N_(2)/CO_(2)混合气注入对页岩力学特性影响规律研究

工业废气经脱硫注氨处理后,气体主要成分为N_(2)/CO_(2)。基于减少能源消耗,利用页岩储层有效封存CO_(2)的思想,开展N_(2)/CO_(2)混合气注入对页岩力学特性影响规律研究。以四川省龙马溪组黑色露头页岩为试验研究对象,开展恒温恒压条件下,不同浓度配比N_(2)/CO_(2)混合气注入页岩试验,利用单轴压缩试验和巴西劈裂试验,分析N_(2)/CO_(2)混合气中CO_(2)浓度对于页岩力学特性的影响。研究结果表明:页岩试件经N_(2)/CO_(2)二元混合气浸泡后,混合气中随CO_(2)浓度的增加和相变,试件孔隙增长率呈现先增大后减小趋势,孔隙增长率为34.91%~110.6%;页岩试件的强度和泊松比先降低后增大,弹性模量先增大后降低,单轴抗压强度损失率为37.5%~69.1%,抗拉强度损失率为35.3%~85.4%,弹性模量增幅37.5%~54.7%,泊松比损失率为11.8%~20.6%;混合气中CO_(2)浓度和相态变化对页岩损伤强度有较大影响,损伤因子先增大后降低,页岩表现出明显脆性破坏特征,主要破坏模式为劈裂破坏。初步分析表明:页岩在混合气作用下孔隙结构发生改变。当CO_(2)为气态时,页岩吸附CO_(2),孔隙产生范德华力,使页岩基质膨胀,天然孔裂隙扩展,孔隙增幅加大,强度降低;当CO_(2)为超临界状态时,混合气中SC-CO_(2)(超临界二氧化碳)对页岩有机矿物质溶解能力,随SC-CO_(2)浓度增加而减弱,孔隙增幅降低,强度衰减率降低。混合气中SC-CO_(2)浓度为11.33 mol/L时,溶解有机质能力最强,页岩孔隙度最大,脆性最高,力学性质劣化效果最明显。

液体火箭发动机推力室再生冷却流动与传热计算研究

为了研究液体火箭发动机推力室再生冷却流动与传热的快速仿真方法,建立了推力室再生冷却的准二维模型,对航天飞机主发动机开展了再生冷却流动与传热计算仿真研究,对比分析了再生冷却准二维模型和三维模型的仿真计算结果。研究表明,两种计算模型均可较好地预测推力室燃气及再生冷却剂的流动和传热。三维模型计算精度高,但计算用时较长。计算得到的航天飞机主发动机的燃气侧壁面最高热流密度为162.2MW/m2,最高壁温为1159.7K,冷却剂温升为244.0K,压降为8.5MPa。准二维模型计算结果精度略有降低,但计算时间较三维模型减小了90%。四个参数与三维模型计算结果的差异分别为0.3%,4.4%,8.6%和4.5%,在可接受范围内。本文的准二维模型计算时间短,适用于液体火箭发动机再生冷却结构的方案筛选和优化设计,三维模型计算精度高,适用于设计完成后的校核计算。

液体火箭发动机再生冷却结构弹塑性分析

为了分析推力室壁应力和变形分布情况,研究推力室失效位置和失效机理,建立了一种弹塑性有限元分析方法。建立推力室一维流动传热模型,为结构弹塑性分析提供输入。进一步建立推力室壁在温度和压强载荷下的二维弹塑性计算模型,分析了在预冷-工作-后冷-关机的工作循环下推力室壁的应力应变响应,比较了温度载荷和压强载荷的作用程度,并预估了推力室使用寿命。结果表明:推力室壁产生的弹塑性变形是由温度载荷和压强载荷共同作用所致,温度载荷起主导作用。推力室内壁冷却通道中心位置最先发生失效破坏,限制了推力室的使用寿命。从计算时间和准确性来说,该方法能够为再生冷却通道的优化设计和性能估算提供参考。