高压氢气储存系统泄漏的热力学模型

高压氢气储存系统泄漏的实验设计和模拟都需要了解泄漏过程中储罐内滞止参数随时间的变化以及泄漏出口处气流的物性。针对高压氢气从储罐泄漏的问题,本文建立了2种描述整个泄漏过程中滞止参数变化及出口流量变化的热力学模型:基于理想气体状态方程的理想气体模型和基于Abel-Noble状态方程的数值计算模型。这2种模型的计算结果基本一致。由于高压下气体的行为会偏离理想气体状态方程预测的结果,实际滞止温度和滞止压力的降低速度要大于理想气体假设下的降低速度。     

高超声速喷管中水蒸气凝结的数值研究

我们针对高超声速燃烧加热风洞喷管流动的大扩张比、高马赫数、高低温气体并存和高水蒸气含量的特点,发展了兼顾高温气体效应与水蒸气非平衡凝结过程影响的有限体积计算方法,对伴随水蒸气凝结的喷管流动的机理开展了数值研究.计算中,凝结模型采用Hill矩方法进行模拟.数值分析着重关注喷管进出口气流的参数变化.结果表明,燃烧加热风洞的凝结问题计算中,应考虑高温气体效应的影响,以保证结果的合理性;随总温、水蒸气含量等参数的不同,喷管流动中的凝结现象会呈现明显不同的特征,适量的水蒸气含量和较低的总温会使得凝结后的流场参数发生显著改变.     

音速喷嘴内水蒸气自发凝结流动自激振荡和分歧现象

气体在喷嘴中流动伴有很大的温降,会使其中的水蒸气发生凝结,并对其计量产生影响.针对音速喷嘴中过热水蒸气自发凝结流动产生的非稳态自激振荡和流动分歧现象,建立了考虑黏性的水蒸气自发凝结数值模型;根据凝结诱导的气动激波的振荡幅度将自激振荡分为3种不同的模式,其中模式Ⅲ的压力波动会波及喉部上方,且会出现非对称流动分歧现象,而模式Ⅰ中气动激波仅在平衡位置附近小幅度振荡;最后研究了自激振荡对喷嘴的质量流量的影响,并给出了相应的修正系数,最小值为0.988,需要加以重视.     

CCPP湿煤气热力学性质分析和简捷计算方法

针对联合循环机组煤气系统模拟中湿煤气热力学性质的计算方法进行了研究.分析结果表明当压力小于732kPa时,湿煤气仍可近似看做理想气体混合物,理想气体混合物热力学性质的计算方法仍然适用,计算误差较小.将湿煤气看成干煤气和水蒸气的混合物,给出了湿煤气热力学性质的计算步骤和通用计算公式.通过数值计算分析了湿煤气各成分体积分数、水分析出和温度变化对湿煤气热力学性质的影响,并基于上述分析结果给出了在联合循环机组煤气系统变工况模拟时湿煤气热力学性质的简捷计算方法.     

氮气在缩放喷管中非平衡自发凝结的数值研究

针对氮气在收缩型喷管中自发凝结的两相流动,采用经典成核理论来计算气液两相间的质量传递,选用Standard Redlich Kwong气体状态方程,忽略了气液相之间的速度滑移,利用商业软件CFX中的非平衡凝结模型进行了二维数值模拟。通过对成核率的量级、压力和带液量变化趋势及开始凝结的位置等模拟结果的分析,验证了模型和数值计算的有效性。进一步的数值模拟结果表明:相比于无凝结的绝热膨胀过程,相变释放潜热及气液之间的导热会加热气体,使得气流压力升高、马赫数降低。平衡凝结模型及非平衡凝结模型的对比显示,非平衡数值模型能够更好地揭示低温下氮气自发凝结的两相膨胀过程。     

正十二烷单液滴在含乙醇氛围中的蒸发特性

考虑液滴与环境气流物性瞬态变化的单液滴非平衡蒸发,建立了模型,研究正十二烷液滴在含乙醇氛围中的对流蒸发过程,获得环境参数(环境温度、压力、对流强度、环境气体中乙醇蒸气和水蒸气质量分数)对液滴蒸发特性的影响规律.计算结果表明:环境因素中影响液滴蒸发的主要因素是环境温度、环境压力和对流强度,乙醇蒸气和水蒸气质量分数对液滴蒸发特性几乎没有影响;环境温度和对流强度的增加,有利于液滴蒸发;对初始温度较低的燃料液滴,环境压力对蒸发的影响与环境温度、气流相对速度相关;在一定的热环境参数下,压力效应发生逆转;增加液滴周围气体中乙醇蒸气质量分数和降低水蒸气质量分数,会加速液滴蒸发,液滴寿命略微缩短.     

蒸发冷却与机械制冷复合空调系统分析

从蒸发冷却与机械制冷结合机理、结合方式出发,设计了蒸发冷却与机械制冷复合空调系统.结合气象资料及湿空气焓湿图,分析了蒸发冷却与机械制冷复合空调系统的具体实施方案.结合工程实例及热力学分析得出,蒸发冷却可以有效降低机械制冷系统开启时间和运行负荷.     

基于Matlab的纺织材料动态模型的数值解法

用Matlab求解伴有凝结发生时多孔织物的动态热湿传递数学模型,指出Matlab在运用有限差分方法和数值积分方法在纺织材料中对热湿传递模型求解的作用.对于不同材料的多孔织物介质中的温度、水蒸气浓度和含水量进行了数值计算与比较.数值模拟结果及其分析表明了数值算法的有效性.     

含不凝气体水蒸气竖直管内冷凝传质传热研究

针对竖直管内含不凝气体水蒸气冷凝传质传热过程开展研究.基于ANSYS Fluent软件平台建立了多相多组分三维数值计算模型，通过将管内中心轴线和壁面上多点温度分布与Kuhn试验结果进行对比，验证了模型的可靠性.在此基础上，考察了混合气体进口温度、速度、压力以及不凝气体体积分数对管内冷凝传热过程的影响规律，并基于不凝气体体积分数修正，提出了竖直管内含不凝气体水蒸气冷凝传热关联式，关联式误差范围为-20%～18%;同时，探究了不凝气体对水蒸气冷凝传质过程的影响规律，发现冷凝水率和平均传质速率随不凝气体体积分数的增大呈现先增大后减小的趋势，少量不凝气体具有促进水蒸气冷凝的作用，不凝气体体积分数为23.2%左右时，冷凝水率和平均传质速率最高.研究结果可为含不凝气体水蒸气的传热关联式和传质模拟研究提供参考.     

进汽参数对拉伐尔喷管中水蒸气自发凝结的影响

针对不同进汽参数条件下水蒸气从过热区膨胀进入湿蒸汽区的自发凝结规律问题,采用数值模拟方法研究其流过拉伐尔喷管时在非平衡和平衡条件下的凝结特性,分析了进汽参数对水蒸气非平衡凝结过程的过冷度、液滴数、湿度、压比以及马赫数的影响,比较了其平衡凝结和非平衡凝结特性的差异。结果表明:当进汽压力较低时,水蒸气非平衡凝结过冷度较大,压力和马赫数的突跃现象显著;随着进汽压力提高,非平衡凝结造成的参数突跃变化减小,出口湿度逐渐增大,当p/pc为0.8时,出口湿度超过了20%。通过比较水蒸气的平衡凝结和非平衡凝结特性,发现喷管进汽压力较低时,水蒸气非平衡凝结与平衡凝结计算结果的差异显著,Wilson点在平衡态中湿度达到8.40%;而当进汽压力接近临界压力时,平衡凝结的计算结果基本接近非平衡凝结的结果,Wilson点在平衡态中的湿度仅为1.98%。