掺氢天然气管路结构对超声波流量计适应性计算流体力学仿真研究

氢气是实现降低温室气体排放的潜在能源载体。氢气输送是阻碍氢能大规模应用的薄弱环节。而掺氢天然气管路是实现氢气大规模、长距离、低成本输送的高效途径。但氢气掺入天然气会导致流速,压力等参数发生变化,影响超声波流量计的性能。因此,研究氢气和天然气的掺混过程及超声波流量计的适应性是很有必要的。构建T型管、单螺旋管、单螺旋+前收缩管掺混管路的三维模型,使用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法分析管路结构和掺氢比对流场氢气浓度和混合气体速度分布规律的影响。结果表明:5%掺氢体积比时C型掺混管路为最佳模型,掺混均匀时的氢气摩尔分数约为4.92%。通过分析超声波流量计的适应性,进而推荐具体安装位置。研究成果为超声波流量计在掺氢天然气精确计量方面提供了参考。

机器学习算法在重型燃气轮机健康监测的应用现状

重型燃气轮机是提供电力和调节电力波动的重要设备,其组成复杂、精密程度高,发生故障后会产生严重的安全隐患,进而影响经济效益。采用机器学习算法是实现重型燃气轮机健康监测的有效方法。机器学习算法的优化及融合对重型燃气轮机系统的健康运行具有重大意义。介绍了重型燃气轮机健康监测的发展过程;综述了采用不同机器学习算法对燃气轮机大部件及其子部件健康诊断的预测结果;重点分析对比了气路故障和整体状态健康监测、寿命预测的不同方法;总结燃气轮机健康监测的主要技术问题及展望未来的发展方向,为机器学习算法在重型燃气轮机的应用提供了参考。

基于学科交叉的气动技术课程综合实践教学研究

为解决传统气动技术课程所存在的教学内容单一、教学方式陈旧、实践内容较少等问题,本文提出基于学科交叉的气动技术课程综合实践教学改革思路。分析当前开展学科交叉的气动课程的可行性及意义,介绍北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院开展的学科交叉的气动技术课程综合实践教学方法综合实践教学改革的成效。

空压机余热回收利用技术

压缩空气产生过程中,大量的电能转换成热,余热回收利用潜力巨大。高效回收利用压缩空气热量成为空气压缩领域的当务之急。针对空压机余热回收利用,介绍了空压机余热产生的原理;归纳总结了空压机余热常用回收利用的直接、润滑油间接或热泵制热水的方式;基于有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)在低品质余热方面的应用,详细总结了空压机余热发电和制冷的研究内容及发展现状;重点总结了大规模压缩空气储能(Compressed Air Energy Storage,CAES)系统在实现空压机余热大规模、高效应用研究;提出了对空压机余热高效回收的展望,为后续空压机余热高效回收利用研究提供了参考。

注氢位置对天然气高压调压阀内部流场的影响

在役天然气管网中加入氢气会使相关临氢部件出现氢脆隐患。对临氢零部件内部流动特性及氢浓度分布分析是十分必要的。以掺入氢气的甲烷为主要工质,对A型、B型、C型、D型4种掺氢入口位置的高压调压阀内部流场进行模拟仿真研究,分析流场内压力、速度、温度、氢气摩尔分数等物理参数的分布状态。结果表明,压力损失主要出现在阀门处,降压比在2.5以上;由于有效流动横截面积的变化和高压差的存在,气体在出阀门和节流孔后形成喷射流,速度达到峰值,同时温度急剧下降;通过对比分析,D型为最佳掺氢位置模型。该模型在出口处氢气摩尔分数达到8%,在掺氢天然气管道的安全范围内。研究结果可对掺氢天然气在高压调压阀内部的流动特性和掺氢入口位置选取提供参考。

超声波流量计对掺氢天然气管路结构的适应性研究

氢气作为全球脱碳目标的重要载体,输送量是限制其大规模应用的主要瓶颈。掺氢天然气是实现大流量输送氢气的一种重要途径。氢气的掺入导致流速畸变,降低超声波流量计的性能。以掺入氢气的甲烷为主要工质,对8种类型掺混管路内部的气体流动状态进行模拟仿真研究,分析流场内气体速度和氢气浓度的分布状态;并对超声波流量计的适应性进行分析,确定其推荐安装位置。在超声流量计的适应性分析中,三匝螺旋管时仅需15D;对于单螺旋结合变径管的适应性影响更大,最小需要96D。通过比较,掺混管路C为最佳模型,掺混均匀时的氢气摩尔分数约为3.9%。可为超声波流量计在掺氢天然气准确计量方面提供参考。

气动系统的能量消耗评价体系及能量损失分析

在分析基于空气消耗量的现有能量消耗评价体系的基础上,阐述一种新的能量消耗评价量——气动功率。气动功率定义为单位时间内流过指定截面的压缩空气所含有的有效能,而有效能是以大气温度和压力状态为外界基准,流动压缩空气具有的对外做功能力。该有效能是一个相对于大气状态基准的相对量,建立在气动系统都工作在大气环境下这样一个事实基础上。基于气动功率概念,侧重分析导致气动功率损失的因素,讨论气动系统能量损失机理及各个构成环节的损失情况,为明确节能目标奠定理论基础。

单缸气动发动机的数学建模与实验验证

为有效缓解能源危机以及环境污染,压缩空气动力发动机(气动发动机)已被广泛研究。设计一种单缸气动发动机,作为有效完成气动发动机性能优化研究的基础,建立气动发动机正常工作过程的基本数学模型。为验证这一基本数学模型,通过计算机实现缸内压力值变化的仿真以及相应的验证实验,实验结果与计算机仿真结果相吻合,从而证明建立的数学模型是正确的。由于一些不可忽略的实验条件因素,实验中输出扭矩结果与仿真结果存在恒定误差,导致此恒定误差的条件因素被深入分析。研究对单缸气动发动机的设计与结构优化有参考意义。

热空气注入式液氮能量转换装置效率分析

液化空气储能是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气成液态,在电网负荷高峰期释放液化空气气化推动汽轮机发电的储能方式。由于液态空气的低温特性和压缩特性,其储存的能量包含冷能和膨胀能两部分能量。能量的组成和数量与气化压力p0有关。过去的液空能量转换装置仅仅利用了膨胀能,而忽略了冷能,这导致了其效率低下。热空气注入式能量转换装置提出了通过回收低温冷能提高发动机的效率。理论效率可以通过提高工作压力来提高。最后提出了寻求一个有效的方法同时利用膨胀能和冷能来提高液态空气储能系统的效率为未来液态空气储能研究的趋势。

压缩空气系统节能关键技术体系及其应用

该文对压缩空气系统节能关键技术及其在工业现场的应用进行介绍,关键技术体系主要包括压缩空气能量评价标准、面向节能的空压站运行优化技术、压缩空气系统供气节能管理关键技术、压缩空气系统主要末端设备节气关键技术等。该技术体系应用于工业现场取得高达30%的节能效果,近年来已累计节约用电6000万元。

现代气动技术理论与实践 第一讲:气动元件的流量特性

0前言 设计气动系统时，准确地把握电磁阀、调速阀等元件的流量特性非常重要。流量特性表示元件的空气流通能力，将直接影响气动系统的动特性。在元件选型时如弄错流量特性．将可能导致气动执行元件达不到预期的输出力或输出速度。

现代气动技术理论与实践 第四讲:压缩空气的能量

0 前言 气动系统由于系统构成简单、元器件价格低廉、维护容易等特点，从20世纪70年代开始在工业自动化领域的应用逐步扩大，至今已形成全球年销售约110亿美元的市场规模，在汽车生产、半导体制造等行业中发挥着重要的作用。但是，其能耗问题被很少关注。现在，气动系统中的耗能设备——工业压缩机的耗电占据了工厂总耗电量的10％～20％，有些工厂甚至高达35％。

现代气动技术理论与实践 第十讲:气动系统的节能

我国进入21世纪以来，节能环保事业越来越得到重视，一系列的节能政策和节能措施不断颁布实施。尤其2005年底我国首次明确确定节能目标：到“十一五”期末，万元国内生产总值能耗下降到0．98t标准煤，比“十五”期末降低20％左右，平均年节能率为4．4％。2006年8月．国务院发布《国务院关于加强节能工作的决定》（国发2006—28号），强调能源问题已经成为制约中国经济和社会发展的重要因素，

现代气动技术理论与实践 第五讲:气缸驱动系统的特性

气缸驱动系统由于系统构成简单、易于获得稳定速度、元器件价格低廉且维护容易等特点在工业自动化领域得到广泛应用。与电动机相比，气缸更擅长作往复直线运动，尤其适于工业自动化中最多的传送要求——工件的直线搬运。而且，仅仅调节安装在气缸两侧的单向节流阀就可简单地实现稳定的速度控制，也成为气缸驱动系统最大的特征和优势。现在，气缸已成为工业生产领域中PTP（Point To Point）搬运的主流执行器。这几十年气动技术的快速发展甚至也可以说在很大程度上得益于气缸的迅速普及。

现代气动技术理论与实践 第三讲:管路内的气体流动

在气动系统中,管路将各种元器件连接成一个系统,将压缩空气从压缩机输送到终端用气设备以传递动力。这样的管路在本质上有别于一般的气动元器件,与可用集中参数描述的电磁阀、气缸、储气罐等不同,必须用分布参数来描述其特性和进行建模仿真。管路的存在使气动系统的整体特性变得复杂,特别是对动特性的影响很大。

现代气动技术理论与实践 第九讲:等温容器

0前言 气罐、大直径管道等气体容腔在气动系统中广泛存在，这些气体容腔除可储存压缩空气能量从而使所需空气压缩机排气量减小以外，还可作为缓冲器来平抑系统中的压力波动。但如本讲座第三讲“固定容器的充放气”所述，向空的容器充气或从空的容器放气的时候，容器内的空气温度会激烈变化甚至会在短时间内变化50℃。

现代气动技术理论与实践 第六讲:压力调节阀

在气动系统中，由于压缩空气即使远距离传送压力损失也较小的特点，供气通常采用集中气源、统一供给的方式。工业现场常用压缩机的输出压力通常在0．7-1．0MPa范围内，考虑管道输送损失及压力波动，终端设备中的气缸等执行元器件的使用压力一般被设定在0．5MPa左右，而气动工具、喷嘴等工艺用气点的使用压力则千差万别，有高有低。为能够稳定连续地向各个用气点供给不同大小的压力，必须使用压力调节阀。压力调节阀的作用主要可归结为两点：（1）调节压力高低；（2）消除上流压力波动影响，保证输出压力稳定。

现代气动技术理论与实践 第八讲:气动伺服控制

气动伺服控制系统由于可以在高温高湿、强磁场、要求防爆等恶劣环境下可靠地工作，以调节阀为代表在过程控制领域得到了广泛的使用。而且，与电气伺服系统相比，气动伺服控制系统具有输出力大、无发热、不产生磁场等优点，在汽车的车身点焊设备、对热及磁场极其敏感的半导体高精度制造设备等工业设备中也发挥着不可替代的作用。另外，贴近我们生活的高速列车的气压减振系统、承载精密光学设备的空气弹簧式主动隔振台等实际上也是气动伺服控制系统。近些年，由于重量轻、低成本、检测气缸两腔压力可推定外力等特点，气动伺服控制系统开始被尝试研究应用于机器人手臂、灵巧手、远程手术主从操作系统等。

现代气动技术理论与实践 第七讲:电/气伺服阀

0前言 由于伺服电动机、步进电动机等电气伺服驱动机构在工业现场的日益普及，气动伺服系统通常仅限于在高湿度、强磁场、要求防爆等恶劣环境下使用。近些年，由于空气的柔软性以及使用中不产生热和磁场等优点被重新认识，半导体精密制造中光刻机用的减振台、医疗仪器、康复设备上开始出现气动伺服系统的身影，并有逐步扩大的趋势。