燃气轮机排气引射冷却系统的数学模型及其计算

建立了舰船燃气轮机排气引射冷却系统的流动传热数学模型,并用数值方法对其进行计算,采用扩大计算域的方法处理管内管外的混合流场问题,推导了气固交界面上具有耦合传热时的控制体离散方程式,界面上的辐射热流以附加源项的形式出现在离散方程中,把计算出的排气引射冷却系统出口的截面上的压力值作为反馈信息,来调整二次流引射处的速度值大小,与相应的实验结果比较表明,数值处理方法及计算结果是可靠的,这些结果是进一步预测     

引射混合器数值模拟及性能预测方法研究

通过引射混合器主次流不同压比下混合管内流场的模拟计算,确定了该几何构形下发生壅塞时的主次流压比.对高压比下次流壅塞现象的研究表明,壅塞以后继续增大压比,当主流出口静压远大于混合管静压时,混合管内气流只经历一次膨胀和再压缩的过程.同时激波位置固定,不再随压比的继续增大发生变化.基于准一维控制体模型、Fabri壅塞假设模型和连续方程,提出了能有效预测引射器最高性能的饱和超音速模型,推出了此模型下引射系数与总压比和面积比之间的关系.由此得到直接反映引射器性能的特性曲线和修正曲线.最后把解析结果与数值计算的结果进行对比,验证了该模型的有效性.     

人射角度对气膜冷却效果影响的数值研究

采用RNG K-ε湍流模型对相同倾斜入射角不同扇形扩展角的气膜冷却单孔射流流场下游的流动和传热特性进行了详细的数值模拟,对相同吹风比下的冷却效率进行了比较分析.     

等离子体气动激励改善气膜冷却效率的数值研究

为了获得等离子体气动激励改善气膜冷却效率的机理及影响规律,采用数值模拟方法研究了等离子体气动激励电极相对位置x/L分别为0.3、0.4和0.5时不同吹风比下的流动过程和冷却效率的分布情况,并通过与常规气膜孔冷却结构形式进行的对比,以揭示等离子体气动激励改善气膜冷却效率的作用机理。研究表明:等离子体气动激励产生的等离子体流能诱导冷却气流偏转,使冷却气流更好地贴覆壁面,改善了气膜冷却效率;等离子体气动激励电极位置离气膜孔出口距离越近,等离子体流诱导改善气膜冷却效率的作用越好,并且随着吹风比的减小,其作用效果越明显。     

三维引射流动数值模拟及紊流模型选择

针对引射流动三维湍流流动的特点,应用κ-ε、S-A以及k-ω湍流模型分别对三维引射流动进行了数值模拟。比较引射流量的数值结果与实验结果表明,湍流模型的选取对数值结果具有较大影响,采用k-ω模型进行模拟可以较为准确地预测引射流量。     

基于虚拟风室模型的排气引射流动三维流场的数值计算

提出了一种虚拟风室模型,以精确计算引射器在各种主流速度下的引射空气量.在数值建模中,将引射器置于一个仅具有主流和引射入口的虚拟整流风室内,通过人工调整引射入口空气流量直至引射器附近监测面积的平均总压与环境大气压相等,以预测该环境下引射器的引射空气量.求解了全三维N-S方程和k-w湍流模型,并采用多孔介质模型处理虚拟风室内的整流格栅,对不同主流速度下的引射流动进行了数值模拟.结果表明,引射空气量的计算值与已有文献实验测量结果之差小于7%,所采用的虚拟风室模型能有效预测大气环境下的引射流量.并通过流向涡和正交涡等理论对引射流动的卷吸和掺混进行了分析.     

不同吹风比下平板气膜冷却数值模拟

为了解单孔结构平板气膜的冷却特性,该文对不同吹风比条件下的流场(M=0.75,1.0,1.5)进行了数值模拟,计算域采用FNM(full non-matched)形式的蝶形结构化网格来模拟射流,计算格式采用了包括LU-SGS-GE(lower upper symmetric Gauss Seidel Gaussian Elimination method)隐式格式和改良型高精度、高分辨率的MUSCL TVD(monotone upstream-centred scheme for conservation laws, total-variation-diminishing)格式的时间推进算法求解三维Navier-Stokes方程以及低Reynolds数双方程湍流模型.计算结果表明随着吹风比的不断增大,由于卷吸作用的增强,射流大部分脱离壁面与主流进行掺混使得气膜冷却效率不断降低,这与实验所得结果基本吻合.     

双射流流动特性数值模拟和PIV实验研究

提出了将同轴直射流与旋转射流组合形成新型双射流的喷嘴结构和原理,并采用RNGk-ε模型对双射流喷嘴内外流场进行了数值计算,结果表明,喷嘴压降一定时,存在3种轴心速度衰减曲线;喷嘴加旋流道导程是决定轴心速度衰减模式的主要因素.存在一个最佳导程可以同时满足大的射流冲击面积和作用距离的要求.应用PIV实验系统对优化后的双射流流场进行了实验研究.     

航空燃油转输引射泵工作特性数值研究

为了能快速得到航空燃油转输引射泵的性能表现,采用CFD方法对某航空燃油转输引射泵进行了流动建模与流场分析。首先通过与邵垒等所做实验对比,验证了所用数值方法的有效性与精度;接着以数值方法为基础,深入分析了引射泵在不同操作压力比以及结构参数(面积比与喉嘴距系数)下的性能表现,得出了其对引射泵性能的影响规律。结果表明:操作压力比的不同会显著影响引射泵内部速度与压力的分布,对引射泵工作特性有重要影响;面积比的增大会在一定程度上提高引射泵的工作效率及引射能力;当喉嘴距系数等于1.4时引射泵效率最高,以最高效率下降3%为条件确定的最优喉嘴距系数范围为0.8~1.8。     

引射混合式加热器运用于火电厂的实验研究

为解决目前火力发电厂中低压加热器存在的问题,设计了一种能够用于火电厂的两级引射混合式低压加热器,并用实验方法研究了该加热器的加热性能,分析了工作流体压力、引射流体压力和进水温度对其引射系数、出口温升以及加热效率的影响,并对单级引射和两级引射两种结构形式的加热能力进行了对比.结果表明,在定蒸汽压力的条件下,工作流体压力越高,引射系数越小,出口水温降低,加热效率升高;当进水温度较低时,引射系数较大,加热效率较高;并且两级引射的加热效果明显优于单级引射,平均温升提高20%以上,加热效率高达99%,其加热性能优于传统的间壁式低压加热器,可望在火力发电厂混合式低压加热器中应用.     

亚临界气体喷射器的设计计算

计算气体压缩喷射器可达到喷射系数的研究已很成熟，但对亚临界气体喷射器可达到喷射系数，大多采用气体喷射压缩器的方法进行计算。针对亚临界气体喷射器的特性，给出了3种计算方法：气体喷射压缩器计算方法；喷射泵计算方法；气体喷射器计算方法。研究表明：对膨胀比和压缩比都小于临界压力比的亚临界气体喷射器，膨胀比较大时，工作介质的弹性影响不能忽略；压缩比较小时，引射介质的弹性影响应该忽略；进而得出在膨胀比和压缩比都接近临界压力比时，适宜采用把工作介质视为弹性，引射介质视为非弹性的气体喷射器计算方法：而在膨胀比和压缩比都非常小且接近于1时，应该采用把工作介质和引射介质都视为非弹性的喷射泵计算方法。     

NH3-H2O喷射-吸收复合式燃气热水炉系统研究及分析

本文利用喷射器的工作原理构造出具有更高效率的喷射 吸收复合式燃气热水炉系统,选定氨水溶液为工质,建立了所设计系统的物理模型和数学模型,在选定系统合理匹配参数的基础上,计算了各换热器所交换热量的占比。结果表明,高温换热器吸收的烟气热量最多,其吸收的热量约占总换热量的40%以上;而低温换热器吸收的热量最少,一般不超过总换热量的25%。所设计系统在冬季效率也可达到110%以上,而夏季时效率更是可高达120%以上,可真正实现高效节能。     

喷射器内含湿含硫天然气形成水合物预测

针对高含硫气田天然气含湿含硫且井口压力不断降低的特点,利用高压气井的富余压力通过喷射器增压输送低压天然气。采用Fluent软件对喷射器内单相和气液两相含湿含硫天然气的沿程温度、压力进行了数值模拟,应用天然气水合物生成预测模型ZahediⅠ对天然气喷射器内部天然气水合物生成区域进行了预测分析,预测了工作流体入口温度、含硫量、含湿量对天然气水合物生成的影响。工作流体入口温度增加,喷射器内天然气水合物生成区域范围减小,硫化氢含量越高,天然气水合物生成区域范围越大,工作流体含水滴,喷射器内天然气水合物生成区域小于单相工质下的天然气水合物生成区域,进而提出了消除含湿含硫天然气喷射器内形成水合物的措施。     

液力透平的数值计算与试验

设计了液力透平试验台,对一单级液力透平进行了试验,得到了外特性曲线.采用全流场和结构化网格技术对液力透平内部流动进行了数值计算.分析了液力透平在不同流量下的压力场和速度场,得到了内部流场的分布规律.应用速度三角形对液力透平叶轮和尾水管内部速度场随流量变化规律进行了研究.结果表明:离心泵反转可用作透平运行,并具有较高的效率;最高效率的数值计算与试验结果相对误差为4.85％;透平内部的压力从蜗壳进口经叶轮到尾水管逐渐减小,进出口压差随流量增加而逐渐增加;在透平叶片背面和工作面存在漩涡区域,漩涡位置和区域大小随流量而变化;在尾水管横截面上存在的圆周速度分量随流量而变化.     

寒区油气集输管道合适埋深数值计算

油气集输管道的敷设深度直接影响管道的建设成本,对管道的安全平稳运行也起重要作用.考虑寒区土壤的初始温度周期性变化、地表不同日平均温度以及是否冻结等因素,建立数学模型,并采用有限单元法对多种埋设深度的集输管道土壤温度场进行数值计算.实例计算表明:0.8 m是寒区较合适的管道埋设深度.当大气温度升高时,可适当减小集输管道的埋深,以节省建设成本.在集输管道运行管理计算分析时,可以不考虑冻结及非冻结状态物性对土壤自然温度场的影响,将土壤看作常物性.该模型可为寒区油气集输管道的敷设提供一定的理论依据.     

端面气膜密封动力特性系数的计算

应用微扰方法和有限元法 ,对端面气膜密封三自由度微扰下 ,密封气膜的刚度和阻尼系数进行了数值求解。该分析可计及多种典型端面结构的动静压效应。分析结果表明 :轴向微扰和角向微扰之间的交叉作用很小 ,可以忽略不计 ,因此工程实际中 ,在进行端面气膜密封的稳定性和强迫振动响应分析时 ,可将三自由度的微扰运动简化为两个相互独立的微扰运动 ,一个只作轴向的微扰移动 ,另一个只沿两个正交轴作角向微扰摆动。算例验证了计算的正确性     

狭缝孔内水煤气变换反应平衡的蒙特卡罗模拟

采用反应蒙特卡罗(RCMC)方法模拟了狭缝孔内水煤气变换反应的化学平衡。模拟中,CO和H₂描述成球形LJ分子,H₂O和CO₂的分子势能分别采用TIP4P和EPM2模型计算。孔壁分子与L J点位之间的相互作用采用Steele的10-4-3模型计算。采用经典热力学方法得到主体相的平衡组成,并与RCMC的计算结果比较。两者的一致表明可以通过RCMC方法来计算预测狭缝孔内的化学平衡组成。进一步探讨了压力、温度、孔宽以及进料气摩尔组成等因素对孔内化学平衡的影响。计算表明,尽管孔内H₂摩尔分数低于主体相,但是在压力为1MPa、温度723.15K、孔宽H=3.652nm和进料水汽比n(H2O)∶n(CO)=1∶1条件下,可以得到较大的孔内H₂产量。     

高含硫天然气引射增压的数值模拟及硫析出分析

针对普光气田高含硫且井口压力不断降低的特点,提出了使用喷射器来将低压天然气增压输送的方案。高含硫天然气在引射增压过程中由于温度压力的变化,在喷射器内可能出现硫析出,单质硫的沉积会造成堵塞,还会加剧设备的腐蚀。建立了高含硫天然气引射增压数学模型,数值模拟了喷射器中天然气的压力、温度、速度分布特征。分析了引射系数的影响因素及引射增压过程中的硫析出的可能性.研究发现温度对喷射器内硫析出有重要的影响,所以可以提高工作流体入口温度来提高喷射器内的整体温度,从而减少硫的析出。     

动态参数的一种测试计算方法

针对系统动态特征参数的测试与计算的问题，分析了常用的时域响应法和频率响应(共幅值)法使用的局限性，根据系统幅频特性和相频特性关系式，推导出一种动态特性的测试计算方法。该方法建立在系统频率响应基础上，兼顾了幅频和相频二者信息，其测试和计算简便，不仅适合阻尼较小的系统，也适合阻尼比较大的系统。     

钯催化三氧化钨薄膜对氢气的感应特性

以对氢气易于反应的钯为催化材料、钯的沉积厚度和热处理条件为变量,研究三氧化钨薄膜的物理化学性能及气体反应特性。结果表明,三氧化钨在500 ℃以上时呈现四方晶体的多晶态,钯沉积对三氧化钨的晶体结构没有影响,但是随着钯的添加抑制了三氧化钨的晶粒生长。500 ℃以上热处理时钯在薄膜表面呈现小球状,600 ℃以上热处理时钯粒子在薄膜表面凝结或扩散到材料内部。沉积钯 2 nm的薄膜在工作温度250 ℃时反应灵敏度和恢复特性对氢气的检测特性最好。