关于分子泵抽气性能的设计

随着近期复合式分子泵(即由涡轮抽气级和牵引压缩级两部分组成的分子泵)的研制,对复合泵中的涡轮级提出了更高的要求.这是因为涡轮抽气级与牵引压缩级这两种叶轮的抽速相差很大,只有当涡轮叶轮组对某种气体的压缩比达到能与牵引级相匹配的要求,才能使涡轮组的抽速不至损失,亦即才能保证整体泵对该种气体的最大抽速.所以在设计时,首先就要求对涡轮级抽气组的理论特性有比较精确的计算.但是在组合叶列中,由于直通传输几率(即气体分子直接穿过某级叶列的几率)的存在,影响了组合叶列的抽气性能,需要加以修正.本文取6级组合叶列为例,对在不同叶列参数下修正前与修正后的结果作了比较,认为不但涡轮级压缩比的精确计算对复合泵的设计是必要的,而且修正前与修正后的涡轮级最佳组合形式也发生了改变.     

蒙特卡罗法计算涡轮分子泵叶列的传输几率

提出了在分子流状态下用蒙特卡罗法计算涡轮分子泵叶列传输几率的二维数学模型及其电算程序框图,为涡轮分子泵的优化设计提供有利条件。     

基于CFD模拟的喷射泵操作参数对泵抽气性能的影响

通过CFD方法讨论了不同操作参数对喷射泵内部流体的流动特性及泵抽气性能的影响.随着工作蒸汽压力的增加,在壅塞位置处,被抽气体过流面积变化减小,马赫数、引射系数升高,喷射泵的抽气性能增强.当工作蒸汽压力过高时,由于膨胀核的增大,被抽气体的过流面积减小,引射系数显著下降.随着引射蒸汽压力的增加,壅塞和激波向下游移动,泵抽气性能增强.此外,引射系数随着背压的增加而减小,当背压过高时,返流现象明显,泵的抽气性能急剧下降直至失效.研究结果表明,操作参数的选择不仅能提高喷射泵的抽气效率和极限排气能力,也极大地提高了喷射制冷系统的制冷效率,降低了能源的消耗.     

复合分子泵牵引级螺旋槽深对压缩比的影响

建立了描述复合分子泵牵引级抽气性能的理论模型.依据该理论模型,在牵引级不同螺旋升角、转子-定子间隙、转子转速、被抽气体流动状态条件下,对牵引级螺旋槽深与压缩比的关系进行了研究.结果表明:压缩比随螺旋槽深的减小,先增加后减小,存在最优螺旋槽深,使牵引级的压缩比达到最大;螺旋升角对最优螺旋槽深影响较小;最优螺旋槽深随转子-定子间隙减小而减小,随转子转速的增加而增加;当被抽气体为黏滞流时,最优槽深值更小.     

关于圆柱管道束流效应的进一步讨论

1930年克劳辛求出在分子流条件下短圆管出口的角分布花样.1956年戴顿进一步解得出口和入口的角分布花样,并发现在出口和入口两个方向上的花样有互补关系,其总效应为余弦分布,但他们都假定了入口的压力为P_1,出口的压力P_2等于零.以我们正在研究的涡轮分子泵出口分子束分布为例,如果出口压强等于零,即反向无入射分子,则从入口入射后通过管道的出口分子束分布对下一级抽气非常不利,但如果考虑了反向入射,则结果与实际相吻合.因此,不论什么管道或通道,在考虑出口束流分布时,必须把从管道的入射侧到达出口侧的分子和从出口侧入射又被返回来的分子叠加起来,这一总效应才应该是通道出口的实际分子束流分布.     

速度分布对气体超声流量计声传播规律的影响

气体超声流量计广泛应用于天然气贸易计量,在实际工业现场,由于流态和流速的不同,使得超声波传播特性呈现不同的规律.为了研究这一规律的变化特征,文中提出了一种基于COMSOL仿真的射线追踪方法来模拟单声道气体超声流量计的测量过程,并验证了该仿真方法的正确性.选取充分发展湍流和单弯头下游的速度分布为研究对象,以5个不同的速度点为入口流速,讨论超声波传播轨迹、传播时间、轨迹偏移量、声压分布等参数随流速、流态的变化规律,进而分析其对流量测量的影响,提出一种改善测量误差的修正方法,使测量误差最大降低约4%,,达到修正效果.     

负压差立管内气固两相流的气相流动特性

对负压差立管内气固两相流的气相流动特性进行了分析，并基于滑落速度与空隙率的线性关系，建立了立管内气相速度的计算模型，给出了气体流量与相关参数的关联式。分析结果表明，负压差立管内气固两相流中气体来源于出口端进入的流化床流化风和入口端下行颗粒夹带的气体。气流大小和方向的变化主要受颗粒质量流率和立管负压差的影响，存在一个气流方向改变的临界颗粒质量流率GSC。当颗粒质量流率GS〈GSC时，流态是稀密两相流态，气体上行，成分是上行的流化风；GS〉GSC时，流态是浓相输送流态，气体下行，成分是下行颗粒夹带的气体，这个气体量随颗粒质量流率的增加而增大。模型计算结果与实验数据一致。     

导流叶片两端间隙不同分配对可调向心涡轮性能影响

针对现有可调涡轮产品缺少喷嘴环叶片两端间隙约束机构现状,选取三种典型喷嘴环叶片间隙分布模型,用数值方法研究喷嘴环叶片两端间隙不同分配对涡轮级性能影响,并找出导致涡轮性能变化的相关机理,为提高可调向心涡轮在非设计工况下性能提供参考. 研究结果表明:在小开度情况下导流叶片两端间隙变化导致涡轮级效率差别至少为4％,且流动损失变化主要集中在转子段;导流叶片间隙泄漏流中气体气流角小于主流气体,因此间隙分布变化可以改变转子叶片吸力面前缘附近分离涡位置,从而改变转子叶轮通道内部流动损失,最终影响涡轮性能.      

钣金型液力变矩器内部流场的分析

通过对某型号钣金型液力变矩器结构进行简化,借助Unigraphics、Gambit软件平台,结合现代计算流体力学理论,利用流体仿真软件FLUENT对变矩器内部流场进行了数值计算.结果表明:这种方法的计算结果与试验结果具有很好的一致性;在启动工况和最高效率工况下,泵轮入口附近,非工作面和外环附近出现了高速高压区,工作面与外环相交处有低速低压区,涡轮的内环面与工作面相交的地方出现了脱流和回流,流道曲率变化最大的地方出现了高压区;导轮在启动工况下,非工作面上有脱流和低速区,最高效率工况下,速度和压力分布相对较好.     

不同燃气输运特性计算方法对涡轮平面叶栅对流换热的影响

提出一种不同燃气组分输运特性计算方法对对流换热影响的算法。根据此方法,选取4种常用的计算分子粘性系数及热导率等燃气输运特性的方法进行分析。结果表明,不同燃气组分输运特性计算方法对平板和涡轮平面叶栅的对流换热具有一定影响。在给定的入口温度为1000 K及2200K时,平板当地对流换热的努赛尔数的最大差别分别从2.7%增大到4.0%;在给定的入口温度为1000K及1500K时,涡轮平面叶栅当地对流换热的努赛尔数的最大差别分别从4.58%增大到9.70%。     

转速对贯流泵装置流道水力参数影响的数值分析

为了研究贯流泵装置进出水流道水力性能受转速的影响规律,以贯流泵装置为研究对象进行全流道的数值计算,通过将能量性能数值预测结果与物理模型试验结果对比,验证了数值模拟结果的有效性。在考虑水泵与进出水流道内流相互影响条件下定量分析转速对进出水流道水力性能参数的影响规律。结果表明:(a)不同转速时进水流道水力损失比与流量系数的关系曲线变化趋势基本相同。相同转速时,随着流量系数的增大,进水流道水力效率逐渐减小,流道出口环量先减小、后增大;相同流量系数时,进水流道出口面的平均环量随转速的增加而增加。(b)不同转速时,随着流量系数的增大,出水流道进口入流涡角相对值先减小、后增大。在相同流量系数时,随着转速的增加,出水流道的静圧比逐渐增加,出水流道进口面的偏流角分布基本相同。     

不同风速下风力机叶片的振动特性研究

针对风力机叶片在正常工况下运行时受到周期性的气动力导致叶片发生振动,降低叶片使用寿命的情况,研究了风力机叶片在不同风速下的振动特性。选取不同风速条件下的5种工况 (风速范围为15~40 m/s),选用CFD方法对NREL PHASE VI叶片进行模拟计算,获取不同风速下的振型和振动位移曲线。结果表明：叶片的主要振型是挥舞和摆振,高阶叶片振型存在着弯曲和扭转组合的复杂变形;来流速度从15 m/s增大到40 m/s时,叶片吸力面的压力分布不均匀性不断提高,来流速度为40 m/s时最大压力差值约达到3 000 Pa;来流速度为15 m/s时振幅最小为0.525 4 mm,来流速度为40 m/s时振幅最大,为3.628 2 mm,约是最小振幅的6.9倍;5种工况的振动曲线均呈现衰减趋势,叶片趋于稳定振动;当来流风速越大时,由来流风所产生的气动力对叶片的作用力越大,叶片的振幅呈现增大的趋势。研究结果可为风力机设计提供参考。     

小型燃气轮机湿空气透平循环变工况性能

基于一小型分轴燃气轮机试验系统上的湿空气透平(HAT)循环试验,研究了在低参数下HAT循环对燃气轮机性能的改善情况及其变工况性能表现. 试验在等燃油量和等涡轮进口燃气温度2种控制工况下进行.结果表明：等燃油量控制下,湿空气的含湿量增大,可增加循环输出功率,降低燃气初温,同时减少NOx排放;等燃气初温控制下,增大含湿量可以大幅增加循环输出功率.在燃气轮机部件特性的基础上,对HAT循环变工况性能进行了仿真.计算结果表明：随着空气含湿量的增加,HAT循环中的比功和效率较简单循环都有较大改善;在相同的进气流量、燃气初温和输出功率下,增大空气含湿量能增加压气机的喘振裕度,提高运行安全性.     

贯流泵装置出水流道进口区压力及速度场分析

为分析贯流泵装置出水流道进口区流场的非定常特性,在考虑水泵与流道的水力相互作用基础上,采用RNG k-ε湍流模型对贯流泵装置进行全流道的非定常数值计算。通过非定常求解预测的贯流泵装置能量性能数据与物理模型试验值进行对比,验证数值计算方法的可信度,分析出水流道进口区非定常压力及速度场的演变规律。结果表明:(a)贯流泵装置数值预测的扬程系数与模型试验结果的最大相对误差为3.15%,效率的最大相对误差为3.07%。(b)出水流道进口区轴面速度场的波谷数与导叶体的叶片数相同。(c)随着流量系数的减小,出水流道进口区的轴面速度场的波峰特征越趋明显,轴面速度的尾迹特征逐步增强。(d)水流经出水流道扩散,速度逐步减小而压力逐渐增大,出水流道进口区的脉动主频受叶轮旋转的影响很小,压力波动主要受导叶体进口流态和导叶体结构的双重影响。(e)不同工况时各监测点的主频及次主频均为低频脉动。     

锯切参数对圆锯片动态稳定性的影响及优化

利用有限元法和正交试验法相结合研究圆锯片在夹紧比、回转速度、锯片的厚度不同水平下的固有频率和应力状态,以此来研究锯片的动态稳定性.结果表明夹紧比增加可以提高锯片的固有频率,降低锯片的径向最大应力和切向最大应力;锯片基体厚度的增加也可以提高锯片的固有频率,而对锯片的应力影响不大;回转速度增加对锯片的固有频率影响不大,却可以大幅度地提高径向最大应力和切向最大应力.综合切削因素得到锯片的最优锯切参数为：夹紧比0.4,回转速度228rad/s,基体厚度2.2mm,节块厚度2.8mm.     

控压钻井井控过程中排量优化设计

控压钻井井控是处理气侵溢流问题的有效新方法,包括前期控制和循环排气两个阶段。基于快速施加井口回压控制方法,根据气液固多相流理论,建立控压钻井井控数学模型,并采用有限差分法迭代求解。在此基础上,分析排量对最大井口回压、最大套管鞋处压力和最大立管压力的影响,并提出基于井控安全目标函数的排量优化设计方法。模拟结果表明:在循环排气阶段,立管压力维持不变且为最大值,井口回压达到最大值与气体前沿运移到井口之间存在明显的时间滞后性,气体运移到套管鞋处时套管鞋处压力最大;验证了以出入口流量一致表征井底气侵停止的合理性。模型计算得到的压力值与实验测量值吻合较好。     

稀预混气体低速过滤燃烧的实验研究

为研究稀预混气体在填充床内的燃烧特性以及燃烧波的传播规律,对小球填充床内温度进行系统测量,研究流速和丙烷/空气的当量比对燃烧波的传播速度和燃烧区域最高温度的影响.结果表明,随着当量比的增大,燃烧波的传播速度减小,燃烧区域最高温度增大;气体入口流速增大导致燃烧波传播速度和燃烧区域最高温度增大.对于丙烷/空气的预混气体,贫可燃极限可以扩展到其当量比为0.15.     

基于可变压缩比技术大功率低热值气体燃料发动机性能优化

为充分利用低热值气体燃料以缓解能源危机带来的压力,改善大功率低热值气体燃料发动机的燃烧过程和热效率,建立了大功率低热值气体燃料发动机的热力学循环仿真模型。研究了可变压缩比对发动机各负荷下性能和燃烧过程的影响规律,并对各工况下的压缩比进行数值优化。结果表明:大功率低热值气体燃料发动机应用可变压缩比技术,可以使发动机适应不同成分和理化性质的低热值燃料。部分负荷工况下,可以使发动机压缩比大幅提高,提高部分负荷下混合气压缩效果,改善了发动机的燃烧过程。应用可变压缩比技术,在中等负荷工况下热效率改善效果在4%~8%左右,小负荷较高转速下,热效率改善效果接近10%。可变压缩比改善了大功率低热值气体燃料发动机的热效率,为充分利用低热值气体燃料奠定了理论基础。     

提高小流量工况下轴流泵的效率

将开缝技术应用于轴流泵的叶轮上, 并选择合适的开缝翼型作为叶轮开缝的依据, 设计了一种新型轴流泵叶轮. 基于商用CFD 软件ANSYS CFX, 对常规轴流泵和开缝叶片轴流泵进行了数值模拟计算, 并分析了常规轴流泵和开缝叶片轴流泵在不同工况下的水力性能及其流场特点. 数值计算结果表明, 开缝技术提高了轴流泵在小流量工况下的水力性能, 并降低了进口压力脉动. 进行了两种轴流泵的水力性能对比实验, 结果表明, 开缝叶片轴流泵在小流量工况下的性能优于常规轴流泵, 证明了开缝技术能有效地提高轴流泵在小流量工况下的水力性能.