喷嘴切换时间对高温管道流动特性的影响研究

考虑碳氢燃料在高温高压下的分配受到燃料可压缩性带来的影响,提出了一个含有两路喷嘴的非稳态流量分配模型来计算分配比例。针对喷嘴切换时阀门自身有一个动态过程,建立了阀门开度控制数学模型来表征开度变化的动态过程。结合两个模型模拟了高温下喷嘴切换时间对流量分配时的管道动态特性带来的影响。计算结果表明:喷嘴切换会对系统压力、质量流量、油温等状态量产生扰动影响,扰动幅度与切换的时间间隔成正比;初步揭示了在流量分配过程中的喷嘴切换规律,为流量分配方案的设计提供依据。     

基于水力-热力耦合模型的供热管网优化调度研究

在城市集中供热管网运行过程中,供热系统的输配能耗由水泵能耗和供、回水管网的热损组成,降低供热系统的输配能耗对实现低碳供热目标具有重要意义．本文基于网络图论、流体输配原理和管道的一维传热,建立了集中供热管网的动态水力-热力耦合模型,并针对天津市实际供热管网的运行过程进行了仿真模拟,利用实际运行数据验证了动态水力-热力耦合模型的精确性．建立了集中供热管网输配能耗的计算模型,并对供热系统的运行能耗进行经济性分析．基于所建立的能耗分析模型,结合粒子群优化算法,建立了多热源环状管网的优化调度方法,该方法以供热管网的总输配损耗的成本最低为目标函数,以热源的供水温度、热源泵的转速比、热力站入口处的阀门开度为决策变量,以满足能量守恒和质量守恒为约束条件,通过进行算法参数匹配,给出基于PSO算法的多热源环状供热管网优化调度的计算步骤,并结合天津市实际管网对优化调度方法的调控过程进行了分析．仿真计算结果表明,由于管网存在输配延迟属性,热力站的总负荷变化与室外温度变化不存在静态的正相关性,此外,也发现水泵运行费用为整个管网运行费用的主要组成部分,占总运行费用的58%以上．本研究为城市集中供热管网运行调节的优...     

输气管道末段储气规律动态仿真

 末段储气是输气管道短期调峰的重要手段,工程上经常用稳态计算法估算输气管道末段储气量,而末段储气过程是一个复杂的非稳态过程,因此用稳态计算法估算末段储气量具有一定的偏差。本文通过对管道末段进行多种工况下的非稳态模拟来界定末段储气量稳态计算法的偏差范围,并得到了若干管道末段的储气规律。针对影响输气管道末段储气的各种因素,分别按不同管径、管长、进口压力和流量设计了6种工况并利用国际上通用的管道仿真软件SPS 9.6(Stoner Pipeline Simulator 9.6)进行动态仿真。结果表明,在非稳态工况下,稳态法计算末段储气量比非稳态计算末段储气量低约14%—25%;输气管道末段储气量的变化受用气负荷变化规律的影响,在不同工况下末段最大储气量出现的时间一般比管道末端最大用气负荷出现的时间有所提前或时间相近;当管道末端用气流量发生变化时,管道末段起点压力的变化较终点压力的变化具有滞后性,管段越长、管径越大,滞后越明显。     

热源热网供热调节问题探讨

为了解决供热企业收费难的问题 ,市政府要求在 3年内基本实现供热计量 ,从而进行供热收费机制的改革 ,实现供热计量后 ,室内采暖系统是一个变流量系统时 ,它必然反映到热网及热源 ,为适应热网的变流量 ,热源、热网、换热站 ,要具有必要的自控调节措施 .本文以热源热网间接连接系统作为研究对象探讨供热系统的调节问题 ,采用在热源处集中调节和在热力站局部调节来实现统一的调节 .从而达到节能 1 5 %～ 2 5 % .     

热源热网供热调节问题探讨

为了解决供热企业收费难的问题，市政府要求在3年内基本实现供热计量，从而进行供热收费机制的改革，实现供热计量后，室内采暖系统是一个变流量系统时，它必然反映到热网及热源，为适应热网的变流量，热源、热网、换热站，要具有必要的自控调节措施。本文以热源热网间接连接系统作为研究对象探讨供热系统的调节问题，采用在热源处集中调节和在热力站局部调节来实现统一的调节。从而达到节能15％－25％。     

热油管道非稳态工况传热与流动的耦合计算模型

在进行热油管道工艺计算和运行工况分析时,通常将热力非稳态工况近似按稳态处理,这使得计算结果与实际情况偏差很大,不能客观地反映实际工况。在充分考虑管内油流热力、水力耦合以及管内油流与管外介质耦合的基础上,提出了一个比较完整的非稳态工况传热与流动双层耦合模型。采用双特征线法求解管内油流参数,用有限单元法求解管外土壤温度场,并编制了相应的计算程序。利用该模型和英国ESI公司的管道模拟软件TLNET分别对所建立的几种热油管道非稳态工况进行了模拟计算。结果表明,该模型比较合理,可用于热油管道非稳态工况的计算。     

基于CFD的数字V型球阀特性研究

以数字v型球阀为研究对象,建立了阀门内流场几何模型与网格模型,运用CFD相关理论与软件,仿真分析了阀门内部的三维流场,得到了v型球阀恒压差、不同开度下的体积流量与相对流量等数据．研究了数字v型球阀相对体积流量与相对开度的关系、步进电机数字脉冲信号与阀门开度的关系及步进电机数字脉冲信号与阀门相对开度的关系．建立了数字v型球阀的理想流量特性曲线、位移曲线与静态特性曲线．     

调节阀运动阀芯动态不平衡力分析

一般把调节阀阀芯所受的静态不平衡力作为调节阀执行机构的设计依据.为了考察调节阀阀芯在运动状态下的动态不平衡力,利用ANSYS软件CFD模块建立阀体内部流场模型,并利用任意拉格朗日-欧拉(ALE)有限元法处理给定运动的阀芯与流体之间的移动边界.分别计算恒定流速和恒定压差下的阀门定开度流场以及阀门开度变化过程中的流场,得出在定流量和定压差下以匀速运动的阀芯在变开度下所受到的不平衡力.此外,根据阀芯系统运动方程,利用预测-校正流固耦合算法求得阀芯在变开度振动过程中的动态不平衡力.计算结果表明,作用在运动阀芯上的动态不平衡力在某些条件下大于静态不平衡力.因此,在设计调节阀执行机构时应考虑这个因素.     

热油管道非稳态工况传热与流动的耦合计算模型

在进行热油管道工艺计算和运行工况分析时，通常将热力非稳态工况近似按稳态处理，这使得计算结果与实际情况偏差很大，不能客观地反映实际工况。在充分考虑管内油流热力、水力耦合以及管内油流与管外介质耦合的基础上，提出了一个比较完整的非稳态工况传热与流动双层耦合模型。采用双特征线法求解管内油流参数，用有限单元法求解管外土壤温度场，并编制了相应的计算程序。利用该模型和英国ESI公司的管道模拟软件TINET分别对所建立的几种热油管道非稳态工况进行了模拟计算。结果表明，该模型比较合理，可用于热油管道非稳态工况的计算。     

基于组态软件的阀门性能测试实验教学平台设计

为了开展阀门等机械设计类元件实验教学,设计并搭建了基于组态软件的阀门性能测试实验教学平台。针对该实验平台设置了三类实验：被测阀门的多样性及性能对比;全范围覆盖公称直径DN25～DN400的阀门性能测试;调节阀的动态性能测试等。通过实时数据采集及监测系统记录不同流量、压差、调节阀开度值时的被测阀门的阀流量、阀压降、流量流阻系数、压差-流量曲线、固有流量特性等。该平台不仅能够运用于“阀门性能检测及结构创新设计”实验教学,同时能够进行不同流量、不同压差、不同阀门的性能对比实验,为研究阀门性能及内部结构参数创新设计提供了实验基础。     

基于瞬变流和故障检测的管线泄漏监测试验分析

根据动态系统分布参数模型的故障检测与诊断技术思想,结合管道流动的水力瞬变模型与适用于时变非线性系统的故障检测滤波器——扩展卡尔曼滤波算法,探讨了海底管道泄漏监测与定位技术.增广的状态向量包含管段各点的压力、流量和泄漏尺寸,进出口压力和流量4个参数组合成系统输入和输出向量,以卡尔曼增益阵修正由特征线结合差分法求解瞬变流离散方程得到的状态预测值,从而利用"新息"得出更准确的状态估计.在泄漏发生伊始即探测出异常,并给出泄漏发生时刻.基于压力梯度线性的假设计算泄漏位置,对一段试验水管的进出口压力流量测量序列进行上述分析,得出了与实际相当吻合的结果,初步验证了方法的有效性.     

多热源环状管网关阀及水力过程仿真

针对多热源环状管网水力计算复杂繁琐的问题,基于地理信息系统(GIS)对多热源多环复杂热网进行建模和仿真。提出了应用Geodatabase数据模型,快速生成热网关联矩阵和独立回路矩阵,然后使用基本回路法计算热网水力工况。当供热管网发生爆管事故时,将此法应用到爆管事故后关阀方案的模拟研究,可以定量分析事故的供热影响,并比较不同位置处爆管的受影响程度。     

轴流式水轮机过渡过程数学模型

本文提出了考虑转速、流量、导叶开度和桨叶转角四个因素动态影响的轴流式水轮机瞬时动态力矩的计算公式及其相应的水力机组运动微分方程式,导出了瞬时动态轴向水推力的计算公式.     

冷热原油顺序输送过程的热力分析

建立冷热原油顺序输送过程的数学模型,将该过程中的水力系统视为准稳态,考察非稳态的热力系统。采用有限差分法求解热力特征方程从而求得管内非稳态的油流温度,用有限元法与有限差分法求解导热方程从而求得管外非稳态温度场。模拟冷热原油顺序输送过程并对模拟结果进行分析。结果表明:对周期性的冷热油顺序输送,其热力表现也呈周期性;一个输送周期中,两种油品相互取代过程的热力表现相反;交替输送冷热原油时,热油头首次到达下站进站口时的温度是该输送方式的安全临界温度,须保证其高于热油的凝点。     

滑阀矩形节流槽阀口的流量系数

基于阀口流量压差特性试验和矩形阀口面积计算,对滑阀上矩形节流槽阀口的流量系数进行研究,获得滑阀矩形节流槽阀口流量系数及其变化规律.研究发现:滑阀矩形节流槽阀口流量系数与阀口开度、液流方向、截面深宽比和截面水力直径关系密切,阀口开度较小时流量系数接近于1,随着阀口开度的增大而逐渐减小,在阀口中间区段接近于常数,在接近全开度时流量系数又快速增大;流入节流槽方向的流量系数比流出方向大0.05~0.10;流量系数随矩形节流槽截面深宽比增大而增大,并随截面水力直径增大而有所增大.     

环状流在球阀开启过程的变化状况研究

环状流在阀门中流动结构变化研究对石油水环运输稳定性具有重要意义.采用VOF模型与CSF模型进行油水环状流在球阀内的流动模拟,并进行了实验验证,模拟结果与实验结果一致.比较不同阀门开度对后续管道中环状流油水体积分数的影响,结果表明,球阀的开度越小,阀后管道内油相容易被高速水流切割成小颗粒,不利于后续石油运输.进一步比较了油水环状流与石油单相流通过阀门的压力损失,得到油水环状流输送石油的效率提升效果.     

基于VOF模型的抽水蓄能电站全过流系统水轮机工况数值模拟

为了更加全面地分析抽水蓄能电站水轮机工况的流动特性,建立包括引水隧洞、调压井、高压管道、水泵水轮机以及尾水隧洞的全过流系统几何模型,采用两相流VOF模型对不同导叶开度的水轮机工况进行三维湍流数值模拟,计算各过流部件的水力损失,并详细分析了机组段流场。结果表明:抽水蓄能电站的水力损失主要发生在机组段,而输水系统的水力损失相对较小,约占总水力损失的18.6％;导叶开度不同从而引起叶片压力面与吸力面的压力差不同,这是导致转轮水力损失不同的主要原因;尾水管内的流态与导叶开度有关,开度越小,在尾水管进口处越容易形成回流,水力损失越大。      

冷热油交替输送加热方案的经济比选

针对冷热油交替输送工艺中加热方案的确定问题,建立了冷热油交替输送管道的热力、水力计算模型,采用有限容积法和热力特征线法对非稳态热力、水力耦合问题进行了数值求解,参考国内某原油管道现场实测数据对程序进行了检验。通过模拟不同加热方案的原油进站温度随时间的变化,分析了加热方案的可行性;按对低凝原油加热时是全部加热还是油尾部分加热提出了2种加热控制方式,研究了采取不同加热控制方式时最低加热能耗的变化规律。结果表明：在取得最佳加热方式时,对低凝油油尾部分加热所消耗的燃料油比对低凝油整体加热的要少。     

多重阀门关闭降低高压管道水击压力的机理和实验研究

高压管道中阀门的关闭会产生水击压力,水击压力过大会破坏管道系统,造成严重的安全事故。提出一种多重阀门关闭降低水击的新方法。为了得到管道内水击压力,采用CFD软件仿真进行计算。多重阀门关闭方法相较于一般的单个阀门关闭,有效地降低了管道中产生的水击压力;并通过试验验证了多重阀关闭方法的有效性。在此基础上完成了双阀门关闭模型的各参数影响水击压力数值的模拟仿真计算,得到上游阀门开度、阀门关闭速度、两阀门间距对水击压力的影响规律。通过对比三阀门关闭模型的水击压力模拟仿真计算,得到双阀门是最优选择的结论。研究结果提出了一种降低高压管道中的水击压力的新方法,对高压管道的安全输送有重要意义。     

机载蒸发循环制冷系统动态仿真

为了研究航空机载蒸发循环制冷系统的动态性能,通过模型仿真方法考察了不同参数阶跃对系统性能的影响。在分析系统工作原理和各部件特点的基础上,根据部件数学模型与闭环系统部件间耦合关系,在MATLAB/SIMULINK系统仿真环境下建立了机载蒸发循环制冷系统的动态数学模型。通过控制容积法离散各模型方程求解获得了系统的动态响应特性。仿真结果表明:压缩机转速、膨胀阀开度、制冷剂流量发生阶跃时,蒸发循环制冷系统各热力性能参数的动态响应规律不同。仿真结果可为机载蒸发制冷循环系统的优化及系统控制提供理论指导。