竖井式贯流泵能量特性分析及叶片优化设计

叶轮是竖井贯流泵进行能量转换的核心部件,改进叶轮的几何结构可以有效改善竖井贯流泵的能量特性。本文基于RANS方程和RNG k-ε湍流模型,计算并分析了原型竖井贯流泵在0.6Q~1.3Q内9个不同流量工况下的叶轮部分及整机能量特性和扬程-流量关系,得到了原型泵叶轮和整机效率随流量变化的曲线,并对优化设计前后的模型进行了计算对比。研究表明:小流量工况下,整机效率同叶轮效率具有一致的变化水平,并且主要存在涡流损失;大流量工况下,整机效率随流量增加而下降的幅度大于叶轮,并且主要存在撞击损失和摩擦损失。叶轮叶片包角的改变不仅可以使效率曲线发生偏移,也能使扬程曲线偏转。当流量逐渐增大时,大包角叶轮效率表现逐渐向好,叶轮扬程下降的幅度也随之加快;而随着流量的减小,小包角叶轮性能表现更佳,叶轮扬程上升的幅度增快。

抽水蓄能电站回水排气管道能量特性及流动特性研究

当抽水蓄能电站在调相工况结束时,对转轮室中的高压气体进行排气的过程中经常会出现机械振动造成损坏厂房设备的情况。以仙居抽水蓄能电站回水排气系统模型为基础,借助流体计算软件Ansys Fluent,以抽水蓄能电站回水排气系统总管的直径为单一变量,对排气系统的流场特点和管道内流场能量特性、流动特性进行研究,揭示排气总管在不同直径时气体运动特点的变化,并分析流场各处截面的气体运动特征参数,得出气体沿管道的能量变化特征。结果表明:随着直径的增加,气体运动损耗的能量逐渐增加;排气流量并不是随着管道直径的增大而一直增大,当总管直径增加到一定值后,管道流量不会出现明显变化。

变加载速率条件下砂岩力学及能量特性研究

通过开展不同加载速率下对砂岩试样的单轴压缩试验,分析了砂岩在变加载速率下的力学和能量特性。测试结果表明,砂岩的峰值强度和弹性模量随加载速率的增大呈指数函数增加。分析了砂岩在不同变形阶段的能量吸收、储存和耗散特性。在变加载速率下,砂岩的能量和轴向压缩曲线呈现类似的变化特征。砂岩在峰值前吸收总能量的70%以上可释放弹性特性的形式积累,而总能量不到30%在新微裂纹的压实、滑动和塑性阶段被各种内部缺陷消散,拟合试样峰前吸收总能量、可释放弹性能与加载速率呈线性增长关系。得到了U_(e)/U、U_(d)/U和应力比和轴向应变的关系曲线,并将其划分为3个变化阶段:原生裂隙压密闭合阶段(σ_(1)/σ_(max)<0.25)、砂岩不断吸收能量阶段(0.25<σ_(1)/σ_(max)<0.8)和能量耗散阶段(σ_(1)/σ_(max)>0.8)。加载速率越大,损伤应力和U_(e)/U也越大,而U_(d)/U越小。

煤层水力割缝系统过渡过程能量特性与耗散

煤层水力割缝能有效促进瓦斯解析运移,提高瓦斯抽采率,但割缝系统运行中发生的过渡过程会形成瞬时强冲击波作用于煤层,若控制不当易诱发喷孔、抱钻,甚至产生煤与瓦斯突出。针对该问题,采用理论分析和实验测试方法对自主设计研发的不同结构水力割缝系统过渡过程压力-流量特性进行了讨论和测试,分析了过渡过程中系统能量特性与耗散规律。结果表明:系统过渡过程中流体携带能量发生快速激增,能量激增量与水力割缝结构参数相关,激增能量通过高速冲击传递给煤层,改变煤层原始应力,诱导煤层快速卸压,部分激增能量在管路中消耗;结构对系统过渡过程激增能量影响不同,对发生过渡过程,能量随结构面积的增加而增加,但单位能量不变,激增后能量随结构面积的增加而减小,单位面积能量减小,改变结构有效面积是控制过渡过程激增能量的有效方式,可有效降低作业过程中煤与瓦斯突出的危险。

含金属氢化物的复合推进剂能量特性

为考察金属氢化物燃料对复合推进剂能量特性的影响,基于丁羟三组元和四组元配方体系,采用最小自由能原理方法,对配方进行了化学平衡性能计算,获得了金属氢化物对标准理论比冲贡献的最优值。采用金属氢化物逐步取代真实复合推进剂配方中的铝粉,并对能量特性参数和推进剂密度进行了分析,为高能复合推进剂研制提供参考。

进水流道对立式混流泵装置能量特性的影响

采用计算流体力学方法,对三个不同的进水流道设计方案所组成的立式混流泵装置进行了内流数值模拟.在分析进水流道基本流态的基础上,对进水流道出口水流条件以及水泵装置能量特性进行了定量计算.数值计算结果表明,水泵的设计进水条件与水泵装置中的水泵进水条件存在明显差异,进水流道水力设计对立式混流泵装置的能量特性有显著的影响,工程设计中应重视进水流道的选型以及进水流道与水泵性能最佳匹配的研究.进水流道水力设计优化可有效地改善进水流道出口流态,确保水泵有良好的进水条件,大幅度提高水泵装置效率.

几种钝感低特征信号推进剂的能量特性

利用能量计算程序计算了N,N′-二硝基哌嗪(DNPZ)、N-脒基脲二硝酰胺(FOX-12)、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)、钝感黑索今(I-RDX)、2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)、硝基胍(NQ)和1,4,5,8-四硝基-1,4,5,8-四氮杂萘烷(TTNZ)7种钝感化合物的单元推进剂及用于钝感低特征信号推进剂的能量特性。结果表明:所列的7种含能化合物中,由I-RDX、FOX-7和TTNZ形成的单元推进剂、复合改性双基推进剂及聚叠氮缩水甘油醚(GAP)基推进剂的各能量特性的综合效果均较优,随着这3种钝感含能添加剂质量分数增加,形成的双基系推进剂的理论比冲、特征速度、燃烧温度和等容爆热逐渐升高,而氧系数和燃烧产物的平均相对分子质量逐渐降低。

大型斜式轴流泵装置能量特性研究

采用物理模型试验和数值模拟方法,对南方某大型斜式轴流泵装置的流态、能量特性等方面进行了分析和研究。研究表明,效率与流量关系曲线趋势吻合良好且随叶片安放角度的增大,吻合程度增高。在偏离设计工况时,效率误差在±5%之内,而在最优工况附近,误差进一步降低,-2°叶片安放角度时,最优工况效率误差为1.71%。

新一代高能固体推进剂的能量特性计算研究

在分析硝酸酯乙基硝胺(NENA)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、呋咱类化合物、唑类富氮化合物、贮氢合金五种含能材料的特点和性能的基础上,用电算法对由常规(或含能)黏合剂/含能增塑剂/高能氧化剂/金属燃烧剂组合的一系列配方的能量特性进行了计算,探索了新型高能固体推进剂的途径和思路,并就这些途径给推进剂能量性能带来的影响进行了讨论,提供了新型高能推进剂的八条技术途径。

一种建立可自维护且具有最小能量特性的无线网络的分布式拓扑控制算法

由节点的位置和传输范围确定的无线网络拓扑结构对网络的性能有着重大的影响.拓扑控制通过调节节点的传输功率能够优化网络的性能,减少节点的功率消耗,延长网络的生存时间.文中提出一个分布式的拓扑控制算法,由该算法产生的拓扑结构具有最小能量特性,并且在网络的组成发生动态变化时,算法可以以响应的方式维护全网的连通性和全局的最小能量特性.该算法不仅适用于同质的无线Ad Hoc网络,也适用于异质的网络.仿真研究表明,提出的算法在平均节点度、传输功率的效率以及响应拓扑变化的平均节点数等方面均优于基于直接传输区域的拓扑控制算法.

含3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)推进剂的能量特性

利用国军标方法及CAD系统软件,在标准条件(pe/pc=70∶1)下,计算了含3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的各类推进剂的能量特性,结果表明DNTF的单元推进剂比冲为2696.4N.s.kg-1,比CL-20单元推进剂的理论比冲还高31.1N.s.kg-1;用DNTF取代丁羟推进剂、改性双基推进剂以及GAP推进剂中的RDX或AP可以提高相应推进剂的理论比冲和特征速度。由于DNTF不含氯元素,且摩擦感度比RDX低得多,因此将DNTF引入推进剂中对提高推进剂的综合性能是有益的。

含5,5'-联四唑-1,1'-二氧二羟铵推进剂的能量特性计算

利用国军标方法 GJB/Z84-1996及CAD系统软件,在标准条件(pc/p0=70∶1)下计算了含5,5'-联四唑-1,1'-二氧二羟铵(TKX-50)的复合改性双基(CMDB)推进剂、端羟聚丁二烯(HTPB)推进剂、硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂及聚叠氮缩水甘油醚(GAP)推进剂的能量特性。结果表明,TKX-50单元推进剂的理论比冲为2623.7 N·s·kg-1,比RDX单元推进剂的理论比冲高6.5 N·s·kg-1。TKX-50是CMDB推进剂中RDX的较好替代物。当TKX-50取代HTPB推进剂中的AP和GAP推进剂中的HMX和AP时,TKX-50基HTPB推进剂和TKX-50基GAP推进剂的理论比冲均存在能量的最优值。当TKX-50取代NEPE推进剂中的AP和HMX时,TKX-50基NEPE推进剂的理论比冲先增后降再增,最大增加20.4 N·s·kg-1。

贯流泵装置能量特性试验研究

结合淮河入海水道工程妇女河泵站 ,对贯流泵装置能量特性进行了试验研究。试验分别对前、后置灯泡贯流泵装置型式进行能量试验。试验表明 ,前置灯泡贯流泵装置型式比后置灯泡贯流泵装置型式有较好的水力性能 ,其最高效率比后者提高 5 %左右 ,最优装置效率达到 72 %。

竖井贯流泵能量特性试验研究

结合江苏某竖井贯流式泵站,对两种不同转轮在相同进、出水流道情况下进行了能量特性试验研究。试验研究表明,竖井贯流式水泵在超低扬程(1～2m)的调水工程中具有很好的水力性能,其模型泵装置的最高效率达69%左右,该项试验研究为今后竖井贯流泵的进一步开发研究获得了良好的开端。

硝基呋咱/CMDB推进剂能量特性

根据最小自由能法,采用NASA-CEA软件,研究了六种硝基呋咱化合物:3-硝基呋咱(NF)、3,4-二硝基呋咱(DNF)、3-硝氨基-4-硝基呋咱(NNF)、3-硝氨基-4-硝基呋咱铵盐(ANNF)、3-硝氨基-4-硝基呋咱肼盐(HNNF)和3-硝氨基-4-硝基呋咱羟胺盐(HANNF)的能量特性。研究了硝基呋咱化合物含量对复合改性双基(CMDB)推进剂能量特性的影响和压强对硝基呋咱/CMDB推进剂能量特性的影响。结果表明,HANNF和HNNF单元推进剂的比冲高于RDX,分别为2744.8 N·s·kg-1和2802.2 N·s·kg-1。六种硝基呋咱化合物使CMDB推进剂的比冲大幅提高,其中HNNF和HANNF使CMDB推进剂的比冲分别提高74.6 N·s·kg-1和91 N·s·kg-1。六种硝基呋咱/CMDB推进剂的比冲均随压强升高而增加。比冲受压强影响顺序为DNF>NNF>HANNF>ANNF>HNNF>NF。

大型泵站竖井贯流泵装置能量特性试验

结合江苏省无锡市城市防洪排水工程江尖泵站的设计．对椭圆型渐缩前置竖井贯流进水流道与由圆截面渐变至矩形截面出水流道匹配组成的模型泵装置进行了动力特性试验研究。试验结果表明，泵装置最高效率随叶片角度减小而增大，叶片角4。时的最高效率达76．7％，采用椭圆形线竖井进水流道设计合理；通过适当降低nD值后，泵装置在运行扬程1．46～2．38m，泵装置效率68．35％～75．11％。

含RDX的硝胺丁羟推进剂能量特性研究

采用最小自由能平衡流法对RDX/AP/Al/HTPB推进剂能量特性进行了理论计算。通过BSF165mm和BSF315mm发动机点火试验,研究了RDX含量、燃烧室压强对RDX/AP/Al/HTPB推进剂能量特性的影响规律。根据理论计算和发动机试验结果,对配方进行了优化设计,与某型号760mm全尺寸发动机的实测结果对比,其实测比冲高达2428.1N·s·kg-1(pc=6.86MPa),验证了RDX的加入对RDX/AP/Al/HTPB推进剂比冲有较突出贡献。

新型潮汐双向竖井贯流式水轮机能量特性研究

为了研究某潮汐电站开发的新型高效低水头大流量双向竖井贯流式水轮机的能量特性,进行了模型试验与数值模拟计算。在模型试验中测试了水轮机正反两向、不同叶片安放角、不同导叶开度下的水头、流量和扭矩等参数,绘制了水轮机模型综合特性曲线,并与数值模拟结果进行了对比。试验结果表明,水轮机额定工况下,正向效率可达89.68%,反向效率可达84.08%,满足该潮汐电站运行要求;数值模拟结果与试验结果吻合,验证了数值模拟的可靠性,同时通过将换算后的原型试验结果与CFD数值模拟结果进行对比发现,在偏离设计工况点但是保持额定水头不变时,改变导叶开度引起的流量变化比改变叶片安放角引起的流量变化对数值模拟结果的偏差影响略大。

动载作用下岩石类材料破坏模式及能量特性

对岩石类材料的破坏模式和能量特性进行分析研究,利用ANSYS/LS_DYNA数值模拟软件模拟SHPB冲击的整个过程。通过对试验和数值模拟所得测试曲线进行对比确定模型的有效性,进而分析试件中有效应力的传播过程,提出试件张应变破坏、轴向劈裂拉伸破坏、压碎破坏的3种破坏模式;通过对数值模拟所得试件的内能-时间历程分析表明,试件的内能具有显著的应变率效应,在应变率较低时,可以划分为2个阶段,而在应变率较高时,可以划分为4个阶段。

固液火箭发动机推进剂组合能量特性分析

对固液火箭发动机常用燃料和氧化剂进行了总结,计算了常用推进剂组合的能量特性。在常用的推进剂组合中,燃料HTPB(端羟基聚丁二烯)、Paraffin(石蜡)和PE(聚乙烯)分别与同种氧化剂组合后的能量性能较接近,氧化剂LOX(液氧)与燃料组合后的真空比冲较高,98%H2O2与燃料组合后的密度比冲较高。对HTPB基燃料中加入添加物对发动机性能影响的单因素分析和正交试验设计表明,Al、AlH3、AP、B 4种添加物均使发动机最佳氧燃比值减小,AlH3对真空比冲的提高作用最显著,Al对密度比冲的提高作用最显著,各种添加物间的交互影响作用不明显。