离心级联基本全分离因子的计算与分析

离心级联分离多组分稳定同位素可以用一组含有单位相对分子质量差下的基本全分离系数的方程表示。通过对不同形式的离心级联进行丰度计算,得到任意两种组分间的全分离因子与它们的相对分子质量之差成指数关系。对矩形级联中各种参数,如级联分流比、供料丰度、以及单机的基本全分离因子等,对于级联的基本全分离因子的影响进行了详细的讨论,得到了级联基本全分离因子同各种参数的关系曲线,确定了基本全分离因子为影响级联分离性能的重要参数之一。     

离心级联全分离因子的实验数据分析

在离心级联分离多组分稳定同位素过程中,找出组分间的全分离因子同它们的相对分子质量差之间存在的确定性关系,有利于级联的分离计算和实验研究。建立了实验数据可靠性分析原则,确定了符合实验条件的数据;得到在定常态下短离心级联中,任意组分间的全分离因子与其组分间的相对分子质量之差存在指数关系。应用所建立的级联全分离因子关系式,对文献中发表的离心级联分离稳定同位素的实验数据进行了分析研究和补全工作。     

充气量和供料对脉冲级联稳态丰度分布的影响

脉冲级联是新提出的同位素分离级联的概念,了解脉冲稳态丰度分布是开发脉冲级联应用中的一个重要方面。为了明白稳态丰度分布的影响因素并加以利用,以提高脉冲级联的分离性能,利用一种结合了Q迭代法的时间推进方法求解脉冲级联的稳态丰度分布,并将分离效果用平均分离系数来整体描述。通过对矩形脉冲级联分离钨同位素的讨论,分析了充气量和供料对稳态丰度分布的影响。结果表明:级联的平均分离系数不随级联各级离心机充气量的变化而变化,但随着管道充气量与供料量之比的增加而增大;在级联中部存在一个最佳供料位置,使得平均分离系数最大。     

分离级联中出现峰值组分的质量与平均质量的关系

为了获得所需丰度的同位素，需要将多个分离单元联结成级联。因而必须对多元同位素混合物在级联中的分离情况进行深入研究。假定分离系数小，从多组分级联输运方程出发，利用全分离系数与不同组分质量差的关系，导出了在级联中某组分丰度出现峰值处该组分质量与平均质量的关系。并对级联中分离单元的分离情况进行了分析。得出以下结论：在级联分离多组分同位素混合物的过程中，当某一组分的丰度在级联中出现峰值，其质量等于此处平均质量（略有偏移），以上结论是在小分离系数的条件下得到的，对于大分离系数的情况也有参考价值     

离心级联的流体状态模拟

离心级联的流体状态是影响级联分离效果的重要因素。为了得到满足水力学要求的级联设计参数,在原有的离心级联水力学暂态流模型的基础上,对阀门的计算方法进行了改进,并且添加了管道流量(或压强)自动调节器模型,使级联可以根据设计要求对水力学状态进行自动调节。数值计算的结果表明,该方法可以得到满足水力学要求的级联设计参数,简化了级联水力学状态的调整过程。由此得到的级联的各设计参数可以作为实际级联的调整和设计的参考依据。     

离心级联供料扰动过程中丰度分布的数值模拟

为了得到离心级联流体状态变化时同位素丰度分布情况,建立了丰度变化下的动态数学模型,与水力学数值模拟进行耦合,利用Q迭代算法求解了动态丰度方程。Xe分离数值模拟结果表明,该模型和算法可以有效求解离心级联动态丰度分布。在扰动幅度和持续时间都相同的情况下,丰度的变化与该组分在同位素中的位置、距离扰动级的位置、机器滞留量以及稳态下丰度的分布情况都密切相关。研究结果可供实际同位素生产中参数分析和调整时参考。     

以SiHCl3为工作介质生产高丰度28Si

为了获得高丰度的28S i同位素,生产高纯度的单晶硅,利用气体离心机对硅同位素进行离心分离。通过对S iH-C l3中组成元素的不同同位素丰度的分析,计算了天然S iH-C l3中不同相对分子质量的分子组成。分析结果表明:虽然氯有两种同位素,但也可以将S iHC l3作为分离28S i同位素的工作介质。通过4台离心级联的分离实验,得到了28S i丰度达到99%的S iHC l3样品。离心分离得到的高丰度S iHC l3不用经过化学转化就可以直接用于单晶硅的生产。实验结果表明,采用离心法分离S iHC l3可以得到高丰度28S i。     

多元分离矩形级联最佳供料位置的确定

多元同位素分离理论是稳定同位素分离的理论基础。矩形级联具有机器种类少，连接简单等特点，适合分离种类多，小规模生产的稳定同位素。用矩形级联分离多元同位素，在外界参数不变的情况下，改变供料位置，目标同位素的产品丰度有较大差别，这就要求选择最佳供料位置使产品丰度最高。从推导二元小分离系数短矩形级联的最佳供料位置出发，分析了当分离系数增大及级联加长时供料位置的变化趋势，并通过求解非定常态多元分离级联丰度非线性方程组，得出多元分离的最佳供料位置的变化趋势及最佳供料级入口丰度和供料丰度之间的关系     

离心机特性参数的水力学分析

级联水力学的研究对离心级联分离同位素的效果以及级联的运行有着重要的影响。特性参数k和δ是影响离心级联水力学状态的重要参量。文中采用解析方法研究了k和δ对静态级联水力学的影响,并用数值方法加以验证。分析结果表明,只有在特性参数取某些特定的取值,即只有k和δ取值范围在k=1,δ=0;k=1,δ>0;k<1,δ>0;k<1,δ<0;k>1,δ<0时,所研究的模型级联才能工作在要求的工作点,得到各级相同的状态,并具有较好的静态特性。数值方法得到相同的结果。所得到的结果可用在离心级联设计和分析中。     

离心级联水力学的扰动分析

为了提高离心级联的分离效果,研究了各级机器参数扰动时所引起的流体状态偏移。在求解离心级联水力学静态特征根的基础上,以扰动级为界,通过对级联贫化、浓化部分分段求解,得到了水力学流体状态偏移的解析解,并用数值实验加以验证。结果表明:对于小扰动情况下的离心级联,用解析与数值2种方法得到的流体状态偏移曲线十分相似,主静态特征根Z2对级联中压强和流量的偏移起主导作用。因此,该解析解可以为实际离心级联参数的调整和设计提供参考依据。     

小生境遗传算法在平面叶栅优化设计中的应用

提出了一个基于小生境遗传算法的平面叶栅的优化设计方法。该方法利用奇点分布法设计无厚翼型骨线，然后通过小生境遗传算法使叶栅表面边界层中的流动损失最小化，以此搜索沿骨线最佳的厚度分布规律。已知叶栅的流场分析由一个基于边界元的程序完成。将该方法应用于ZZ440叶栅的设计，结果表明该方法可行且有效。     

高升力低压涡轮叶栅分离诱导转捩数值模拟研究

准确地预测叶片吸力面层流分离诱导转捩过程是高升力、低压涡轮气动设计的关键。应用RANS方法的γ槇-Reθt转捩模型和LES方法的WALE亚格子模型对T106C高升力低压涡轮叶栅进行计算分析;比较了两种方法在不同雷诺数工况下对分离流转捩的模拟精度。结果显示,在高雷诺数工况时,γ槇-Reθt转捩模型预测结果与试验值较为一致,而在低雷诺数工况时严重低估了分离泡尺寸,与试验结果差距较大;WALE模型在高、低两种雷诺数工况下,其时均结果与试验值均吻合较好。     

离心级联水力学的扰动分析

为了提高离心级联的分离效果,研究各级机器参数扰动时所引起的流体状态偏移。在求解离心级联水力学静态特征根的基础上,以扰动级为界,通过对级联贫化、浓化部分分段求解,得到了水力学流体状态偏移的解析解,并用数值实验加以验证。结果表明:对于小扰动情况下的离心级联,解析与数值两种方法得到的流体状态偏移曲线十分相似,主静态特征根Z2对级联中压强和流量的偏移起主导作用。因此,该解析解可以为实际离心级联参数的调整和设计提供参考依据。     

叶片弯曲对压气机叶栅损失与速度的影响

进行了带尾板的由常规直叶片、正倾斜叶片、正弯曲叶片、反弯曲叶片、S形叶片组成的5种矩型压气机叶栅在低速风洞上的实验研究，测量了叶栅出口流场，分析了零冲角下不同叶片弯曲形式对叶栅出口总压损失分布情况和主流速度的影响．结果表明，弯曲叶片对压气机叶栅出口流场有很大的影响，正弯曲叶栅可以降低叶栅的端壁损失，反弯曲叶栅加大了角区分离，恶化了两端区流动，总损失高于直叶栅．     

模拟退火算法在透平叶栅多目标优化设计中的应用

将模拟退炎算法与透平叶栅跨音速粘流气动计算相结合,并将其应用于透平叶栅的多目标优化设计。在多目标优化设计中,采用最小偏差法,并以叶栅的损失系数和做功能力为目标函数进行了优化设计。优化结果表明,此方法能够克服传统优化算法及易降入局部极值的缺点,因而得到了比传统算法更优的设计方案。