氢冷发电机壳体气密性测试方法研究

氢气常被作为发电机主流冷却气体，但因氢气具有易燃易爆特性，因此保证氢冷发电机壳体具有良好的气密性至关重要。目前通常采用理想气体状态方程作差法来计算单日氢冷发电机壳体氢气泄漏量，但是这种方法的计算结果受到单个采样点影响较大。针对氢气泄漏量计算结果不稳定问题，本研究提出了一种基于拟合方程的发电机壳体单日氢气泄漏量计算方法。首先，采集容器内部压力与温度，并采用理想气体状态方程计算气体体积；其次，以时间作自变量气体体积作为因变量进行方程拟合，并根据拟合优度判定拟合有效性；最后，根据拟合方程斜率与经验公式计算单日氢气泄漏量。为了验证所提方法的有效性，采用SPL-H6型氢冷发电机壳体进行实验。实验结果表明，基于拟合方程不仅能够准确计算单日氢气泄漏量，且相比较于传统计算方式具有更好的稳定性，本文提出的氢气泄漏计算方法能够为氢冷发电机壳体气密性判定提供有效的理论指导。     

高压氢气小孔泄漏射流分层流动模型与验证

高压氢气泄漏射流是氢安全研究的重要内容,而在一定实验测量的基础上进行数值模拟是该领域的重要研究手段。目前高压氢气射流完整数值模拟存在计算效率低、不稳定和难收敛的问题,而现有的简化模拟方法存在模型假设不合理和计算结果不准确的问题。本文在定量激波结构测量的基础上,结合气体状态方程和守恒方程构建了分层流动模型,综合考虑了实际的射流核心区和边界层内不同的流动情况,且无需计算气流参数变化剧烈的激波区,从而简化了数值模拟计算。采用分层流动模型模拟的速度场和浓度场计算结果与完整模拟的计算值和实验测量值一致,优于采用传统虚喷管模型模拟的结果。该研究为高压氢气泄漏研究提供了一种在保证计算结果准确性基础上提高计算效率的模拟方法,对进一步推动氢安全研究具有一定意义。     

基于欧拉-拉格朗日方法的水下气体泄漏扩散行为研究

针对水下气体泄漏扩散问题,基于计算流体动力学(CFD)理论采用流体体积模型(VOF)与离散相模型(DPM)耦合的方法,对气体在水中的扩散过程进行模拟与分析,水和空气作为连续相,泄漏气体作为离散相,离散相粒子与水下气泡具有相同的物理性质,其密度变化服从理想气体状态方程。基于建立的数值模型,研究水下气体羽流的形成和发展过程以及在水面形成的涌流效应,评估气体上浮时间、水面气池尺寸和涌流高度等参数。研究表明:泄漏气体以喷射状涌入水中,上升过程中体积逐渐膨胀增大,运动至水面时形成倒立的锥形羽流结构;气体带动表层水运动,引起羽流两侧表层水回流,在水面产生涌流效应和圆形的气池;涌流高度逐渐增大后呈小幅波动状发展,气池半径逐渐增大后稳定。仿真结果与小尺度实验数据对比验证了数值模型的可行性。     

煤化工企业苯罐区泄漏的绕流特性

针对煤化工企业中苯储罐的泄漏问题,以河南神马尼龙化工厂苯储罐区为例,对苯储罐泄漏过程中的绕流特性进行数值模拟,并分别就单个罐体和多罐体罐区的涡量和速度矢量进行求解,结果表明:单个罐体的涡量衰减较慢,蒸气云团在尾流区产生乱流;而多罐体罐区周围出现偏流现象,涡激共振现象严重,同时尾流场存在明显的滞止区。     

含相变压力振荡改进算法及其验证

压力振荡制冷技术广泛应用在天然气等含湿气体冷凝分离系统中.当含湿气体含有水蒸气等极性物质时,热力学计算需要考虑介质真实气体效应.利用CPA气体状态方程对湿空气凝结蒸发模型进行改进,并搭建了实验平台进行验证.结果表明:经CPA气体状态方程改进后的数值模型相较于理想气体模型可以更为准确地描述水蒸气的凝结和蒸发行为,为含湿天然气制冷提供了理论基础.随着高压入口饱和湿空气压力从0.2 MPa升至0.4 MPa,两种模型计算得到的制冷效率差距逐渐增大;与实验数据相比,改进后的数值模型的计算结果相较于理想气体模型更为准确,变化趋势也更为符合.在此基础上,利用改进后的数值模型对水蒸气在压力振荡制冷过程中的液化率进行计算,为含湿天然气制冷后的气液分离过程提供了设计依据.     

DNAN基熔铸炸药JWL状态方程参数的预估方法

针对战斗部毁伤威力要求,需通过状态方程预估炸药的做功能力以开展DNAN基熔铸炸药配方设计.采用一种基于BKW程序的方法预估炸药JWL状态方程参数.计算了典型炸药JWL状态方程参数,对比爆轰产物膨胀过程的计算p-V曲线和圆筒试验p-V曲线,两者在高压区和低压区基本重合,中压区的计算值稍大,但最大误差不超过10%;利用DNAN基熔铸炸药的JWL状态方程参数对炸药驱动铜板的过程进行数值模拟,对比铜板自由表面中心点速度的计算曲线和实验曲线,最大误差不超过7%.研究结果表明,在炸药配方设计阶段,可利用该方法快速预估DNAN基熔铸炸药JWL状态方程参数和做功能力.      

车用天然气储罐脱附放气过程热力特性分析

车用吸附天然气储罐在脱附放气过程中产生的热效应,严重影响了储罐的脱附效率和汽车行驶速度.建立了天然气、活性炭吸附剂和天然气储罐的热质交换模型,模拟计算了脱附过程中储罐内温度、压力和脱附量的变化,分析了温度、压力等热力参数对脱附速度和脱附量的影响.计算结果表明:储罐的自然脱附过程是吸热过程,在脱附过程中,储罐内的平均温度由293.15K降到了250.46K;储罐中心处温降最大,由293.15K降至244K,降幅达到了49.15K;自然对流下的脱附效率比等温脱附降低了24.49%;在自然对流条件下,壁面所提供的热量越少,脱附速度越小,脱附效率也就越低.     

立式柱形油品储罐充装中静电电势的动态分布

考虑储罐充装过程中储罐内空间电荷密度随填充时间的变化特性,建立了充装过程中立式柱形储罐内静电电势的动态分布计算模型.对比模型计算结果与文献中的实验测量数据,验证了模型的有效性.将该模型用于分析无输入管道、采用中间鹤管输入、采用底部管道输入3种情况下储罐内空间电势的动态分布规律,发现:3种情况下储罐内的空间最大电势、液面最大电势均随油品填充率先增加后降低;底部输入管道对储罐内静电电势分布的影响较小,中间输入鹤管可以显著降低储罐内的静电电势;采用中间鹤管输入时,保持油品流量恒定,空间电势最大值随鹤管直径增大而减小,流速恒定时空间电势最大值则随鹤管直径增大而增大.研究结果能够为储罐充装过程中输送条件、输送参数的选取提供指导,以降低充装过程中的静电风险.     

Bulk Flow方法分析孔型密封转子动力特性的有效性

基于Kleynhans和Childs的两控制容积等温BF(Bulk Flow)模型,通过增加能量方程和理想气体状态方程,建立了理想气体BF方法的数学模型,来预测和分析孔型密封转子在偏心状态下的静力学和动力学特性.由于转子在密封中心附近做微小涡动,故可通过采用摄动方法使得NS方程的求解过程得到较大的简化,再通过迭代求解简化后的零阶和一阶摄动方程组,就可以求出孔型密封的流场和动力特性系数.以此为依据发展了相关程序,计算出了不同工况条件下孔型密封的转子动力特性系数与激振频率的关系,通过与已有的实验数据和等温BF模型的计算结果进行对比,验证了理想气体BF模型及相关求解方法的有效性.结果表明:理想气体BF模型的预测结果与实验数据吻合良好,且优于等温BF模型的计算结果,证明了该理想气体BF模型的正确性和计算方法的可靠性.该方法可用于孔型密封动力特性的预测.     

用Lagrange分析方法确定固体炸药基于JWL状态方程的反应速率方程

利用Lagrange实验结果和改进的Lagrange分析方法,对固体炸药在动高压流场中的本构方程进行了整体标定.未反应炸药和已反应产物都采用JWL状态方程.分析得到了每个Lagrange位置上的压力p,质量速度u,比容v,比内能随e时间的变化过程,同时可标定基于JWL状态方程的固体炸药的点火与增长型反应速率方程.标定的JWL状态方程和点火与增长型反应速率方程具有良好的相容性,参数可以直接用于动力学计算程序LS-DYNA3D.本文对铸装TNT炸药的二维起爆过程进行了计算.     

秦山第二核电厂发电机氢气湿度控制

根据秦山第二核电厂1&2号机组发电机氢气湿度控制实际经验,介绍了氢气湿度的不同表示方法及氢气湿度电力行业标准,指出氢气常压露点温度与运行氢压露点温度的区别,利用理想气体状态方程讨论了两者间相互转换过程.通过秦山第二核电厂1&2号机组发电机氢气绝对湿度与运行氢压露点温度相互转换计算实例,阐述了绝对湿度与运行氢压露点温度相互转换方法,并得出秦山第二核电厂1&2号机组发电机氢气湿度满足电力行业标准要求的结论.     

制冷剂有限时间泄漏扩散模型

针对高斯模型不能计算有限时间泄漏扩散场浓度的缺陷，研究并得到了储罐系统制冷剂泄漏时质量泄漏速度与时间的关系式，建立了制冷剂一维、三维扩散数学物理模型，通过求解模型解析解和数值解，解决了制冷剂储罐有限时间泄漏扩散的浓度分布问题，比较了点源有限时间泄漏扩散模型和高斯烟雨模型的精度，结果表明，前者更能反映泄漏制冷剂的实际扩散过程．     

冲击波诱导甲烷热分解的化学与热力学非平衡流计算

为了研究冲击波诱导下甲烷气体的化学和热力学非平衡过程，首先利用冲击波间断关系和理想气体状态方程，计算了甲烷的冻结冲击波参数，然后以波后的压力和温度作为初始条件，作定压反应计算，由此获得波后非平衡区的温度和化学成分随时间变化的模拟结果。计算表明，当冲击波马赫数较大时，波后冲击波温度能较快地趋于平衡，甲烷热分解的比例迅速增大，产物中C2H2，H2，C2H4等稳定产物的含量显著增加，这一结果与甲烷冲击压缩实验中观察到的结果符合较好。     

原油储罐温室气体排放核算方法研究

原油储罐是油气生产上游环节中不可忽略的温室气体逸散排放源。为探究原油储罐温室气体排放情况,对储罐温室气体排放过程进行分析,建立基于气体状态方程、连续性方程和绝热条件下的能量方程的储罐小呼吸温室气体排放核算模型,修正Vasquez-Beggs(VB)闪蒸排放模型,得到一次、二次沉降罐和净化罐温室气体排放核算方法,并与实测数据、API经验公式计算值进行对比。结果表明:储罐温室气体排放的理论计算与实际情况吻合较好,所修正的VB模型与小呼吸损耗模型可准确地评估原油储罐温室气体的排放量;储罐小呼吸损耗与闪蒸损失相比不能忽略,验证了模型的准确性。     

高压气体定容积充放气的特性

针对高压状态下理想气体模型不能较精确描述实际气体特性的问题,基于范德瓦尔方程和气体动力学方程,推导出实际气体节流口质量流量的特性方程,建立高压气体定容积充放气过程的数学模型.在此基础上与理想气体模型进行了比较,气体充放气过程的仿真分析表明,低压情况下二者的仿真结果基本吻合,随着气体压力增加所建立模型的仿真结果更加符合实际.     

基于支持向量机的燃料电池发动机氢气泄漏检测方法

针对传统通过检测车内环境中氢气浓度大小对燃料电池汽车氢气泄漏故障进行诊断的方法,其诊断效果容易受到传感器安装点位、数量及外部环境(例如风向、风速)影响的问题.提出了一种基于支持向量机的氢气泄漏检测方法,利用质量守恒方程计算燃料电池发动机氢气泄漏故障特征指标,采用经过粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)优化的径向基核函数支持向量机识别系统氢气泄漏,并通过燃料电池发动机模型在车辆行驶新欧洲标准行驶循环(New European Driving Cycle,NEDC)工况时的仿真结果,对该方法在车辆变工况行驶条件下检测氢气泄漏的效果进行验证.结果表明:基于支持向量机的燃料电池发动机氢气泄漏检测方法在车辆变工况行驶条件下,对燃料电池发动机系统氢气泄漏的诊断正确率均高于90%.所提出的方法能够较好地实现对燃料电池发动机系统氢气泄漏的检测,并能为其他氢气泄漏检测方法的设计提供参考.     

用Hugoniot参数和Morse势确定金属铁的物态

建立了利用冲击波实验测量得的Hugoniot参数和Morse势来确定金属铁的高压状态方程的方法，并用此方法计算金属铁的高压状态方程，特别是铁的结合能、热压和温度，所得结果比其它模型的计算结果与实验结论更为一致．     

油田轻烃储罐的蒸气云爆炸后果模拟

轻烃是油田中常见的一种危险化学品,其储罐的失效泄漏可能导致多种严重后果,造成重大的人员伤亡和财产损失.分析了轻烃储罐泄漏和泄漏后发生蒸气云爆炸事故的特点,采用TNT当量法对某油田轻烃储罐发生蒸气云爆炸的后果进行计算,得到伤害区面积与泄漏时间的关系及不同泄漏时间、泄孔面积所对应的伤害半径.对计算结果进行讨论,并提出了降低事故损失的建议.     

基于Matlab的微型发动机燃烧过程仿真建模

为研究微型HCCI自由活塞发动机的工作性能,应用Matlab软件对其单次冲击的燃烧过程进行仿真建模,分别建立考虑传热、漏气的零维总包化学动力学模型和理想气体模型,并将仿真计算结果与试验结果进行比较.运用传热漏气模型对微型HCCI自由活塞发动机不同初始速度下的燃烧特性进行模拟,得到自由活塞初始速度对工作压力、温度、活塞运行位置的变化规律的影响以及不同初始速度下自由活塞的运动特性.结果表明气体泄漏和传热对燃烧过程影响较大,考虑传热漏气模型的微燃烧模拟结果与试验数据吻合较好,为微动力装置的性能评价和设计提供理论依据.     

深圳LNG接收站泄漏风险模型预评价研究

针对深圳LNG接收站中的LNG储罐、BOG压缩机、高压输送泵、再冷凝器、气化器、计量站及高压外输管线等易产生泄漏的设备及工艺过程,建立泄漏风险预评价模型及可辨识的泄漏风险源,然后预测接收站内各类设备泄漏事故发生频率,选用对照标准法、道氏(Dow’s)火灾爆炸指数法和SAFETI软件3种评价方法,分别从泄漏扩散后果、火灾后果、爆炸后果3个方面进行模拟计算和分析,同时进行了火灾爆炸指数计算.