饱和氢气加注过程中低温贮箱降温特性及热应力分布的数值研究

为了获得低温贮箱在饱和氢气加注过程中的降温特性以及箱体壁面的热应力分布,通过计算流体力学软件FLUENT计算了一定加注流量下贮箱内部流体区域的流场、温度场和壁面内的温度场变化,分析了加注过程中贮箱内的流动特性和降温特性;采用单向流固耦合方法进行壁面热应力分析,得到了3种不同进、出口约束条件下热应力在壁面中的分布以及最大热应力随时间的变化情况,并分析了进、出口弹性支撑约束条件设置的合理性;考虑贮箱内的压力变化,进行了箱体壁面的综合应力分析。计算结果表明:加注过程可以分为3个阶段,前2个阶段贮箱内部的流场、温度场和壁面温度分布特性依次由入口强制对流和壁面自然对流单独决定,第3阶段由入口强制对流及壁面自然对流共同决定;在3种不同的约束条件下,箱体壁面中的最大热应力均出现在贮箱加注口和排气口处,在进、出口弹性支撑条件下,壁面最大热应力随时间先增大而后趋于稳定,在稳定应力状态下,热应力的存在使箱体壁面总应力增加了15%左右。     

燃油喷雾撞击高温壁面的形态特征研究

内燃机的高强化发展导致壁面温度上升,燃油撞壁现象难以避免.燃油喷雾撞击高温壁面对混合气形成有重大作用,进而影响燃烧过程和碳烟排放.文中利用背光法在流动式定容燃烧弹上对柴油喷雾撞击高温壁面的形态特征进行试验研究,分析了喷油压力、背景压力和壁面温度对近壁面喷雾形态特征的影响.结果表明：喷油压力越大,壁面漩涡出现时刻越早,且对铺展半径和卷吸高度的增大起明显的促进作用.背景压力越大,撞壁时刻延迟,铺展半径和卷吸高度下降,背压对铺展半径的影响超过对卷吸高度的影响.壁面温度越高,漩涡出现时刻越早,撞壁油束的铺展半径和卷吸高度越大,但当壁温达到莱顿弗罗斯特温度时,壁面传热模式改变,铺展半径和卷吸高度发生突降.针对所引入的综合影响系数,研究表明喷油压力的变化对卷吸高度的综合影响系数最大,最后文中基于研究规律拟合了结合壁面温度的铺展半径和卷吸高度的经验公式.     

3级储氢系统快速加氢过程的建模及参数优化

在氢气快速加注过程中,由于氢气的快速压缩及焦耳-汤普逊效应会导致气瓶内部温度急剧上升导致气瓶失效,从而产生安全隐患。针对3级储氢系统,建立了高压氢气快速加注过程的数学模型,用于分析车载氢气瓶在不同工作环境中的温升效应。结果显示加氢站储氢系统的控制压力切换点和预冷系统的控制温度对氢气最终状态影响较大。据此,以压力切换点和预冷温度为优化参数,预冷能耗、加注时间及氢气瓶最终氢气状态S_OC为优化目标建立了多目标优化模型,结果表明该方法可以在尽可能减小预冷能耗和提高S_OC的基础上完成高压氢气的快速加注。     

低温推进剂加注管道流动特性模拟研究

以某航天低温推进剂加注系统为研究对象,按照加注系统实际尺寸建立了低温推进剂真空加注管路三维仿真模型.依据实际加注工序与参数,利用Fluent仿真模拟软件研究了推进剂在不同的进/出口压力下的加注动态特性.模拟结果表明,加注管道进/出口压力对加注效率有直接影响,在出口压力一定时,进口压力越大,加注管道进口速度越大;随着加注过程进行,出口压力逐渐升高,加注管道出口速度变小;管道特性模拟结果和试验结果吻合度较高.该方法可用于加注系统方案的设计及加注工艺参数的优化.     

粗糙固体表面温度阶跃的分子动力学模拟

建立了粗糙纳通道内液体热传导的分子动力学模型,模拟研究了纳通道内液体的温度分布和液固界面处的温度阶跃现象,获得了液固相互作用强度、表面粗糙高度和壁面刚度对界面处温度阶跃的影响规律.研究结果表明:在固体壁面附近,液体温度偏离了线性分布,液固界面处出现了温度阶跃.与光滑表面相比,粗糙度的存在降低了液固界面处的温度阶跃程度.粗糙高度的增加扩大了液固相互作用面积,延长了近壁面附近的液体分子与固体之间的能量交换时间,强化了液固界面的能量传递,从而使得界面处温度阶跃降低.另外,提高液固相互作用强度或者降低固壁刚度均可使液固界面处温度阶跃程度减小.     

LNG独立C型液舱晃荡特性试验研究

与LNG运输船不同,LNG加注船的液舱会经常处于部分装载状态,故液舱晃荡问题必须予以考虑.由于目前LNG加注船主要采用独立C型液舱,针对该种形式液舱,使用模型试验,系统研究了不同载液高度、激励频率及激励幅值影响下的晃荡情况.讨论分析了其晃荡时自由液面的波形特征,对中间液深工况下,自由液面在舱顶的影响下出现的波形进行分类.通过对晃荡荷载的统计分析,发现产生最大荷载的激励频率与理论固有频率有所偏差,且该偏差会随着液位的升高而降低.此外,在荷载空间分布方面,载液高度为0.6 D_i(D_i为模型液舱直径)时,自由液面在封头处破碎严重,会对液舱封头上部产生较大冲击;而在0.8 D_i载液高度时,应充分考虑0.8f_n(f_n为理论固有频率)至1.2f_n激励区间内的顶部冲击荷载.     

液体火箭压差控制交叉输送特性研究

为提高火箭总体运载性能,利用AMEsim软件研究液体火箭交叉输送系统的动态特性,采用模块化思想,通过增压、贮箱、管路输送系统等功能模块,构建了基于AMEsim软件的交叉输送流体网络系统,并采用实验数据对压力和流量进行有效性验证;通过模拟推进剂压差控制模式下在网路系统中的流动特性,得到了交叉输送过程中管路内压力的变化特性;为保证芯级贮箱出流量最小,分析了对芯级贮箱临界压力的影响因素,得到其关于初始加注量、体积流量、飞行过载的关系。结果表明:临界压力值与助推级初始加注量、飞行过载成反比,与体积流量成正比;在临界压力下,助推级初始加注量对水击压力无显著影响;随着体积流量的增加,芯级管路水击压力逐渐减小,助推级水击压力则逐渐增加;飞行过载增大时,芯级与助推级水击压力均呈增高趋势。     

高压流动体系CO2水合物生长动力学特性

为探明CO_2水合物在流动体系的生长过程及特性,借助高压循环可视环路装置,开展了一系列不同初始压力、载液量、流量下,CO_2水合物生成及浆液流动实验,得到了不同因素对水合物诱导时间及耗气量的影响规律。实验结果表明:在水合物大量生成阶段,管内温度突升、压力骤降,体系流量迅速下降直至稳定、压差呈先上升后下降的趋势; CO_2水合物诱导期随初始压力的增大而缩短,耗气量则随初始压力的升高而增加。在9 L-30 L/min的实验体系下,初始压力从2. 5 MPa增加到2. 8 MPa,诱导期缩短13. 2%,而初始压力为3 MPa时,诱导期仅为17. 4 min,缩短了36. 03%;诱导时间随载液量增加呈现先减小后增大的趋势,耗气量随着管路载液量的增加而降低;流量与诱导时间、耗气量呈负相关关系,随着体系流量增大,诱导时间缩短、耗气量减小。在2. 8 MPa-7 L的实验体系下,质量流量从20 kg/min增加到28 kg/min,诱导期从25 min缩短到18. 4 min,缩短26. 4%,而流量为20 kg/min时的耗气量是28 kg/min的2. 7倍。研究结论可在一定程度上为CO_2水合物的工业应用提供参考。     

沼气提纯过程中二乙醇胺溶液吸收二氧化碳的影响因素

采用交互作用正交试验设计,系统研究了进液流量、进气流量、CO2体积分数、进液温度及其交互作用对填料塔中二乙醇胺溶液吸收CO2的转化率η和气相总体积传质系数KGae的影响.经过直观分析和方差分析,评价了各参数对η和KGae影响的显著程度.实验发现进液流率、进气流率、CO2体积分数、进液温度,以及CO2体积分数与进气流率、进液温度与进液流率、进液温度与进气流率的交互作用对η影响显著;进液流率、进气流率、CO2体积分数、进液温度、CO2体积分数与进气流率的交互作用以及进液温度与进气流率的交互作用对KGae影响显著;进气流率增加,η降低而KGae增加;进液流率增加,η和KGae均增加;进气CO2体积分数增加,η和KGae均降低;进液温度升高,η和KGae均呈先增加后减小趋势.     

直喷汽油机喷雾撞壁特性试验与模拟

为了研究缸内直喷汽油机喷雾撞壁特性,建立了可视化喷雾试验台,测量了撞壁喷雾的高度、喷雾半径及喷雾远端发展速度.对喷雾撞壁过程进行了三维数值模拟,利用试验数据进行了校核.通过试验和模拟,分析了不同喷射压力、环境背压、喷嘴到壁面的距离、壁面倾角及壁面温度等因素对撞壁喷雾特性的影响.结果表明:环境背压的增大导致撞壁喷雾的高度...     

压扁厚度对压扁型烧结式微热管性能的影响

对不同压扁厚度的压扁型烧结式微热管进行了实验研究,优化了压扁厚度为5 mm(真空腔厚度为3 mm)时微热管的工质量,分析了在相同工质量下压扁厚度对微热管轴向温度分布、极限传输功率、各部分温差和热阻的影响.结果表明:对于比完全充满吸液芯时的充液量略少的工质量,压扁厚度只对极限传输功率略有影响;压扁厚度为5、4、3 mm时,极限传输功率分别为40、50、60 W.而对于比完全充满吸液芯时的充液量略多的工质量,压扁厚度的减少会使微热管性能下降,压扁厚度从5 mm减少至4 mm时,热阻从约0.15℃/W提高至约0.20℃/W,压扁厚度为3mm时,微热管失效.文中还对各种实验结果的原因进行了分析,发现压扁厚度主要是通过改变管内工质的分布状况来影响微热管性能的.     

超低温作用下LNG储罐外壁变形分析

当LNG储罐内罐泄漏时低温液体直接与外罐混凝土接触,使外罐内壁与外壁之间形成明显的温差。分析了超低温作用引起的内外温差对整个结构内力的影响,得到了储罐外壁在超低温作用下温度分布规律及其变形规律。结果表明:超低温作用下LNG储罐外壁温度分布由内而外呈线性分布,罐壁的温度分布比较均匀;低温作用罐壁的变形比理想状态增大很多,且随内外温差的增大变形有所增长。     

稳定温度分层流的数值模拟与实验研究

温度分层流是一种常见的自然现象,准确模拟海洋环境中的稳定温度分层流动具有重要的理论和实际应用价值。建立了描述温度分层流运动的质量、动量和能量守恒方程,采用改进型的k-ε湍流模型模拟分层流运动的流动与传热强耦合过程。运用有限体积法,使用滑移壁面、给定壁面温度函数与来流温度函数相结合的方法,对现有温度分层模拟方法进行了改进,实现了垂直方向上任意温度曲线的分层流温度场的稳定数值模拟。采用辐射加热灯加热水槽流体表面,形成了流体的温度分层。通过与分层流水槽模型试验的对比,证明了该方法的可行性与准确性。     

膜状冷凝初期过程的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法,对氩蒸气在铂金属表面发生的膜状冷凝过程进行了研究.为保证冷凝过程在相对较长时间范围内持续稳定进行,提出了一种改进的气态分子补充方法.通过逐时对系统内局部温度及密度进行统计,获得了不同时刻的参数分布.结果显示:在模拟时间范围内,液膜厚度近似线性增加,壁面附近液相分子受固壁势能作用而呈现出密度振荡的"液体层状化"分布;液膜内产生温度梯度,固液界面处温度跳跃现象明显.考察了气体温度以及壁面润湿性变化产生的影响,结果表明:随着气体温度的升高,温度梯度以及温度跳跃均增大;液相密度略有下降,液体内层状区域的密度振荡范围略有减小,气液界面厚度增加;质量流率以及液膜厚度增长速率也都增大,反映出更大的气固温差加快了冷凝过程的进行,这一点与宏观规律一致.随着润湿性增强,液膜厚度增长加快,液体层状区内的密度振荡范围增加,液膜内温度梯度增大,温度跳跃大幅减小,冷凝过程得到显著强化.显然,近壁面区内的热传导对整个冷凝过程进行的速度具有重要影响.     

环境温度对车载LNG低温绝热气瓶日蒸发率影响的实验研究

为研究环境温度对车载LNG低温绝热气瓶静态日蒸发率的影响,以450 L标准高真空多层绝热气瓶为例,采用液氮(LN2)作为工质,进行了一系列LN2日蒸发率试验,然后通过理论分析与实验测定,给出了静态日蒸发率与环境温度之间的关系,指出环境温度对车载LNG低温绝热气瓶静态日蒸发率的影响是明显的,该结论为降低低温容器蒸发率提供了参考方法和依据。     

有限深度液体中气泡的破碎条件

针对球形气泡在有限深度液体内的运动过程，建立了气泡壁初始运动导致气泡破碎的数理模型．该模型综合考虑了流体黏性力、气泡壁初始速度、有限液面高度等因素，是传统R-P方程的一种改进．研究发现气泡临界破碎条件与液体高度、气泡壁初始速度等因素密切相关，随着液体深度的增大，气泡更容易破碎．当液体深度大于气泡半径的100倍以上时，液体深度对气泡破碎临界条件几乎无影响，此时可以近似认为气泡位于无穷深液体中．当气泡壁初始速度为0时，气泡不容易破碎；当气泡具有初始收缩速度时，气泡最容易破碎．通过分析得到了气泡壁初始速度为0时的临界破碎准则预测式，并与其他文献的结果进行了比较．     

液氮冻结温度场均匀性实验液氮冻结温度场均匀性实验

针对液氮冻结过程中存在温度场分布不均匀的现象,采取在供液铜管上分段打孔及改变打孔方式和位置的方法,设计了四种供液管改进方案,并对这四种方案进行了模拟实验,分别分析其冻结温度场的均匀性和冻土发展速度,同时将改进方案与传统供液方式进行对比。结果表明,改进方案优于传统方案;四种方案中尤以方案三的效果最好,其管壁温度分布最均匀,冻土发展均衡且发展速度较快,液氮消耗量较少。这一研究结果为进一步解决液氮冻结均匀性问题提供了新思路。     

微合金钢初始凝固中奥氏体开始长大的温度

通过共聚焦激光显微镜对P510L钢的初始凝固过程进行了原位动态观察以考察δ相生成、包晶反应以及γ相的形成过程,并探索奥氏体开始长大温度.研究结果表明:1)冷却速度为25℃/s时P510L钢的冷却模式为首先从液相中析出δ铁素体,然后在液相与δ铁素体相之间发生包晶反应(L+δ→γ),进入三相共存区,液相消失后剩余的δ相通过固态扩散转变为γ相;2)在初始凝固过程中,奥氏体先进行一部分吞并、长大,然后才实现过剩δ铁素体向奥氏体的同素异构转变,最后实现完全奥氏体化;3)通过原位动态观察,探索了一种较为准确的确定原始奥氏体开始长大温度的实验方法,提高了奥氏体晶粒预测模型的准确性.     

Thermogravimetric analysis of fuel film evaporation

Generally, fuel films exist in many types of internal combustion engines, mainly resulting from spray-wallinteraction or from the contact of air-fuel mixture with in-cylinder walls. In port-fuel-injected (PFI) gasoline engines, the fuel sprays impinge ont…     

水化热引起的大体积混凝土墙温度分析

根据已提出的考虑混凝土化学反应速度的热传导方程新理论，分析了水化热引起的大体积混凝土墙的温度场，给出了该问题非线性热传导方程的解析迭代公式，研究中，绝热温升采用了基于Arrhenius理论的有效时间的函数，从而导致求解非线性热传导方程，从计算结果得出如下结论：（a)浇筑温度对大体积混凝土墙的最高温升有显著影响，浇筑温度越高，混凝土墙的内外最大温差越大；（b)由于混凝土的导热系数低，墙中心的温度高于其表面温度，这将导致混凝土墙横断面上不同位置在不同时刻具有不同的水化热化学反应速率；（c）水化热化学反应速率随温度升高而加快，从而使混凝土硬化速度加快，初凝和最终凝固时间缩短，因此，在炎热气候条件下宜采用低热水泥。