高速土工离心机温升的数值模拟

目的 数值计算高速土工离心机机室温度分布,研究不同真空度和侧壁温度对机室温升的影响,并为高速土工离心机提出温控方案。方法 针对一款在建的高速土工离心机,采用SRF方法和RNG k-ε湍流模型对其进行数值计算,对比不同转速下离心机的温升。针对加速度为1 500g的运行工况,对比不同机室压力和侧壁温度对机室温升的影响。结果 高速土工离心机以1 500g加速度运行时,机室最高温度可达83 ℃。运行压力从100 kPa降至3 kPa,机室最高温度下降约15 ℃,侧壁温度每降低10 ℃,机室最高温度降低约5 ℃。另外,真空度配合侧壁冷却无法满足散热要求时,可考虑在机室顶部靠侧壁布置面积不小于顶部面积1/4的冷却环。结论 利用CFD数值计算方法,定量得到了高速土工离心机机室温度随转速、真空度和侧壁温度的变化,为其冷却方案的设计提供了参考。     

真空管道列车悬浮电磁铁散热性能研究

目的 研究真空管道交通中磁浮列车悬浮电磁铁温度随管道内真空度及环境温度的变化规律。方法 建立三维电磁铁模型,利用Fluent软件研究真空度(0～80 kPa)、环境温度(283～323 K)对电磁铁温升性能的影响,并对Realizable k-ε和RNG k-ε 2种湍流计算模型进行对比。结果 电磁铁表面温度随真空度的增大而升高,当真空度超过60 kPa时,电磁铁表面温度快速升高。随着环境温度的增加,电磁铁表面温度呈近似线性关系增大。Realizable k-ε和RNG k-ε 2种湍流模型的仿真结果基本相同。结论 真空度和环境温度对悬浮电磁铁散热性能均有很大影响,在设计真空管道列车时,需考虑电磁铁散热能力,并采取相应措施。     

离心机风阻功率及启动过程分析

目的研究离心机的风阻功率和启动过程。方法针对圆柱形机室内运行的离心机,分析机室内空气承受的悬臂力矩和摩擦力矩,基于动量矩定理和流场的线性分布假设推导随流比方程,给出随流比的显式表达式,继而导出离心机风阻功率的计算公式。结果针对恒扭矩启动条件,得到了离心机角速度和风阻功率随时间变化的函数关系;基于能量守恒原理,得到了机室内的空气温升。结论基于离心机的设计参数,给出了角速度和风阻功率的时间变化曲线。通过该项目的研究,为离心机的工程设计提供了理论依据。     

基于CFD方法的土工离心机数值建模

目的 研究湍流模型和旋转域划分对土工离心机数值计算的影响,以建立适用于土工离心机计算的数值模型。方法 针对一款有实测风阻功率的土工离心机模型,分别采用SRF和MRF方法进行建模,选用标准k-ε、RNG k-ε和SST k-Omega湍流模型,对不同转速下土工离心机室内流场进行数值模拟,对比计算所得风阻功率、流场及温度场分布。结果 标准k-ε模型和SST k-Omega模型对湍流黏度的过度预测会导致计算所得土工离心机风阻功率偏大。中低转速下,旋转域的划分对计算结果的影响较小,但采用SRF方法计算所得的风阻功率与实验值更接近。结论 通过对比实验结果,为土工离心机计算建立了较为可靠的数值模型,并通过对比流场分布分析了因湍流模型选择引起计算误差的原因,为土工离心机数值模拟提供了思路。     

基于CFD的土工离心机风阻及流场特性分析

目的估计土工离心机的风阻功率。方法针对一稳态运行的中低速土工离心机,利用多参考坐标系(MRF)模拟转臂与墙壁之间的相对运动,对离心机稳态运行时机室内的空气流场进行CFD仿真,对计算流体力学仿真、解析公式方法和试验的风阻功率进行对比。结果三种方法得到的风阻功率较为接近,验证了数值仿真方法的正确性。同时,研究了机室内空气流速和压力的空间分布特征,验证了经典解析公式的假设合理性。结论 CFD仿真方法避免了传统解析方法对试验数据的依赖和参数选取主观性,能够得到较高精度的分析结果,该研究为基于计算流体力学的土工离心机的高置信度风阻计算打下了基础。     

基于ZJU400土工离心机的CFD模拟方法

目的给出可靠的CFD模拟方法,用于土工离心机风阻功率估算,得到流场及温度场模拟结果。方法针对ZJU400中高速大型土工离心机,利用结构化网格划分使转臂及内壁面处的y+值<30,使其满足湍流模型边界层厚度要求。利用k-omega SST湍流模型和MRF多参考系方法对ZJU400土工离心机进行数值模拟,对模拟所得风阻功率、流场和温度场进行对比验证。结果模拟所得风阻功率与ZJU400实测数据偏差<10%,模拟所得流场与文献[8]中的结果吻合,温度场与实测数据吻合。结论针对ZJU400中高速大型土工离心机的CFD模拟方法取得了精度较高的模拟结果,通过仿真模拟弥补了大型土工离心机实验数据缺乏问题,减少了对实验数据的依赖,为制造设计和研究大型土工离心机提供了CFD模拟方法。     

内嵌式蒙皮散热器气动阻力影响研究

目的 开展内嵌式蒙皮散热器对小型飞行器气动阻力影响研究,探明气动阻力产生的原因及影响因素。方法 利用数值仿真技术,对气动阻力增大的诱因进行理论分析,分别研究蒙皮散热器引流口半径、导流口半径和翅片厚度等结构参数对飞行器气动阻力及散热性能的影响,进而平衡蒙皮散热器散热能力和飞行器气动阻力等设计指标。结果 配置蒙皮散热器为电子设备提供热沉会导致小型飞行器气动阻力增大,原因是配置散热器诱导产生了额外的压差阻力和摩擦阻力。结论 增大引流口、导流口半径可减小压差阻力,增加翅片厚度,则可减小摩擦阻力,进而减小飞行器气动阻力。增加翅片厚度,可使气动阻力减少20%以上,同时也会导致传热性能的显著降低,增大引流口、导流口半径则可在一定程度促进传热。     

振动离心复合环境下结构响应试验研究

目的研究振动离心试验系统复合功能下的振动台体、吊篮连接装置、离心机机臂端头及机臂中部的结构振动响应特性及传递规律。方法根据复合振动激振系统在不同工况下,测量离心机机臂、连接装置等部位的加速度响应,以振动台体为基准,计算被测部位相对于台体的振动加速度传递比。结果在振动离心复合功能运行时,振动响应沿台体、吊篮连接装置、机臂端头到机臂中部逐级衰减,机臂中部处振动响应最小,响应传递比呈衰减规律;振动复合试验中机臂沿径向传递比为2.3%、沿切向传递比为2.6%;在正弦拍波试验中,机臂沿垂向传递比为2.3%,沿切向传递比为3.1%,传递比随拍波频率增大而变化;地震波试验中机臂沿垂向传递比为9.4%,切向传递比为2.9%。结论通过试验分析得到振动离心复合下离心机结构连接装置、机臂等位置的振动响应和传递规律,结果可为大型复杂离心机结构设计及模型修改等提供数据支持。     

蒸汽热网散热损失计算及其影响因素分析

为满足长距离蒸汽热网设计和运营需求,分析了不同保温材料的散热性能,采用蒸汽热网散热计算模型研究了保温厚度、蒸汽温度、环境温度和风速对管道保温效果的影响。结果表明:综合考虑价格和导热系数,离心玻璃棉更适合用于蒸汽管道保温; DN 300和DN 400管道保温厚度由80 mm增加至300 mm时,散热量下降幅度分别为79.1%和78.4%; DN 300管道保温厚度分别为80 mm和180 mm,蒸汽温度由300℃降低至140℃,散热量分别减少65.3%和65.5%; DN300管道保温厚度为80 mm和180 mm,环境温度由-20℃升高至30℃时,散热量分别降低9.2%和8.9%,风速由0增大到8 m/s时,散热量分别增加3%和1.2%。     

HG-45b宽温区环控装置研发

针对载运装备宽温区人机环控的需要,在HLD-45b环控装置应用实践的基础上,分析了中高温混合工质流动和传热特性对系统性能的影响,认为优化蒸发器结构、强化室内侧换热能力可进一步提升产品性能。根据应用需求研发了HG-45b宽温区环控装置,基于HLD-45b的室外机配套设计了壁挂式的室内机,改进蒸发盘管结构、增大换热面积和蒸发风量,并优化热力膨胀阀的匹配。新款HG-45b与HLD-45b的检测对比数据表明,制冷量提高约10%,压缩机功率降低约5%,能效比提高约14.5%,系统性能稳定,压缩机排气温度、排气压力均在安全范围内,达到了系统优化的目标。     

蜂窝流道热沉强化传热数值模拟

热沉是模拟太空深冷环境的核心部件。为提高空间深冷环境的模拟效果,更好地满足型号试验需求,设计了一种蜂窝流道热沉。利用流体力学理论和有限元方法对蜂窝热沉内部流体的流动和强化传热进行数值模拟,分析流道结构参数对流体流动和换热的影响,确定最优的流道结构参数。结果表明,同等条件下蜂窝热沉表面温度低于管板式热沉5 K左右,温度均匀性可达到±2 K;流道深度和间距是影响流体在热沉中流动与传热的重要因素,合理选择流道结构参数可以提高热沉的换热性能;需要综合考虑传热和阻力问题来确定最优的流道结构参数,最优的蜂窝热沉流道间距为75 mm,深度为10 mm。     

低真空度下土工离心机产热机理试验研究

目的为1000 g以上的大型高速土工离心机提供散热方案,保证土工离心机的正常工作。方法通过试验研究和理论分析相结合的方法,研究低真空度下高速转子的产热机理,分析散热模式。结果绝对压力越高,离心室内的升温速度越快。不同真空度下(绝对压力10000、5000、3000、2000、1000 Pa),离心机驱动电机的输入功耗分别为2.17、3.79、5.17、7.66、11.56 kW。超重力高速土工离心机的产热主要由空气与高速转子的摩擦引起的第一热源,由高速旋转空气与离心舱壁面摩擦产生的第二热源,还有其他机构摩擦、空气与底部顶部摩擦产生的少量热源。结论第一热源产生的壁面热量可以通过设置冷却夹套快速带走,离心舱中心产生的第二热源的热量可以通过通入适量的冷风加以冷却,还可以通过注入冷却剂快速蒸发,利用汽化潜热进行快速冷却。     

空冷塔对大气环境温度湿度影响的数值模拟

运用FLUENT建立空冷塔模型进行数值模拟,研究不同出口温度、环境温度和侧风速度下空冷塔与大气环境之间的传热.结果表明：不同出口温度及环境温度对空冷塔与大气环境间的换热有显著影响.其中,当出口温度升高到328K时,空冷塔近地面层空气温度上升6.22K,而其相对湿度由47.7%降至31.78%,空气干燥程度增大;随着环境温度与排气温度间温差增大,换热效果更为显著,表现为冬季空气干燥程度变化最大,春秋次之,夏季最小.不同环境风速对空冷塔与大气环境间换热区域影响显著,其中,当侧风风速为7m/s时,热交换影响区域可达11.17km,且空冷塔近处相对湿度由47.7%降至39.47%.     

CO_2在哌嗪水溶液中的吸收和再生特性研究

利用压力釜在100⁵00 kPa 压力和303500 kPa 压力和303³23K温度下,研究了 2.0323K温度下,研究了 2.0 4.9的哌嗪水溶液对二氧化碳的平衡吸收量,测试了温度和浓度对平衡吸收量的影响。co2的平衡吸收量随着浓度的增加而增加。313 K的操作温度既能保证较高的吸收量,又能保证较快的吸收速率,因此是合适的操作温度。对3.5M的PZ水溶液,在温度为368 4.9的哌嗪水溶液对二氧化碳的平衡吸收量,测试了温度和浓度对平衡吸收量的影响。co2的平衡吸收量随着浓度的增加而增加。313 K的操作温度既能保证较高的吸收量,又能保证较快的吸收速率,因此是合适的操作温度。对3.5M的PZ水溶液,在温度为368³83K的条件下进行再生。温度为368 K时,再生效率为82.13%,再生过程需 55 min,而升温至383 K后再生效率大幅提升至 95.98%,再生时间迅速降为41 min。考虑到再生的时间、效率及能耗等因素,在 378 K下进行再生相对适宜。在373K 的操作温度下进行多次再生实验,PZ 水溶液经过10个周期的实验后9.76%,吸收容量与新鲜溶液相比只损失了并且只降低了1.0个pH,这也说明,PZ水溶液再生效率及连续再生能力较为突出。     

反应堆控制棒驱动机构电机温升试验研究

目的 研究电机在不同工况下的温升情况,完成电机散热能力评估,为电机散热优化和工程通风设计提供参考.方法 模拟驱动机构实际运行环境,在断风条件下进行自然散热温升试验,获取电机温升最大工作模式,并在该模式下进行2种风速条件下的通风试验,获取定子绕组的平衡温度.当定子绕组达到热平衡后,切断通风,进行断风试验,获取最大断风时间.结果 电机温升最大时,工作模式为三相通电,增大风速可降低定子外壁温度,提高定子绕组与定子外壁的温差.三相通电工况下,5 m/s和8 m/s风速下最大断风时间分别为15 min和22 min.结论 开展了电机温升试验研究,获得了典型工况下电机的温升状况,为电机散热优化和工程通风设计提供了参考.     

MVR技术处理高盐废水工艺的模拟与分析

建立了MVR高盐废水蒸发结晶系统的模型并对其过程进行模拟,模拟结果与现场数据吻合较好。同时分析了工艺参数压缩比、系统操作压力对能效比COP和强制循环加热器传热温差的影响,获得了优化工艺参数,压缩比为1.7~2,蒸发结晶器操作压力为45~60 k Pa。该研究结果对优化MVR蒸发结晶系统过程参数以实现高盐废水节能零排放处理有重要的指导意义。     

二氧化碳介质气动加热环境下碳化热解类防热材料烧蚀机理分析

目的研究轻质热解类防热材料在高焓CO_2气动加热环境下的炭化层烧蚀机理。方法建立考虑化学反应动力学过程影响的材料热化学烧蚀特性计算方法,研究碳化热解类防热材料在二氧化碳介质气动加热环境下的炭化层烧蚀机理,分析与空气介质环境下的材料烧蚀特性差异,计算得出二氧化碳气体离解、热解引射气体质量流率和组分等因素变化对防热材料烧蚀特性的影响规律。结果 3000K温度下,当压力为1.0×10~5 Pa时,二氧化碳组分和地球大气的无因次烧蚀因子分别为0.26和0.17。结论压力或温度升高、二氧化碳离解程度升高、来流扩散质量流率或热解气体流率减小,均会使材料无因次质量烧蚀率更大,同时烧蚀热效应也发生相应改变。