, prędkości i temperatur w poszczególnych obszarach przepływu w mikro-silniku. Przedstawiono obszar potencjalnych zmian parametrów pracy silnika (strumienia ciepła i prędkości obrotowych dysku) określających stabilną pracę silnika. Oszacowano sprawność silnika o omawianej konstrukcji.

Słowa kluczowe

EN

numerical simulation; unsteady flows; MEMS wave engine

PL

symulacja numeryczna; przepływ nieustalony; mikrosilnik falowy, dyskowy

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. LIII, nr 1
• Strony: 49--71

Twórcy

autor

Piechna J.R.

• Warsaw University of Technology, Institut of Aeronautics and Applied Mechanics, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warsaw,

Bibliografia

• [1] Epstein et al, 1997, Micro-Heat Engines, Gas Turbines, and Rocket Engines-the MIT Microengine Project, Paper 97-1773, AIAA Fluid Dynamics Conference, Snowmass Village.
• [2] Epstein A. H., Jacobson S. A., Protz J. M, Frechette L. G.: 2000, Shirtbutton-Sized Gas Turbines: the Engineering Challenges of Micro High Speed Rotating Machinery, Proc of 8tj Int. Symp. On Transp. Phenom. and Dyn. of Rot. Machinery (ISROMAC'8), Honolulu, Hawaii.
• [3] Epstain A. H.: 2003, Millimeter-scale, MEMS gas turbinę engines, GT-2003-38866,Proc of ASME Turbo Expo 2003, June 16-19, 2003, Atlanta, Georgia, USA.
• [4] Frąckowiak M., Iancu F, Potrzebowski A., Akbari R, Müller N., Piechna J.: 2004, Numerical simulation of unsteady flow processes in wave rotors, IMECE2004-60973.
• [5] Frechette L. G.: 2000, Development of a Microfabricated Silicon Motor-Driven Compression System, PhD at MIT.
• [6] Frechette L. G: 2001, Assessment of Viscous Flows in High-Speed Micro Rotating Machinery for Energy Conversion Applications, IMECE'01/DAC-1234.
• [7] Nagashima T, Okamoto K.: 2005, Experimental investigation of the wave discs. Private communication.
• [8] Pearson R. D.: 1982, "Pressure Exchangers and Pressure Exchange Engines," Chapter 16, The Thermodynamics and Gas Dynamics of Internal Combustion Engines, Vol. 1, Benson, R., Oxford University Press., pp. 903-940.
• [9] Pearson R. D.: 1983, "A Pressure Exchange Engine for Burning Pyroil as the End User in a Cheap Power from Biomass System", 15th International Congress of Combustion Engines, Paris.
• [10] Pearson R. D.: 1985, "A Gas Wave-Turbine Engine which Developed 35 HP and Performed over a 6:1 Speed Rangę, " Proc. ONR/NAVAIR Wave Rotor Research and Technology Workshop, Report NPS-67-85-008, pp. 403-49, Naval Postgraduate School, Monterey, CA.
• [11] Piechna J., Akbari P, Iancu F., and Müller N.: 2004, Radial-flow wave rotor concepts, unconventional designs and applications, IMECE2004-59022.
• [12] Piechna J.: 2005, "Wave Machines, Models and Numerical Simulation", Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa.
• [13] Shapiro A. H.: 1958, The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow, John Wiley and Sons.
• [14] Spring P, Piechna J., and Onder C: 2004, Modeling and validation of a pressure-wave supercharger using a finite difference method IMECE2004-59533.
• [15] Weber H. E.: 1995, Shock Wave Engine Design, John Wiley and Sons, New York.