“超高温材料氧化烧蚀行为与防护技术”专题序言

<正>高性能飞行器朝着速度更快、航时更长、稳定性更高的方向发展,一方面要求其发动机推重比和效率不断提升,另一方面要求其热防护系统耐温性和服役可靠性不断增加。随着发动机推力和效率的提高,发动机的涡轮进口温度需不断提高。未来的航空发动机要求其热端关键部件在1400℃以上的高温和复杂载荷条件下长期可靠使用,因此传统的镍基和钴基高温合金已经不能满足下一代高性能先进发动机的需求。航天发     

“高温和超高温结构材料的环境损伤与评价技术研究”专题序言

正高性能飞行器的发展必须有先进发动机与之匹配,现代的航空/航天发动机不仅推力大,而且推重比不断提高。随着发动机推力和效率的提高,发动机的涡轮进口温度需不断提高。未来的航空发动机要求其热端关键部件在1100℃以上的高温和复杂载荷条件下长期可靠使用,因此传统的镍基和钴基高温合金已经不能满足下一代高性能先进发动机的需求。超高音速飞行器与空气的剧烈摩擦产生的热量,会导致鼻锥、机翼前缘、机翼挡板等的温度升高到2000℃左右。密度低、抗烧蚀、导热好、抗热冲击和热震性良好的碳/碳复合材料是最佳的选择,但碳/碳复合材料的主要问题是高温环境下的氧化。     

涡轴发动机燃气涡轮叶片热腐蚀机理分析与改进

目的 提高航空发动机燃气涡轮工作叶片的结构完整性、安全性和可靠性。方法 以某型涡轴发动机燃气涡轮转子叶片热腐蚀案例为研究对象,详细阐述热腐蚀下燃气涡轮转子叶片的结构破坏形式,分析发生热腐蚀部位的分布规律。通过冶金分析方法,研究燃气涡轮转子叶片的热腐蚀-疲劳失效形式。结果 燃气涡轮叶片高摩擦系数的区域在高温燃气的冲刷效应以及热盐腐蚀的作用下,发生表面涂层腐蚀剥落。涂层腐蚀剥落部分的叶片合金基体受到高温燃气的氧化与侵蚀后,形成了热腐蚀坑。腐蚀坑表面的凹凸处出现应力集中,并萌生裂纹,最终引起叶片疲劳断裂。结论 探究了典型腐蚀性物质对燃气涡轮转子叶片的耐高温涂层与镍基合金基体侵蚀与氧化的化学本质,最后针对燃气涡轮转子叶片热腐蚀问题提出了改进建议,可对防范航空涡轴发动机热腐蚀问题提供有益参考。     

飞机与噪声

飞机飞行与噪声五十年代初期,涡轮喷气式发动机加入了航空发动机的行列,使航空发动机的功率增长很快,飞机的升空重量和飞行速度都有了很大的发展。由于发动机功率的增大,又没有采取相应的消音措施,以致发动机工作时的噪声也越来越大。涡轮喷气式发动机噪声的产生过程,一是发动机通过进气道吸入空气,经过压气机压缩,与燃油气混合燃烧,推动涡轮旋转,燃气由发动机喷口高速喷出,产生推力。此时,压气机、涡轮高速旋转和燃气喷出产生了巨大的音响,这是飞机噪声的主要来源;此外,在飞机快速飞行时,气流流过带有复杂增升装置的     

涡桨飞机VOCs排放特征的质子迁移反应飞行时间质谱(PTR-TOF-MS)分析

涡轮螺旋桨飞机广泛应用于军事和民用通用航空领域,其发动机排放对区域大气VOCs浓度会产生重要影响,而我国目前几乎没有针对航空涡轮发动机VOCs排放的观测研究.基于此,本研究于2017年9月9日、14日和15日在北京沙河机场停机坪,利用质子迁移反应飞行时间质谱仪（PTR-TOF-MS）对运-12飞机涡轮发动机地面开车过程尾气中16类VOCs的排放开展了观测分析.结果表明,3次排放实验中VOCs的相对组成特征具有很高的一致性,甲醛和异戊二烯是占VOCs总浓度最高的两种物质,占比分别为30%和15%,乙醛、9碳芳香烃、10碳芳香烃和单萜的浓度占比在6%~8%之间,其它10种VOCs每种的占比都低于5%.发动机尾气中的VOCs与甲醛浓度具有很好的线性关系.VOC与甲醛排放量的比值与国外研究结果比较接近的VOCs有甲醇、乙醛和丙酮,比值分别为0.18、0.38和0.16 g·g^-1,而芳香烃类物质与甲醛排放量的比值明显高于国外排放实验的结果.因此,未来有必要开展更多的研究以增进对国内航空发动机VOCs排放的认识.     

天津市制定发展燃气汽车规划并实施

天津市已制定发展燃气汽车规划并开始实施。2000年内全市将建成加气站17座，发展燃气汽车1万辆左右，其中，燃气公交车500辆，占公交车总数的18％：燃气出租车1800辆。另外环卫车、邮政车等专用车辆逐步改为燃气、燃油双燃料汽车。到2005年，本市将建设加气站80座，发展燃气汽车总数将达到8万辆。8年内全市公交车、出租车全部改用燃气。     

2000年我国环境控制目标

<正>《中国21世纪议程》提出我国2000年的环境控制目标:工业废水排放量控制在300亿t左右;工业废水处理率达到84%;城市污水集中处理率达到20%左右;SO_2排放量控制在2100～2300万t;工业废气处理率达到90%:城市居民燃气化率达60%:集中供热面达到4.7亿立方米;工业固体废物综合利用率达45%～50%;控     

模锻钛合金叶片锻件的新工艺

此文介绍了飞行器上燃气涡轮发动机用的各种类型钛合金叶片锻件的模锻新工艺,以及在卧锻机上镦粗长矩形斜头叶片的模具结构和采用保护—润滑材料的效果。     

航空发动机燃油系统附件低温试验方法

目的 探索一种航空发动机燃油系统附件低温试验方法.方法 梳理对比国内外航空发动机燃油系统附件低温试验方法的差异,分析国内外标准规定的试验温度差异的来源,检测3号喷气燃料的实际低温特性,验证?51℃的试验温度对3号喷气燃料的不适用性.分析航空发动机系统附件低温工作时会升温的特点,提出尽量模拟起动过程的低温试验方法.结果 利用提出的试验方法,在环境温度为?55℃、燃油温度为?40℃下,进行了135 h低温试验,额外单独进行1000次模拟发动机低温起动过程.试验过程中,某型主燃油泵调节器工作正常,并随某航空发动机通过了某飞机在我国北方某机场的高寒试飞试验.结论 GJB 241A规定的燃油温度?51℃或黏度12 mm2/s对应的温度(?56℃)不适用于3号喷气燃料,环境温度为?55℃,燃油温度为?40℃,并尽量模拟发动机低温起动过程的低温试验方法能够有效验证航空发动机燃油系统附件的低温工作能力.     

基于BPNN-EMD-LSTM组合模型的城市短期燃气负荷预测

城市短期燃气负荷具有高随机性和复杂性特征,利用单一的模型难以做出准确预测。以某城市民用类燃气日负荷为研究对象,在分析该市两年多燃气日负荷特征的基础上,建立了基于BP神经网络(BPNN)-经验模态分解(EMD)-长短期记忆(LSTM)神经网络的组合预测模型,对该市短期燃气日负荷进行了预测。首先通过BPNN模型学习温度、日期属性影响下燃气负荷的主要特征,增长趋势等次要特征则体现在BPNN模型预测产生的残差中;然后采用EMD算法分解残差得到有限个本征模函数(IMF),并利用LSTM模型学习各IMF分量的短期时序规律,将各IMF分量的预测值相加得到残差预测值;最后将两部分预测值代数相加得到最终的预测结果。实证结果表明:与单一的LSTM模型和BPNN-LSTM模型相比,该组合预测模型半月步长的平均绝对误差为3.4%,预测精度更高,是一种更为有效的城市短期燃气负荷预测方法。     

性能退化对民机巡航阶段污染物排放的影响研究

发动机性能退化将会影响污染物排放,以往污染物排放估算模型未充分考虑性能退化对排放量的影响.因此本文对原有污染物估算模型进行修正,将民机实际运行中表征发动机健康状态的主要参数EGT作为特征量融入到污染物排放估算模型中,提出改进的形成氧化法以及P3-T3方法,定量估算性能退化对污染物排放的影响.使用GE90-115B发动机历史QAR数据,计算航空发动机处于不同健康水平下的巡航阶段污染物排放特性.研究结果表明：航空发动机性能退化将会显著影响巡航阶段污染物排放特性.其中,性能退化严重时航空发动机CO、UHC以及黑碳的巡航阶段平均排放指数较健康状态时分别升高87.52%、247.76%以及19.68%,而NO_x的平均排放指数则下降55.33%.因此在对性能退化的发动机进行污染物评估时必须考虑性能退化的影响.     

添加辅料对污泥堆肥产品的生物肥效的影响

为探讨添加辅料对好氧共堆肥效果的影响,设置分别添加木屑、蘑菇渣、微生物发酵菌和酸化生物质炭进行好氧共堆肥实验研究。通过正交实验,以堆体最高温度和>50 ℃天数为基准,得出最佳堆肥质量配比为:污泥66.9%、微生物发酵菌0.1%、木屑20%、蘑菇渣8%和生物质炭5%。该条件下,堆肥第4天,堆体最高温度达到69 ℃,温度高于50 ℃的天数为15 d,满足堆肥无害化指标要求;TKN、TP和TK养分含量较高,分别达到3.76,0.65,1.08 g/kg,发芽指数GI随着堆肥时间的延长逐渐增长,GI值最高达到156%;将堆肥产品用于土壤改良,并通过种植海芋发现经过土壤改良后的荒地,海芋的存活率更高。检测堆肥产品和改良土壤样品浸出液中的重金属浓度均低于1 mg/L,说明堆肥产品中重金属在施用中不易进入自然环境中造成二次污染。     

新型堆肥生物反应器人粪便堆肥功效的评价

利用以锯末为载体的Bio-Lux S15型生态卫生设备,对人粪便进行了连续性堆肥实验,考察了BOD5、粪大肠菌和蛔虫卵的灭活以及最终产品N、P和K等肥料成分的含量。实验结果表明,最初30 d,BOD5的累积去除率由27%快速增加到50%,之后的30 d维持在50%左右,随后下降至40%左右。生态卫生设备中维持50-60℃的温度是杀灭粪便病原微生物的适宜条件,可保证粪便投入后在24 h内,粪大肠菌的灭活率达到99.99%,蛔虫卵的灭活率在2 h内达100%。对反应周期内载体的N、P和K等肥料成分的分析结果表明,反应过程中3种肥分都持续积累,在反应末期,按TN、P2O5和K2O计算的3种肥分最终分别达到25.1、123.4和2.0 g/kg,基本上达到了农用肥料的国家标准,表明以锯末为载体的反应器具有良好的堆肥效果。     

液化石油气汽车尾气减排的研究与试验

为了减少机动车的尾气污染物排放,中国大、中城市大力推广使用燃气公共汽车和出租车,燃气汽车尾气污染物排放对城市环境影响,如何减少燃气汽车的尾气排放是目前面临的一个新课题。采用在燃气汽车燃料中加注适量的CPG-4型增效剂的方法进行对比实验研究,通过改善其燃烧特性,达到燃气汽车节能减排的目的。试验表明,在燃气汽车燃料中加注适量的CPG-4型增效剂能节约燃气消耗6%左右,大幅减少HC和PM的排放。     

利用水浮莲(Pistia stratiotes L.)净化城市污水的实践

将城市污水的流量控制在400m3/d左右的条件下,在3200m2池面水浮莲净化塘内进行净化处理.结果表明,在滞留处理时间为8d时, SS、BOD5、CODCr、NH4-N与色度的去除率分别保持在91.85%、84.54%、81.91%、61.88%、86.96%以上,净化水的理化指标达到二级排放标准;细菌总数与大肠杆菌群总数的剩余率也仅为净化前的0.0078%和0.075%,水的卫生指标也得到明显改善.     

冷却剂参数对铣槽喷管低周疲劳寿命的影响

采用有限体积流固耦合计算方法、非线性有限元热结构耦合分析方法和局部应变法研究大面积比铣槽喷管三维再生冷却槽道在循环工作条件下的热结构变形与低周疲劳寿命,并对比分析了冷却剂质量流量与入口温度对铣槽喷管疲劳使用寿命的影响。计算结果表明,铣槽喷管热结构响应呈现复杂的三维效应,应变较大位置主要分布在与肋连接的内衬区域,喷管中部的残余应变量最大;冷却槽道低周疲劳寿命分布和热结构响应基本一致,最小寿命位于喷管中部与肋相连的内衬区域燃气侧;随冷却剂质量流量增加,铣槽喷管低周疲劳寿命不断提高;随冷却剂入口温度增加喷管尾部低周疲劳寿命值不断降低,而喷管中前部的低周疲劳寿命值却不断提高,当冷却剂入口温度为280K左右时,本文的铣槽喷管总体使用寿命达到最大。      

氧化催化转化器对甲醇压燃尾气中甲醛排放的影响

在一台经过改装的压燃式发动机上,采用柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)模式进行了台架实验,利用气相色谱分析技术检测了1800r·min<'-1时发动机尾气中甲醛的排放特性,对比研究了负荷、甲醇掺烧比、排气温度.催化转化器对甲醛排放的影响.研究结果表明,在压燃式发动机上采用DMCC模式,低负荷运行时,尾气中甲醛含量随甲醇掺烧比的增加而增多,在甲醇掺烧比为46%时.甲醛排放量达到180 x 10<'-6(体积分数),催化后可以减少25%～45%;在中,高负荷运行时.甲醛排放量随甲醇掺烧比的变化基本不变,高负荷比中负荷运行时甲醛排放稍高.但尾气经催化处理后,甲醛排放反而增加,最高增加1倍.催化转化器的转化效果与排气温度密切相关,当排气温度在大约300°C以下时,催化转化器可以降低甲醛排放量;当温度为300°C～410°C时,催化后尾气中的甲醛排放较催化前有所增加;当排气温度高于425°C时.催化后尾气中甲醛排放显著减少.     

高浓度有机废水脱除燃煤烟气NOx的试验研究

为研发经济、高效的有机废物与烟气NO_x协同控制技术,分别采用丙烯酸钠、工业酒精和萘磺酸钠高浓度有机废水替代氨水、尿素等常用脱硝剂,在热态燃煤试验炉上,研究了T(烟气温度)、φ(O₂)、停留时间和废水与烟气混合方式等参数对烟气脱硝的影响. 结果表明:在烟气温度为1 190 K时,丙烯酸钠、酒精和萘磺酸钠高浓度有机废水的脱硝效率分别为12.7%、14.2%和9.1%;烟气温度为1 360 K时,三者的脱硝效率分别达到37.6%、39.8%和35.9%;烟气温度高于 1360 K后,脱硝效率下降. φ(O₂)从4.1%增至5.2%时,脱硝效率降低了约21.5%、13.1%和15.7%;而φ(O₂)升至6.8%时,脱硝效率降至11.2%~13.6%. 丙烯酸钠废水喷射入温度分别为1 185和1 303 K的烟气时,逆向喷入比正向喷入的脱硝效率分别提高30.4%和19.3%;停留时间从0.67 s升至0.82 s时,3类废水脱硝效率分别提高16.0%、18.8%和16.6%.      

西德污水处理的新发展

在西德,几乎所有城市和企业都建造了污水处理厂。最近,为提高现有设备的处理效率,确保达到排放标准,正设法进一步降低生化阶段的污泥负荷,干活性污泥含量已从原来0.6公斤BOD_5/公斤降到目前的0.15公斤BOD_5/公斤。不仅确保达到排放标准,而且能促使硝酸盐更好地分解。鉴于目前能源越来越昂贵,因而采用了消化池,并把消化池内产生的大量甲烷气送入燃气发动机焚烧进行发电和作为压缩空气,而燃气发动机产生的余热又     

过硫酸盐对城市污泥脱水和重金属去除的影响

利用具有强氧化性质的K2S2O8试剂作为研究对象,考察了对污泥重金属Pb、Zn、Cu、Cd的去除影响、脱水表现以及处理前后污泥性质的变化.结果表明:在起始pH值为2.0,反应时间1h,温度25℃,投加1.34g/g SS的K_2S_2O_8,可改善污泥的脱水性能.其中,滤饼含水率可由82.6%降至74.8%;污泥比阻由6.70×10~8S~2/g下降至5.43×108S2/g.K_2S_2O_8氧化处理污泥,可使污泥絮体快速分解,上清液COD从15.2mg/L增至187.0mg/L;TN从6.03mg/L增至22.7mg/L;TP则由8.15mg/L变为12.7mg/L;污泥TSS相应降低了9.4%.污泥重金属去除率随着投加量的增加而增加,当K2S2O8投加量达到2.01g/g SS时,污泥重金属Pb、Zn、Cu、Cd去除率可分别达到63.90%、87.10%、86.40%以及84.25%.当投加量大于2.01g/g SS,各重金属去除率趋于稳定.低pH值能够提高污泥中重金属的去除率.K2S2O8与污泥反应后,污泥重金属转移到上清液中,对上清液投加0.075%的Ca O,pH值提高,可以相应去除上清液中16.95%的Pb、54.70%的Zn、58.90%的Cu以及21.95%的Cd,TN和TP含量也明显降低.