发动机用平板型空滤器流动阻力特性分析和改进

为减小平板型空滤器流动阻力以增大进气量,对平板型空滤器流动阻力特性开展了实验研究,获得了空滤器流动阻力随流量变化的规律和阻力构成成分。阻力随流量的增大而加速增大,滤芯阻力约占整个空滤器阻力的一半,入口流量为120m3/h时,总阻力为915.3Pa,滤芯阻力为426.4Pa。在实验获得滤芯阻力参数的基础上,提出采用多孔介质跃升模型对平板型空滤器内部流场开展三维数值仿真分析,结果表明,仿真结果与实验结果比较吻合,最大误差为5.67%。滤芯阻力同样约占整个阻力的一半,另一半阻力主要为出口处阻力,其余壁面阻力约占15%。最后,在实验和仿真分析的基础上,提出了改进模型并进行了仿真分析。结果表明,改进模型阻力有较大程度的下降,入口流量为120m3/h时,总阻力为588.2Pa,较原始模型下降了32.2%;增大空滤器流通横截面积是减小阻力以增大进气量的有效手段,改进空滤器壁面的平滑性是补充措施。     

空气滤清器的空气动力学仿真及优化

采用多孔介质模型,针对某空气滤清器及其管道的空气动力学特性开展数值模拟,分析空气滤清器及其管道的流动阻力损失和空气滤清器滤芯流动均匀性,并进一步研究采用插入管结构、内置挡板结构后的流动特性。研究结果表明:采用进气插入管结构有效地降低流动阻力损失,降低滤芯流动均匀性,随着插入管长度的增加,流动均匀性呈现降低的趋势;采用挡板结构提高流动阻力损失,降低滤芯流动均匀性。进气插入管入口采用斜截面结构流动阻力略有增加,但可以有效地提高滤芯流动均匀性。     

采用非同步进气正时和增压器匹配提升天然气发动机的低速性能

为了提升由增压汽油机改造的天然气发动机的低速性能,设计了同步进气和非同步进气结合增压器匹配的优化方案,并通过台架试验和数值模拟的方法研究了各方案对天然气发动机性能的影响。天然气发动机匹配比原汽油机小的增压器显著提高了低速时的增压比,进而增加了进气流量。采用比原汽油机进气持续角和进气迟闭角小的同步进气方案,减小了发动机低速时的进气末期回流,使得低速时进气流量显著增加;在此基础上,采用非同步进气方案,其中一个进气门的进气持续角进一步减小,导致低速时进气流量进一步增加,相对原机方案进气流量最大增加了46%,而另一个进气门进气持续角和进气迟闭角较大,保证了高速时可充分进气。采用非同步进气方案时缸内流动状况得到改善,最大燃烧放热率显著增加,燃烧持续期略有缩短。天然气发动机的性能经过优化后,相比原汽油机,低速扭矩最大提高了55.6%,经济性也有所改善,低速燃气消耗率最大降低了8.1%。     

局部气垫双体船阻力与航态性能试验研究

为验证局部气垫双体船的航行性能,对其阻力特性和航态性能进行试验研究.基于船模试验测量了其在不同排水量和不同重心条件下的阻力值、升沉幅值以及纵倾角度,分析了阻力、航态等特性随进气流量的变化规律.结果表明:当气垫长度傅汝德数小于0.8时,船体阻力随气垫进气流量减小而降低,并且此时的越峰能力较强;当船速增加时,船体阻力随气垫进气流量增加而降低.重心位置适当后移能有效改善船体表面的阻力特性.船型特有的滑行壁面能使其越峰后快速达到滑行状态,保证越峰后的快速性和纵向稳定性.     

调距桨锁轴拖带工况最小拖桨阻力和水动力矩

采用计算流体力学方法,对某典型5叶调距桨锁轴工况拖桨阻力以及相应的水动力矩随螺距和进流速度的变化特性进行了数值计算,分析了这些特性的流体力学机理. 数值计算基于有限体积法,通过数值求解螺旋桨周围三维黏性不可压缩流场RANS方程来模拟螺旋桨在各种工况下的流动特性. 计算结果表明：来流速度相等时该调距桨在最大正车螺距时拖桨阻力最大,其幅值约占同航速下船体阻力的80%,水动力矩也最大;在最大倒车螺距时拖桨阻力最小,其幅值约占同航速下船体阻力的50%,水动力矩比最大正车螺距时显著减小;零螺距时拖桨阻力大小居中,而水动力矩最小,接近为零. 上述结论可为船舶动力装置部分桨工况时联控曲线的设计和锁轴机构的设计提供理论参考.     

叶栅反推器几何进气角、压比对反推性能的影响

航空发动机叶栅反推器叶型参数与反推效率、流量系数之间的规律对于反推装置的设计具有重要意义。建立了外涵叶栅反推器的轴对称计算模型,给出了内涵计算域的有效处理方法。利用数值模拟手段研究了叶片几何进气角、外涵入口压比的变化对反推效率、流量系数等的影响规律,并将计算结果与可能得到的试验结果的数据点进行了比较。结果表明,计算结果与实验结果吻合。当β1γ小于30°时,随着几何进气角的增加,反推效率快速增加,流量系数则迅速下降;当30°β1γ55°时,反推效率和流量系数随压比的变化都有较大波动;当β1γ大于55°时,继续增大叶片几何进气角β1γ,流量系数和反推效率均大幅下降。反推效率随着压比的增大而降低。在较小几何进气角时,流量系数随压比增大而增大,在较大几何进气角时,流量系数随压比变化不大。     

低温进气对闪蒸气压缩机流量影响的实验研究

针对低温进气对液化天然气闪蒸气(BOG)压缩机容积效率影响很大的问题,搭建了低温进气压缩机性能测试实验台。通过在气缸不同位置安装温度传感器,测量了不同进气温度下压缩机气缸内气体温度及外壁面温度,采用体积流量计测量了压缩机实际进、排气流量;通过在压缩机进口前的管路上缠加热带,采用并联铜管旁通管路,实现了进气温度调节。根据测量结果对影响容积效率的因素,特别是温度系数和进气系数进行了计算分析,结果表明:BOG压缩机稳定运行时,随着进气温度从-54.2℃降低到-142.2℃,进气系数、温度系数和容积效率均明显减小,分别下降了25.5%、25.0%和23.75%;进气温度为-142.2℃时,气缸外壁面温差达到最大值76℃。该结果可为闪蒸气回收式压缩机气缸设计提供参考。     

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.     

大型挖入式海港基坑降水渗流特性研究

结合某沿海地区的大型挖入式海港的基坑降排水工程,基于二维渗流有限元法,对开挖基坑渗流量与止水帷幕距基坑开挖区的距离、基坑深度及止水帷幕入土深度之间的关系进行研究分析.结果表明:随着基坑开挖深度的增大,基坑海陆两侧渗流量均逐渐增加,当基坑深度达到20 m以上时,海侧渗流量增幅显著增大,陆侧渗流量则继续保持缓慢增长趋势;随着止水帷幕与基坑开挖区距离的增加,海陆两侧渗流量均呈减小趋势,但减小幅度逐渐变小,在距离为100 m时渗流量的降幅最大,当距离增大至300 m以后,距离对渗流量的影响较小;随着止水帷幕入土深度的增加,基坑渗流量呈减小趋势,帷幕深入石灰岩层后,其深度增加则渗流量减小更为明显,在深度10~14 m时降幅最大,但随着深度继续增加,防渗效果逐渐降低,建议止水帷幕入土深度尽可能达到14 m,以获得较为理想的防渗效果.     

汽轮机切向进气蜗壳气动性能研究

采用实验测量和数值模拟的方法,研究了单独切向进气蜗壳和切向进气蜗壳耦合静叶结构的气动性能和流场特性。实验测量了3种出口马赫数下的单独切向进气蜗壳和4种进出口压比下的切向进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数、出口气流角、质量流量。采用数值求解三维RANS和SST湍流模型分析了实验测量的切向进气蜗壳的流场形态。数值模拟得到的气动参数值与实验值吻合良好,验证了数值方法的可靠性。结果表明:单独切向进气蜗壳与切向进气蜗壳耦合静叶结构的出口气流角的分布与大小基本上不随进气总压的增加而改变,出口气流角在152.0°左右,切向进气蜗壳耦合静叶结构的出口气流角在166.6°左右;与单独切向进气蜗壳相比,切向进气蜗壳耦合静叶结构的出口气流角沿周向的分布更为均匀;单独切向进气蜗壳和切向进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数和质量流量随着进气总压的增加而增加,单独切向进气蜗壳的总压损失系数由0.73%增加到1.64%,切向进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数由0.82%增加到2.66%。研究工作可为汽轮机切向进气蜗壳的设计和性能分析提供参考。     

机车用折角式过滤器特性的数值模拟

研究了不同风速下通道宽度、折角角度及折角个数对机车用折角式过滤器阻力的影响,重点分析了高风速(≥5m/s)下过滤器的性能.结果表明:高风速下,16mm通道宽度过滤器的阻力增加迅速,对16mm和20mm通道宽度的过滤器而言,在6.5m/s风速下,间距增加25%,阻力减少36%.折角角度的改变会显著影响过滤器的阻力,在高风速下这一特征更加明显.在相同通道宽度,通道长度减少29%的情况下,二折角过滤器的阻力较三折角过滤器平均减少40%.在高风速、低阻力使用条件约束下,可依据研究结果设计过滤器几何参数,将折角过滤器作为多级过滤的第一级.     

Numerical Simulation and Experimental Studies of Air Treatment Process with Water Spray of One Row Counter Flow

The present work is focused on heat and mass transfer in a direct evaporative air cooler of one row counter flow spray. Models of the two-phase flow in such a air treatment system have been developed. The fields of temperature and relative humidity in spray chamber, as well as the trajectories of sprayed drops have been obtained by numerical method. Experiments aiming at quantifying the system performance and its influence factors have been conducted. It indicates that the increase of air velocity and water/air ratio while thedecrease of nozzle density are favorable. The performance of the system of parallel flow spray and counter flow spray have been compared by means of humidifying efficiency. Comparison between numerical simulation and experimental results demonstrate good agreement for outlet air temperature with a maximum error of 8% observed for air relative humidity.     

渐变截面型入料口夹角对旋流器流场及压降的影响

利用RSM雷诺应力模型和VOF多相流模型,通过数值试验方法考察了渐变截面型入料口夹角对Φ50 mm水力旋流器流场及压降的影响.结果表明,增大入料口夹角,切向速度增加,致使分离效率提高;与此同时,轴向速度和溢流管底端的最大径向速度也随之相应增加,导致沉砂分流比略有降低、短路流量增加,但对湍流结构影响不明显;空气柱直径同样随着夹角的增加而增大,从而有效分选空间减小.旋流器内部的压力损失主要包括主分离区域的损失和入料口区域的损失;增大入料口夹角,总压降增加,导流能力增强,当夹角为20°时,导流性能最优,但能量利用率降低.     

进鱼口水深不足时竖缝式鱼道水力特性及进出口允许最大水深差

为研究竖缝式鱼道进鱼口水深不足时鱼道进出口允许最大水深差，构建了鱼道整体数学模型，对鱼道流速、流态、水面线等进行了数值模拟分析。结果表明：当进鱼口水深不足时，上游段水深与出鱼口水深一致，流速稳定；中间段水深开始缓慢下降，流速逐渐变大；下游段水深急剧下降，流速迅速变大，在进鱼口处出现跌水，流速出现最大值。当鱼道坡度相同时，出鱼口水深与进出口允许最大水深差呈线性关系，出鱼口水深越大，进出口允许最大水深差越大；当出鱼口水深相同时，鱼道坡度与进出口允许最大水深差也呈线性关系，鱼道坡度越陡，进出口允许最大水深差越小。     

NACA埋入式进气口气动特性试验设计优化

为了优化(美国)国家航空咨询委员会(National Advisory Committee for Aeronautics,NACA)埋入式进气口气动特性,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值方法,以阻力、总压恢复系数、出口质量流量和出口马赫数为性能指标,对3个关键几何参数进行了试验设计(design of experiments,DoE).基准工况结果表明,在进气口斜坡侧边靠近主流处有轴向涡产生.DoE结果表明,斜坡角度对性能指标影响大,斜坡扩张角角影响小,出口转折半径对阻力和出口质量流量影响大,且斜坡角度一定时折转半径越小越好.斜坡角度越小,前缘位置马赫数越小,涡管越长,同一截面速度分布越均匀,因此总压恢复系数和出口质量流量越大,且出口气流不均匀度小,气动性能佳.     

壁流式过滤体捕集微细颗粒过程的数值模拟

压降是评价过滤体性能的重要指标。针对壁流式过滤体捕集微细颗粒物的过程,建立了描述通道内流场和颗粒层分布的一维非稳态模型。通过数值计算,研究了颗粒层滑移对颗粒层分布和过滤压降的影响,同时研究了过滤体结构参数与来流参数对过滤压降的影响。研究结果表明:颗粒层分布直接影响过滤压降,随着颗粒层滑移效应的加强,颗粒层由平坦转向直线递增型分布,过滤压降则先增后降;增加过滤体长度有助于降低过滤压降;增加过滤体孔目数,增加了过滤体工作初始阶段的压降,但可降低高颗粒沉积量时的过滤压降;此外,随来流流量和颗粒浓度的增加,过滤压降增加。     

冬季工况下入口参数对再生器性能的影响

由于缺少再生器在冬季工况下的性能数据,再生器的设计、运行等都无法根据冬季工况进行.为此,文中搭建了冬季工况下再生器入口空气和溶液参数对再生器性能影响的实验台,得出再生溶液为LiCl溶液时入口空气和溶液参数对再生器出口空气及溶液参数的影响规律如下:出口空气温度、出口溶液温度及出口空气含湿量随入口溶液温度和入口空气温度的升高、入口溶液质量流量以及入口空气含湿量的增大而提高,随入口空气质量流量的增大而降低;增大入口溶液中LiCl的质量分数会使出口空气温度和出口溶液温度升高,而使出口空气含湿量减少.文中还建立了再生量和再生效率的关联式,该关联式可用于冬季工况下再生器的设计、运行及性能研究.     

REPEC非加热实验的RELAP程序模拟

为研究压力容器外部冷却过程中的两相流动和传热现象,采用安全分析中通用的RELAP分析程序对REPEC非加热研究实验进行模拟计算,通过改变体积流量大小、注气方式和进出口面积对自然循环流率和外部冷却两相流动现象进行分析.结果表明,模拟结果与实验结果的一致性较好;循环流量随体积流量的提高呈现先增强后降低的趋势;进出口面积增大可以提高自然循环流量,但出口面积变化对循环流率和流动稳定性的影响更为显著.