不同几何和换热条件下转子风阻的变化规律

在超临界二氧化碳布雷顿循环系统涡轮机械设计中,为提高能量转换效率,需要研究转子风阻的变化规律.针对5 MPa二氧化碳工质在不同转速、不同间隙宽度与转子半径比值以及不同定子壁面换热系数的工况进行数值计算分析.结果表明:在间隙宽度与转子半径比值相同的情况下,转子风阻随着转速的增大而增大;在转速一定的情况下,随着间隙宽度与转子半径比值的增大,转子风阻先减小后增大,在其比值为0.20时转子风阻存在最小值;转子风阻受泰勒涡影响较大,泰勒涡强度越大,摩擦系数越小;转子风阻随定子壁面换热系数的增大而增大,定子壁面换热系数的变化会导致腔室内工质温度的改变,工质热物性的改变是转子风阻随定子壁面换热能力变化的主要原因.     

双馈水轮发电机风摩损耗数值研究

根据双馈水轮发电机结构特点和通风特性,以计算流体力学为基础,建立通风道流体场模型,应用有限体积法对电机内流体流动特性进行数值求解,并对电机内风摩损耗进行计算,进而实现了电机内机械损耗的分离计算.通过与实验数据的对比分析,验证了其计算结果的准确性.对电机内风摩损耗的敏感性因素进行了分析.采用有限体积法进行求解,得出电机风摩损耗,结合轴承摩擦损耗经验公式计算得出电机的机械损耗,以此机械损耗与实验数据比较验证了结果的正确性.进而分析了电机转速、通风道内壁面表面粗糙度以及通风槽钢长度和尺寸等因素对电机风摩损耗的影响.     

叶片难抛光区域粗糙度对压气机性能的影响

研究压气机转子中叶片叶顶、叶根倒圆、下端壁这类难以自动抛光区域的表面粗糙度对转子气动性能的影响规律,旨在为叶片抛光加工表面粗糙度目标的制定提供指导.基于计算流体动力学(CFD)对跨音速转子rotor37进行气动计算,分析了98%阻塞流量工况不同转速下各部位表面粗糙度对转子的损失系数和出口总压的影响规律.结果表明,在设计转速下,叶片各部位的表面粗糙度增加均使转子损失增加,叶顶的表面粗糙度使出口总压升高,而叶根倒圆和下端壁表面粗糙度使出口总压降低;表面粗糙度15μm是一个转折点,大于15μm时表面粗糙度对气动性能的影响程度开始变大;下端壁表面粗糙度对性能的影响最大,在60%设计转速下,下端壁表面粗糙度使损失降低,但是在80%和100%设计转速下,则使损失增加.     

充水式潜水电机转子系统水摩擦力的数值分析

充水式潜水电机转子与轴向冷却水发生剧烈摩擦而产生的水摩擦力影响着转子系统的动力学特性。以850QS—3200型充水式潜水电机为研究对象,构建了电机转子与定子之间轴向冷却水的流场三维模型,运用标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,基于computational fluid dynamics(CFD)软件平台依次数值模拟了转子外圆表面粗糙度、转子转速以及轴向冷却水流速等三者与转子外圆水摩擦力的作用机理与影响程度。结果表明转子系统水摩擦力随转子外圆表面粗糙度、转子转速以及轴向冷却水流速的增加而增加,可通过降低转子转速、提高转子表面粗糙度以及降低轴向冷却水速度等方法,降低充水式潜水电机转子水摩擦力以及由此产生的水摩擦损耗。     

Jeffcott转子-环流耦合系统动力学建模及分析

基于湍流整体流动理论和摄动分析,建立了Jeffcott转子-环流耦合系统的动力学模型,并以大型屏蔽电机泵转子系统为例,采用复模态分析方法分析了转速、转子偏心和定、转子壁面摩擦效应对转子-环流耦合系统动力学特性的影响.结果表明：环流将导致转子的固有频率大幅下降,并产生模态分叉和跳变;转子偏心将导致转子失稳并使其失稳转速下降;定、转子壁面的摩擦效应能够显著提高转子的失稳转速.
     

不同几何参数竖直蛇形管内超临界压力CO2流动与换热数值模拟

作为一种环境友好型自然工质, CO_2被越来越多地应用于热泵系统。该文通过模拟超临界压力CO_2在竖直蛇形管中的流动和传热过程,分析了蛇形管几何参数对其换热性能的影响,并探究超临界压力CO_2在不同尺寸蛇形管中流动的强化传热机制。建立了12种不同内径和曲率直径组合的蛇形管模型,以探究在给定质量流率条件下,不同内径和曲率直径对超临界压力CO_2流动换热性能的影响。结果表明:曲率直径或内径的增大,均会导致传热系数降低;蛇形管内径越大,外壁面温升及温度波动幅度均越大;蛇形管曲率直径越大,外壁温度越高。最后,研究了流动方向对传热性能的影响,发现当内径大于1 mm时,蛇形管换热性能在工质向下流动时优于在工质向上流动时。本文可以为相关换热器的优化设计提供参考,从而提高换热效率和系统性能。     

粗糙度对微通道内两相流摩擦压降的影响

以去离子水和质量分数为0.3%的水基Al_2O_3纳米流体为工质,对水力直径为1 241μm的矩形微通道内流动沸腾过程进行研究。为了探究微通道壁面粗糙度对两相流摩擦压降的影响情况,运用化学抛光处理手段来改变壁面粗糙度。研究结果表明:实验工况相同时,两相流摩擦压降随着微通道壁面粗糙度的增大而增大;纳米流体为工质时两相流摩擦压降高于去离子水为工质时两相流摩擦压降,高热流密度下更为差异明显;将实验值分别与3种分相模型的预测值对比来验证现有压降模型的准确性,结果偏差较大,而且壁面越粗糙预测效果越差。现有的压降计算模型需要进一步完善以增强其普适性。     

液滴撞击不同粗糙度固体表面动力学行为实验研究

针对液滴撞击固体表面时动力学行为的不同影响因素,利用高速摄像技术捕捉了4种物性不同的液滴,即癸烷、十四烷、蒸馏水和无水乙醇液滴撞击不同粗糙度固体表面后的铺展与飞溅形态。探究了黏度、表面张力与实验壁面粗糙度对液滴撞击壁面后的最大铺展因数和铺展-飞溅临界韦伯数的影响。结果表明:实验流体的动力黏度越大,液滴在铺展过程中受到的阻力越大,也就越不容易铺展,相同韦伯数下的最大铺展因数越小;表面张力越大,液滴碰壁后更有可能发生回缩。在实验过程中也观察到,只有表面张力明显大于其他工质的蒸馏水液滴在碰壁后发生了回缩。壁面越粗糙,液滴在铺展过程中需要润湿越大面积的壁面,增加了黏性耗散,且受到的阻力也更大,相同韦伯数的液滴碰壁后的最大铺展因数也越小。对Laan的公式进行了粗糙度的补充,得到了最大铺展因数与韦伯数、雷诺数及粗糙度的关系。壁面粗糙度对液滴铺展后的边缘造成扰动,使液滴更容易发生飞溅,铺展-飞溅的临界韦伯数随着壁面粗糙度的增加而减小,且壁面粗糙度对小奥内佐格数流体的临界韦伯数影响更大。     

壁面强度及粗糙度对含软弱夹层岩体影响研究

软弱夹层作为一种特殊的结构面是影响岩体稳定性的重要因素之一.软弱岩层与围岩接触壁面的物理力学性质很大程度上影响着整个岩体的强度特征和破坏特征.为研究其中规律自行设计并制作了不同粗糙度和强度壁面的试样,通过室内直剪试验结果分析了壁面强度和壁面粗糙度对岩体强度特征和破坏特征的影响.发现岩体峰值抗剪强度与壁面强度和粗糙度成正相关关系,法向应力较小时,随着壁面强度增加,试样主破坏裂纹与水平面夹角越来越小,随着壁面粗糙度增加,岩体从无裂纹变成夹层上部岩体出现裂纹,法向应力较大时,随着壁面强度增加,试样主破坏裂纹与水平面夹角越来越大,随着壁面粗糙度增大,主裂纹与水平面夹角逐渐减小,并且裂纹数有所增加.     

新型核能系统S-CO2布雷顿循环特性研究

根据中国加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)概念设计,完成了CiADS与超临界二氧化碳(SCO_2)布雷顿循环的设计分析.分析了再压缩超临界二氧化碳布雷顿循环关键参数对S-CO_2布雷顿循环系统热力学性质的影响.计算结果表明,汽轮机入口温度、系统循环压比、冷凝器热端出口温度、高低温回热器端差等循环参数对循环热效率有显著影响.利用遗传算法优化计算CiADS与S-CO_2结合最高效率为35.932%,与其他采用超临界二氧化碳布雷顿循环的核电站相比,加速器驱动嬗变研究装置的热效率不是最高的,但其热效率随着反应堆出口温度的升高而提高.证明了CiADS与S-CO_2结合进行发电是一种可行的设计.     

回热型S-CO2布雷顿循环的㶲效率分析与优化

回热型超临界二氧化碳布雷顿循环在燃气轮机余热回收利用领域具有较大的发展和应用潜力,对其开展性能分析与优化具有重要意义。文中应用有限时间热力学理论,建立了变温热源条件下存在有限温差传热、不可逆压缩、不可逆膨胀等不可逆因素的回热型超临界二氧化碳布雷顿循环模型,分析了工质质量流率、压缩机与透平效率、总热导率对循环■效率与循环压比特性关系的影响,然后在总热导率一定的条件下以■效率最大为目标,对加热器、冷却器和回热器的热导率分配比以及循环压比、工质质量流率进行优化。结果表明：在文中取值范围内,经优化后的■效率可比初始设计点提高37.96%。文中还给出了不同工质质量流率下■效率达到最大时所对应的设计参数。     

垂直上升光管中气液两相摩擦因子分析

管内气液两相流动压降是水动力计算中的重要参数,选取不同摩擦因子会影响到计算结果的精度。为分析不同摩擦因子的适用性,该文讨论了5种常见的全液相两相摩擦因子计算方法,对关键参数选取进行了敏感性分析,并将5种方法的计算结果与文献中高压下汽水工质在垂直光管内的实验结果进行了比较。结果表明:管径对5种计算方法的影响有限;壁面粗糙度对Chisholm方法和Chisholm B系数方法的计算结果影响较大,这2种方法的结果均随着壁面粗糙度的增加而减小;工质压力的增加会导致压降的计算结果减小;质量流速对Chisholm方法和83国标方法的计算结果影响较大,并且质量流速增加,计算压降减小。计算结果与实验结果的比较表明:在中、低干度区域,Chisholm方法、Friedel方法和改进Friedel方法的计算结果与实验数据比较接近;在高干度区域,83国标方法的计算结果与实验数据更为接近。     

[Bmim]BF_4@SBA-15负载化离子液体制备及表征

离子液体是吸收CO_2的绿色溶剂,负载化离子液体能有效增加离子液体的界面积,减少离子液体用量,促进CO_2的吸收。采用传统浸渍法和超临界CO_2辅助法制备负载化离子液体,选用乙醇作为共溶剂,考察不同参数对负载量的影响。对制备载体进行CO_2吸附性能评价,并比较不同的离子液体和负载化工艺条件对CO_2吸附性能的影响。结果表明,CO_2吸附量随离子液体负载量增加而增加,且负载量相同情况下,超临界CO_2辅助法制备的负载化离子液体具有更大的比表面积和孔容,能促进CO_2的吸收。     

超临界CO2水平直管内冷却换热的数值模拟

为了提高CO_2热泵的传热性能,基于Fluent的数值模拟方法研究了超临界CO_2在水平圆直管内的换热特性。采用标准k-ε湍流模型对超临界CO_2流体在内径为4 mm、长度为2 000 mm的水平圆管内的冷却换热进行了数值模拟,主要探究了超临界CO_2流体在管内冷却条件下的温度场分布以及传热系数的变化规律,并研究了CO_2质量流量及进口温度对管内传热性能的影响。模拟结果表明:超临界CO_2的传热系数随质量流量的增加而变大,质量流量增加100 kg/(m~2·s~2),平均传热系数增加约为12%;随着制冷剂进口温度的增加,管内平均传热系数变小,但局部传热系数的最大值并不会发生改变,只会使其出现的节点延后。研究结果可为水平直管在CO_2热泵中的应用提供理论与数据支持。     

双跨裂纹转子-轴承系统非线性动态响应与混沌

建立了具有非线性油膜力的双跨裂纹弹性转子 轴承系统模型,研究了裂纹存在和裂纹角对系统非线性动力学特性的影响,发现此系统响应存在着周期、拟周期和混沌运动等复杂的运动形式,进入混沌的道路是倍周期分岔或阵发性分岔,离开混沌的道路为倍周期倒分岔·在亚临界转速区系统响应中出现了1/3倍频,1/2倍频,2/3倍频,1倍频,2倍频等频率成分,但是在超临界转速区,2倍频及以上频率的峰值明显减小·裂纹角β对裂纹转子的动力学行为有着重要影响,在ω=3ω0/2区域附近系统响应会随着裂纹角的不同,出现拟周期、周期和混沌等复杂的运动,因而对以超临界转速运行的多跨转子系统进行故障诊断时需加以注意·     

一种用于内燃机排气能量回收的新型布雷顿循环系统

为回收涡轮增压内燃机排气(IC)能量,提出一种新型布雷顿循环系统:在增压系统耦合1个高速电机作为布雷顿循环负载,回收涡轮功率;将内燃机视为布雷顿循环的燃烧器,通过改变其运行参数来调节布雷顿循环工质状态和参数。以某增压柴油机为研究对象,根据试验数据建立并标定循环系统的GT-Power仿真模型。研究不同转速下涡轮旁通阀开度、进气压力和循环喷油量对布雷顿循环性能参数的影响。研究结果表明:该布雷顿循环可以有效回收排气能量;涡前流量、压力和温度与布雷顿循环输出功率及热效率呈正相关;随进气压力增大,布雷顿循环功率和效率先增大后减小;循环喷油量增大,布雷顿循环输出功率和效率均增大,但系统总效率下降;当转速为3 400 r/min时,最大输出功率为18.30 kW,最大循环热效率为9.51%;系统总热效率相对于原机提高5.74%。     

超临界CO_2输送管道中水合物颗粒运动模拟

CO_2管道输送是CCUS技术的必要环节。我国CCUS项目中CO_2主要来源于碳捕集技术,CO_2流体中存在各种杂质。含杂质超临界CO_2的特性,使得管道运输超临界/密相CO_2存在较大风险。本文基于延长油田液态CO_2管道输送可行性研究,探讨水合物颗粒运动特性。使用FLUENT数值模拟软件中DPM模型,探究水合物颗粒在超临界/密相CO_2的水平输送管道、不同倾角斜直管道中的运动。结果发现水合物颗粒流动主要受CO_2流体湍动作用的影响,造成水合物颗粒在整个管壁的碰撞,从而形成对管壁的冲刷,其运动受粒径、体积分数影响较小。对斜直管道的计算结果表明大倾角管道对水合物颗粒运动的影响较大。     

超临界CO_2钻井井筒内流动参数变化规律

优选适用于超临界CO_2钻井井筒温度和压力条件下的CO_2物性参数计算方法,基于井筒中CO_2的物性变化规律,以比焓为研究对象,建立超临界CO_2钻井井筒流体流动控制方程组,分析超临界CO_2流体物性参数变化对井筒内流动规律的影响。计算结果表明:在超临界CO_2钻井井筒温度和压力条件下,采用Span-Wagner方法和V-W方法计算CO_2的物性参数平均计算误差最小,分别在0.5%和1.5%以内,相对于其他方法计算精度更高;随井深的增加,钻杆内和环空中CO_2密度、黏度和导热系数逐渐减小,比热容先增大后减小;受物性参数变化的影响,环空流体流速和动能沿井深逐渐增大,携岩能力逐渐增强,流体压力沿井深的变化趋势呈非线性;忽略密度、黏度、比热容、导热系数等物性参数的变化会导致CO_2携岩能力、井底压力和井筒温度分布的计算误差,算例中各误差分别在10.7%、7.9%和1.1%以内。     

矿井巷道壁粗糙度对电磁波传播损耗的影响

实际的矿井巷道四壁为非理想导电壁,且巷道壁粗糙,电波传播的解析研究异常复杂。文章将矿井巷道看作含有有损介质的波导,导出类矩巷道中电磁波传播粗糙度损耗和传输总损耗,并数值模拟了传输损耗与粗糙度、频率变化之间的关系。结果表明,在低频段粗糙度损耗对电磁波传播损耗的影响较大;随着粗糙度增加,粗糙损耗明显增大;但随着频率的增加,倾斜损耗占主导地位,粗糙损耗对总损耗的贡献减小。     

利用考虑壁面粗糙度的双流体颗粒-壁面碰撞模型模拟气-粒两相水平槽道流动

建立了考虑壁面粗糙度的双流体颗粒壁面碰撞模型．该模型包括壁面摩擦、恢复、特别是壁面粗糙度等影响碰撞的因素，因此体现了壁面上各方向Reynolds应力之间的相互转化、湍流动能从平均运动中得到能量以及壁面对运动的衰减作用，给出了壁面粗糙度对颗粒湍流的影响．将本模型应用于气粒两相水平槽道流动并用PDPA测量结果验证，结果表明，当前常用于颗粒相的零梯度边界条件和其他碰撞模型可能给出错误的结果，本模型则给出比较符合实际的结果．