氦气对低温液氧箱体分层压增的影响

为研究气枕中氦气对低温液氧分层及压增的影响,以柱状液氧箱体为例,通过改变气枕中氦气以及氧气含量来改变箱体初始压力,分别计算了初始箱体压力相同以及初始箱体压力不同两种工况下液氧分层压增参数的变化。结果表明:氦气的存在增强了气枕与箱体壁面以及气液界面的对流换热,促进了界面的蒸发相变,并带来了质扩散传递。当箱体初始压力不变时,箱体压增以及气液界面相变量随着氦气含量的增加而增加。在初始氦含量由0.0kg增加到0.563kg的过程中,箱体压增增加了20.91%,气液界面总相变量增加到初值的7.87倍。当箱体初始氧含量保持不变时,箱体压增随着氦气含量的增加而减小,而界面总相变量则呈现相反的变化趋势。在初始氦含量由0.0kg增加到0.2kg的过程中,箱体压增下降了28.66%,但气液总相变量却增加到初值的4.3倍。     

固体火箭发动机装药结构完整性冷增压试验研究

为研究固体火箭发动机(Solid rocket motor, SRM)点火阶段药柱的结构完整性，建立了气/液组合介质冷试车快速建压试验系统。该系统建压速率达300 MPa/s以上，可有效模拟发动机低温点火冲击过程。采用该系统对两台某发动机进行了多次低温冷增压试验，并完成冷增压试验后的热试车试验，获得了装药结构完整性失效边界，并初步验证了冷增压试验系统对某发动机安全工作无影响。     

在轨运行低温液氢箱体蒸发量计算与增压过程研究

为了研究低温箱体在外部漏热下的在轨增压过程,采用FLUENT软件中的流体体积(VOF)方法,对AS-203飞行试验中低温液氢箱体进行数值模拟。通过对默认可实现k-ε模型进行参数调整,并与试验结果对比发现,调整参数后的模型可较好地预测低温液氢箱体在轨增压过程。因此,采用该模型对所研究低温液氢箱体进行500s增压数值模拟,计算结果表明:与气枕接触的壁面漏热绝大部分用来使箱体增压,小部分用来产生相变;在外部漏热下低温箱体压增速率约49.6Pa/s,箱体气液界面的蒸发率约为0.101 6%/h;在一定的微重力水平下,自然对流作用依然存在,其对流强弱主要取决于箱体尺寸以及外部漏热热流大小;在整个模拟过程中,气枕区热分层较之液相区更为严重;随着重力水平的降低,表面张力的作用逐渐凸显,界面形状变为曲面。     

升空过程中低温液氧贮箱压力变化及热分层研究

针对火箭升空过程,通过编写用户自定义程序详细考虑了气动热以及空间辐射热的影响,数值研究了低温液氧箱体压力变化及流体热分层现象。在计算过程中,着重考虑了大气物性参数随高度的变化、飞行过程中加速度变化与气液界面相变对箱体压力以及箱内流体温度分布的影响。模拟结果表明:气动热对箱体控压频率产生了较大的影响。随着气动热流的增加,箱体增压时间变短,降压时间变长。在飞行120s时,气动热流达到最大,其对箱体压增性能的影响也最为突出,此时箱体增压时间最短为4s,箱体降压时间最长,约13s。在无排液阶段,箱体压力呈现波动变化,气液界面处气枕被冷凝。在该过程中,液相质量增加了11.05kg,气相质量减少了1.52kg。在增压排液阶段,尽管增压气体持续注入箱内,箱体压力仍逐渐减小,而气相质量则呈波动增加。随着时间的延长,气液相温度均向温度升高的方向推进。由于空间辐射漏热造成了排液温度的升高,给发动机运行带来安全隐患,应采取有效绝热措施来减少空间漏热。     

二级增压系统压气机性能试验研究

为研究二级增压系统中高低两级压气机性能与系统的整体性能,匹配了一套二级增压系统. 建立了专门的二级增压系统试验台架,针对每一条试验曲线,将高低两级增压器调节到某一稳定转速,进行二级压气机性能试验. 试验结果表明,高压级压气机的折合流量与实际流量差别很大,为便于了解二级增压系统的实际增压效果,宜采用实际流量;在大部分工况下压比分配为1:1时,所匹配的二级增压系统效率较高;两级增压器转速较低时能达到很高的增压压力,保证了系统的安全性与可靠性.     

微重力环境下低温推进剂贮箱内气泡运动及融合特性研究

在轨贮箱内气液分布特性极大影响箱内压力变化,为了提高主动控压技术的效率,延长推进剂在轨储存时间,开展微重力下低温推进剂贮箱内气泡运动及融合特性的研究至关重要。本文采用流体体积函数法模拟微重力条件下低温推进剂贮箱内单个不同尺寸氧气泡的运动以及多个随机分布氧气泡的融合过程。结果表明：10^-5g微重力条件下,随着贮箱内氧气泡半径增大,氧气泡所受浮力以及上下面的压强梯度越大,上升一定距离所需时间缩短;当氧气泡的半径小于100 mm时,氧气泡在释放后一段时间内最大速度小于10^-4 m/s,基本处于停滞状态,并且停滞时间随着氧气泡半径的减小而增长;当不同尺寸氧气泡上升时,即便有部分氧气泡半径小于100 mm,仍能在多个力场的综合作用下,缓慢上升并发生碰撞与融合,聚集于贮箱顶部,形成了稳定的椭球回转体形状的“气枕”构型。本文研究结果证明“气枕”集中模型假设是可行的。     

注气增压作用下的软土排水增效机理试验研究

通过重塑土的一维物理试验研究了软土注气增压排水效果的内在机理。试验系统包括增压装置、软土压密（劈裂）观测装置、排水量测量装置等。随后观测了软土沉降、排水过程及裂隙发育特征。结果表明：压力气体通过孔隙水的驱替与孔隙的弹塑性扩张实现土体排水压密与劈裂,同时结合表层土体的明显薄弱特征（或裂隙）、平整密实程度,可将注气增压作用下的软土排水增效机理分为排水且劈裂、排水并压密与排水且贯通3种排水增效机制。     

特种车辆煤油代用燃料喷雾与燃烧特性研究

利用定容喷雾弹和单缸机柴油机对煤油燃料的喷雾特性和燃烧特性开展对比试验研究,分析燃用煤油燃料对发动机动力性及经济性的影响.结果表明:与柴油相比,煤油燃料喷雾锥角增大、贯穿距减小.在标定不变的前提下,柴油机燃用航空煤油缸内放热率曲线与燃用柴油相比变化不大,最大压升率及排温略有降低.燃用灯用煤油相比柴油放热始点推迟,在标定工况预混合放热缓慢,在最大扭矩工况下预混合放热剧烈,最大压升率相比燃用柴油增加0.04 MPa·℃A-1,发动机排温降低.柴油机燃用煤油燃料的功率降幅在6.7%以内,油耗率有所降低.     

增压二甲醚发动机的参数优化

采用几种不同技术参数的喷油器和喷油泵,在改造后的车用增压柴油机上进行燃用二甲醚性能优化试验,在冷、热状态下评价了二甲醚燃料发动机的输出扭矩、功率、燃油消耗率以及尾气排放情况,分析了不同燃料温度和技术参数的喷油泵及喷油器对发动机性能及其尾气排放量的影响.结果表明:当二甲醚燃料温度逐渐上升时,发动机的扭矩和功率明显下降;在相同功率且采用同一规格喷油泵时,发动机的喷油器喷孔越小,NOx排放量越高、排温越低及燃料经济性越好;泵体强度较大的P8500喷油泵更适合于二甲醚发动机,在保持发动机功率输出不变的条件下,采用柱塞直径12 mm的P8500喷油泵,同时匹配喷孔孔径0.43 mm的喷油器,可使发动机的燃油经济性与NOx排放达到较好的折中.     

单螺杆压缩机增压槽道内喷液成膜特性研究

为厘清单螺杆压缩机喷液压缩过程中喷入液体的运动状态、弥散分布和成膜铺展特性，实现喷液参数的合理调控，根据单螺杆压缩机基本结构和多圆柱复合包络啮合副空间啮合原理，建立了单条螺旋槽道的三维空间扭曲槽道模型，并依据螺旋槽道几何特征及啮合副相对运动关系对模型进行了简化。基于简化模型，利用计算流体动力学软件开展了喷液压缩过程中工作腔内部水气液两相流动过程的数值模拟研究，分析了变工况下喷入液体在增压槽道内的弥散分布和成膜特性以及介质压力和温度、螺杆转动速度、喷液流量和速度等关键运行参数对其影响规律。研究结果表明：喷入的液体在壁面上汇聚成膜，随着腔内压力的上升，形成液膜平均厚度呈下降趋势；腔内温度自80℃上升到200℃,液膜平均厚度变化不大，上下波动范围在8.3%以内；螺杆转子转速过快或者喷液速度过慢都会使得喷入液体还未接触壁面就被星轮撵出槽道，进而降低压缩过程的冷却效果；喷液流量的增大将有效提升形成液膜的平均厚度，可以有效防止泄漏。     

液环泵作真空泵与压缩机工况下的内流场及外特性分析

采用数值模拟和实验相结合的方法,对2BE型液环泵在真空泵与压缩机工况下的内流场及外特性进行对比分析.结果表明:相同的进出口压比时,压缩机体积流量小于真空泵体积流量,体积流量比和效率比均随着压比的增大而逐渐下降;真空泵和压缩机工况下内部的相态场、速度场和压力场分布规律基本一致;压缩机工况下的排气区和过渡区叶轮内旋涡二次流明显要强于真空泵工况下的,相同压比变化时压缩机工况下排气区内壁压力显著增大;液环泵壳体内壁压力的频域特性沿圆周方向存在明显的分区特征;真空泵工况下的各阶主频特性与压缩机工况下的完全一致;在各压比下,压缩机工况的泵壳体内壁压力脉动幅值整体大于真空泵工况的,随着压比的增大,压缩机工况下的排气区和过渡区壳体内壁压力脉动幅值明显增大.     

地面停放低温液氧贮箱热物理过程研究

针对低温推进剂箱体射前停放阶段,采用CFD技术数值研究了某低温液氧贮箱在地面停放阶段所经历的开口放置及高温气氧预增压过程。详细分析了该过程中箱体的压力变化、气液相变以及热分层现象。通过与相关试验结果对比,验证了本数值模型的有效性。计算结果表明:在液氧箱体开口停放阶段,在外部漏热下,箱体内部将出现剧烈的沸腾相变现象,并伴随着大量气泡的产生。随着时间的增加,用于低温流体相变的热量主要来自于外部漏热,此时相变过程主要发生在气液界面。在约150s时,相变强度逐渐趋于稳定。经过250s的地面开口停放,蒸发气体排放量约6.88kg。当低温箱体封闭,预增压过程开始,箱体压力将在所设定的压力上下限内波动变化。由于气相过热、液相过冷,在整个过程中气相都处于冷凝状态。随着高温气体的注入,气相质量呈现波动变化,由15.84kg增加到27.27kg。液相质量则近似线性增加,由最初的12 243.10kg增加到12 303.95kg。气液界面以下的液相呈现出较好的温度分层,气相温度分布则受增压气体影响较大,产生了一定的扰动。     

燃气涡轮增压系统燃烧室设计

根据燃气涡轮增压系统结构要求,提出了一种新型滚流回流燃烧室结构,通过CFD数值模拟,研究其内部温度场和出口温度分布情况,确定了燃烧室的主要结构参数.采用粒子图像测速仪（PIV）测量燃烧室内筒头部的冷态流场,证明燃烧室头部存在滚流回流区,能够形成稳定的火焰区.在燃烧试验中,进行了贫油点火和贫油熄火试验研究.结果表明在一定流量范围内,文中燃烧室贫油点火及贫油熄火油气比均随进口马赫数的增大而增大;将文中燃烧室与外形尺寸相近的旋流进气燃烧室的总压恢复系数对比,结果表明相同的流量下文中燃烧室的总压恢复系数平均提高约2%.      

脉动离心隔膜压电泵的原理与试验

针对有阀压电容积泵中压电元件的高频特性和单向阀的低频特性不兼容的问题,提出了脉动离心隔膜压电泵。它利用振动管内的液体在离心力的作用下产生定向流动的特性来驱动泵腔中的隔膜产生形变,从而改变泵腔体积,借助单向阀实现液体的定向输送。首先分析了其工作原理,其次建立了压电泵驱动部分的动力学模型,得出了振动频率、模态振型、离心力和振幅极限的计算表达式。最后制作了原理样机,测量了压电泵的阻抗特性、脉冲特性、流量和压力等性能,验证了理论分析的正确性。实验结果表明:该压电泵可以保持并精确输出液体脉冲,当驱动电压峰峰值为560V、振动频率为183.74Hz、吸液周期为0.4s、排液周期为0.1s,背压为0.3kPa时,去离子水输出流量为6.12mL/min。得到的实验数据证明了脉动离心隔膜压电泵的有效性。     

新型流面型冷电弧装置杀菌研究

自制了流面型冷电弧杀菌装置,并研究了外加电压、气体流量、菌液流量、细菌种类和杀菌时间等参数对该装置杀菌率的影响.结果表明,杀菌率随着外加电压升高、液体流量降低以及杀菌时间增加而升高,空气自然对流的杀菌效果优于强制对流,对革兰氏阴性菌的杀菌效果优于革兰氏阳性菌.在空气自然对流、外加电压为33 kV和液体流量为80 mL/min的条件下,对E.coli987P的杀菌率达99.96%,所需时间不超过35 s;而S.aureus需经过70 s后,才能达到相同的杀菌率.冷电弧处理后的液体温升不超过3℃.通过透射电镜图发现,处理后的大肠杆菌(E.coli987P)细胞膜发生不可逆击穿,细胞内容物外流,最终导致菌体死亡.     

工作于室温温区的热力学排气模拟与增压测试

为了揭示热力学排气系统的基本运行规律和为相关仿真程序的开发提供校核数据,设计和研制了一套工作于室温温区的热力学排气系统模拟装置.该装置安装于直径为450mm、体积约为0.11m~3的椭圆封头圆筒形贮箱内,以制冷剂R141b为工质,选取具有代表性的充灌率和罐体热负荷,分别进行了喷射棒单独作用及喷射棒与节流阀、换热器共同作用下的贮箱压力控制实验,获得了相应工况下的压力控制特性.实验结果表明,当贮箱表压控制带下限设定为80kPa,上限设定为90kPa时,在单单依靠喷射棒的喷射混合消除热分层工作模式下,该系统运行超过0.98h后已无法维持压力在设定值以下;而在喷射棒和节流阀、换热器双重作用下,该系统可长期持续工作,2h内制冷剂R141b损失仅约5%(3.35kg),验证了该套系统可以胜任热力学排气过程的模拟.     

增设渗透廊条件下土壤中气液两相流动实验研究

针对污染土壤生物修复技术,构建了增设渗透廊条件的土壤内气液流动实验台,并赋予了渗透廊以饱和度突变功能.实验研究了渗透廊底部材料厚度及液位高度对液体渗透流量的影响,并在有无强制通气条件下对液体流量以及饱和度进行了测量,对注水前后气体在土壤中的流动阻力特性进行了实验研究.实验结果显示:渗透廊底部材料厚度减小及渗透廊中液位高度增加均可使液体渗透流量减少;在通气后土壤中液体流量有所减少,而注水后气体的压损增大.本实验所测数据对理论模型的验证提供了依据.     

输送流体双腔并联压电泵性能分析与试验研究

为了提高压电泵的输出能力,采用压电双晶片进行驱动,设计了双腔并联被动截止阀压电泵,并加工了试验样机.对不同压电振子驱动方式(同步驱动或异步驱动)的双腔并联压电泵输出性能的影响规律进行了理论分析,分别以液体和气体为介质对样机进行了试验测试.测试结果表明:在110 V驱动电压下,工作频率小于400 Hz时,输送液体最大输出流量为1330 mL/min,2个振子异步驱动泵的输出能力好于同步驱动;输送气体最大输出流量为950 mL/min时,2个振子同步驱动和异步驱动泵的输出能力基本接近,从而确定了双腔并联压电泵输送流体时的最佳工作方式.     

直叶片离心喷雾气液反应器分离性能

为了解决目前单重态氧发生器存在的气体处理量小、气液反应面积小和气液分离不彻底的问题,设计了一种雾化技术与离心技术相结合的两级排液式直叶片离心喷雾气液反应器.首先采用CFD方法,对该反应器建立了计算模型,研究了反应器中连续相流场、离散相颗粒的运动特性,系统分析了粒径及转速对反应器分离性能的影响,获得了分离特性曲线.然后通过实验研究,分析了反应器在真实工况下的分离性能.综合研究表明,CFD模拟结果与实验结果比较吻合,CFD模型可用于该实验研究.反应器在5 mol/s的气体流量下对于粒径大于90μm的液滴在3 000 r/min转速下分离效率100%,为单重态氧发生器的发展提供了参考.     

液-液循环流化床制冰过程的(火用)分析

采用水与另一种非相溶载冷流体直接接触换热结冰的液液循环流化床是一种新型动态制取流体冰方法.针对该方法建立了研究床内多相流动与传热过程的数值模拟平台,以热力学第二定律为基础提出了液液循环流化床制冰过程的火用损失计算模型.采用数值试验方法探讨了水滴直径、载冷液体入口温度和速度对系统的制冰能力和火用损失的影响.研究结果发现,减小水滴直径和入口温度可以不断提高循环流化床的制冰能力,但减小入口速度的作用有限,而减小水滴直径是兼顾制冰能力和过程火用损失的最有利途径.