基于熵产理论的管道泵流动损失特性分析

为了揭示管道泵运行过程中的流动损失特性,基于熵产理论,采用数值计算方法对管道泵吸水室和叶轮内的总熵产以及局部熵产率进行了研究,并结合压力脉动及涡核分布对其产生流动损失的原因进行了分析。研究结果表明,叶轮总熵产和吸水室总熵产保持高度一致性,吸水室内部流动影响了叶轮内部流动。随着流量的增大,叶轮和吸水室总熵产先减小,随后增大,这与其内部监测点的压力脉动主频幅值变化规律基本一致。叶轮总熵产显著大于吸水室总熵产,偏工况下更为明显,前者至少是后者的4倍。湍流耗散熵产占据吸水室和叶轮总熵产的90%以上,构成了流动损失的主要部分。吸水室高熵产率区主要分布在第二弯道及出口处,小流量工况下的熵产率是其余工况下的数百倍,该位置的大尺度带核涡以及附壁涡是导致熵产率增加的主要原因。叶轮高熵产率区主要集中在叶轮进口和出口,在大部分区域,小流量下的熵产率是其余工况的6倍以上,小流量工况下叶轮进口预旋和出口失速涡以及大流量工况下叶轮中上游的分离涡是导致熵产率较高的主要原因。该研究可为管道泵局部流动损失识别以及开展针对性优化提供参考。

基于产量损失率的气井合理配产方法研究

合理配产对气井生产具有非常重要的作用。现有的配产方法一般是按照无阻流量的1/6∼1/3来进行。在研究气体在地层中的非达西效应的基础上,提出了产量损失率的概念,通过量化非达西效应造成的产量损失,建立了气井产量损失率与无因次产量的图版。对于每一个配产,可得到与其相应的产量损失率,非达西效应对气井产量的影响就有了定量化的表征。因此,可根据产量损失率来进行合理配产。对于某些高压气藏,由于地层压力高,气体压缩程度大,地层条件下非达西效应并不强,产量损失率比较低,这类气井就可以将产量配高一些。该配产方法可实现量化储层气体非达西渗流损失,实现气井合理配产。该研究成果能在气井常规配产方法的基础上,进一步优化气井配产制度,更好地满足气井长期稳产、高效开发的需求,为气藏开发提供有益的借鉴。

震后RC桥墩竖向承载力最优工程需求参数的选取方法

桥墩结构的震后竖向承载力是评估梁式桥梁震后通行功能的重要指标,但其难以测量。为了快速定量地评估桥梁结构的震后通行能力,对评估梁式桥梁结构震后竖向承载力的最优工程需求参数(EDP)进行了系统地研究。首先选取与墩柱残余侧移和损伤相关的5个EDPs,通过对考虑了材料不确定性的RC桥墩进行Pushover分析和动力时程分析得到5个EDPs,进一步对震后的桥墩进行Pushdown分析获取震后竖向承载力。然后采用回归模型对所选EDPs与震后竖向承载力损失比的关系曲线进行回归分析,选取竖向承载力损失比关系曲线的最优回归模型为在ln(x)-y坐标系中的正态累积函数模型,进一步通过最优EDP评价准则对评估竖向承载力损失比的5个EDPs进行评价分析。评价结果表明:当考虑震后可计算性时,峰值侧移率最优;当考虑震后可测性时,残余侧移率最优;当考虑余震时,改进的Park-Ang指标最优。通过选取的最优EDP可以建立桥梁结构功能指标与抗震性能指标之间的联系,为进一步发展和完善桥梁结构的抗震韧性评估和设计提供参考。

不同缩口下闸阀介质流动特性研究

阀门的缩口比是阀门使用单位及生产单位关注的重要因素,直接关系到机组运行性能参数。文中分别以DN100和DN350闸阀,以缩口比0.75、0.8、0.85、0.90、0.95及1.0建立三维模型,并利用FLUENT软件进行流场模拟分析,模拟不同缩口的闸阀内介质的流动状态,获取其速度场和压力场,并计算出不同缩口下阀门的流阻系数。根据流阻系数计算出工况参数下阀门压力损失,为阀门使用单位及生产制造单位提供选型参考方案。

径向剖分双吸式工业液力透平的内部流动损失特性分析

针对双吸式离心泵反转作液力透平运行区间狭窄、效率低等问题,对实际工程应用中的一台径向剖分双吸式离心泵反转作工业液力透平的内部流动损失特性进行了研究。首先,采用了数值模拟方法预测了液力透平在泵和透平典型工况下的水力性能,对比了透平在泵工况下的实验结果,验证了数值模拟的准确性和可靠性;然后,结合熵产理论,定量分析了透平工况下各过流部件对于总能量损失的权重以及熵产成分比重的分布情况;最后,结合局部流动特征进一步揭示了主要过流部件内流动损失的发生位置和产生原因。研究结果表明:壁面熵产是导致径向剖分双吸式工业液力透平内部流动损失的主要原因,在0.8Q_(b)、Q_(b)、1.2Q_(b)工况下,壁面熵产分别占总熵产的55.3%、69%、67.4%;导出室是透平内熵产占比最大的水力部件,局部回流、流动冲击等不良流动特征是导致湍流熵产增加的主要原因。该研究结果对离心泵反转作工业液力透平的优化设计、运行调控和推广应用有一定的借鉴意义。

基于场景流的可变速率动态点云压缩

针对现有的动态点云压缩神经网络需要训练多个网络模型的问题,提出基于场景流的可变速率动态点云压缩网络框架.网络以原始动态点云为输入,利用场景流网络进行运动向量估计,在压缩运动向量和残差的同时,引入通道增益模块对隐向量通道进行评估和缩放,实现可变速率控制.通过综合考虑运动向量损失和率失真损失,设计新的联合训练损失函数,用来端到端地训练整个网络框架.为了解决动态点云数据集缺少真实运动信息标签的问题,基于AMASS数据集制作带有运动向量标签的人体数据集,用于网络的训练.实验结果显示,与现有的基于深度学习动态点云压缩方法相比,该方法的压缩比特率下降了几个数量级,与静态压缩网络单独处理每帧的重构效果相比,该方法有5%~10%的提升.

上钠腔设计对大型MOX燃料快堆冷却剂沸腾瞬态的影响研究

钠空泡反应性效应是钠冷快堆核设计和安全分析的重要内容。本文基于多群节块扩散法,采用微扰理论对1000 MWe钠冷快堆具有上钠腔结构的MOX燃料堆芯的总钠空泡反应性、空间分布、物理分项进行计算。基于钠空泡反应性的计算结果,利用中国原子能科学研究院自主开发的钠冷快堆堆芯瞬态分析程序对1000 MWe钠冷快堆进行了无保护失流事故的瞬态分析,分别对具有上钠腔设计的堆芯和无上钠腔结构的堆芯安全性进行了评价。分析结果表明,上钠腔设计大大缓解了钠冷快堆冷却剂沸腾瞬态的事故后果,为钠冷快堆堆芯的安全设计提供了重要参考。

汽车空调涡旋压缩机排气孔优化研究

针对汽车空调涡旋压缩机排气孔处气体流动变化产生的流动损失问题,对排气孔结构进行优化,以期降低流动损失并提高排气压力。通过三维动网格模型对不同排气孔结构的涡旋压缩机排气过程进行瞬态仿真,发现腰果形排气孔更大的截面积使其拥有更好的开启特性,可有效降低排气损失,提高排气稳定性。在对腰果形排气孔采取进一步扩压式优化后,发现其可以更加有效地降低排气速度并提高排气压力。

一体化加力燃烧室热态流场与特性数值研究

为满足新一代航空发动机的高推重比需求,提出一种支板与混合器一体化加力燃烧室方案,采用数值仿真方法,对比分析进口马赫数Ma (0.3~0.45),涵道比B (0.25~0.37)和不同飞行高度H(0~20 km)对加力燃烧室热态流场特性的影响。研究表明:在研究参数范围内,进口马赫数增大,壁式稳定器回流区及下游区域的燃气温度受到影响,区域内燃气温度逐渐升高,沿程径向温度不均匀性逐渐减小,总压损失增大,燃烧效率逐渐下降,但出口燃烧效率仍基本高于0.90;进口涵道比B增大,壁式稳定器下游及中心锥轴线位置的燃气温度开始下降,沿程燃气总压损失增大,燃烧效率随之升高,B从0.25增大至0.28时,燃烧效率提升较大,继续增大涵道比,燃烧效率提升较少;随着飞行高度升高,整体燃烧效率逐渐下降,在0 km和11 km飞行高度之间燃烧效率下降较少,而在20 km飞行高度时燃烧效率下降相对明显。

时空相关的道路网络短时交通流预测模型

为有效解决复杂路网短时交通流预测问题中涉及的时空特征挖掘问题,提出一种基于改进长短时记忆神经网络(Improved Long Short-Term Memory, ILSTM)的交通流预测模型.首先,通过改进的遗传算法对长短时记忆神经网络(Long Short-Term Memory, LSTM)模型初始参数进行优化获得最优参数组合,解决LSTM初始参数设置对输出结果影响较大的问题.其次,针对复杂路网多路段交通流预测中遇到的空间特征提取问题,通过挖掘相关路段对目标路段交通流预测的影响程度,重新构建LSTM模型的损失函数,采用路网中相关路段对目标路段的影响系数,以损失函数输出值最小为终止条件,构建ILSTM模型.最后,选择加州公路局交通数据进行模型验证实验,采用遗传算法优化LSTM模型(Genetic Algorithm-LSTM, GA-LSTM)和单纯LSTM模型,以及皮尔森相关系数与LSTM组合模型(Pearson Correlation Coefficient-LSTM,PCC-LSTM),对工作日和周末数据的多次实验结果进行对比分析.实验结果表明:ILSTM模型能够充分考虑复杂路网交通流的时间和空间特征,预测平均误差约为1.16%,在收敛效率和预测精度方面均优于其他模型.

面向可再生能源集成的综合能源系统熵态计算模型

综合能源系统(IES)熵态机理与分析方法为面向可再生能源集成的IES能量品质分析提供了一种新的理论基础。针对不同的能源系统规模和场景,如何系统性求解大规模能源系统熵态分布是后续系统规划、运行和能量管控等亟须解决的基础问题之一。在IES熵态理论的基础上,进一步梳理了系统熵态分布的计算体系与思路;根据熵增流求解的需要,定义了一些关键计算矩阵与计算列向量;结合IES㶲流模型和熵态网络的定义,考虑能量枢纽(能源站)熵增流转化与分配机制,建立了基于顺序求解和联立求解的IES熵态计算模型,通过算例验证了两种计算模型的正确性与有效性,并讨论了两种计算方法的异同与适用性。

不同特征波纹管内流动特性分析

为探究不同特征波纹管内部流场的分布特性,基于ANSYS CFX软件,采用进口质量流量和自由出流的数值计算条件,通过对k-ε湍流模型的数值模拟,揭示了不同弯度、波节数和大小的波纹管内部流动特性和压力场分布规律,计算了相应工况下的水头损失。结果表明:(1)波纹管的弯度、波节数和大小都对其内部流场和产生的水头损失有较大影响;(2)不同弯度波纹管内部流体域的静压和流速分布趋势整体相同,从进口至出口,管内流体的静压和流速逐渐减小,随着弯度增加,进口端流体的静压逐渐增大,出口端流体的静压逐渐减小,不同弯度波纹管波节边缘流体流速都较小,中间部位流体的流速较大;(3)波纹管弯度为180°时,随着波节数的增加,管内流体域静压的变化趋势整体相同,平均最大流速呈递增趋势;(4)波纹管弯度为180°且波节数为25时,随着波纹管整体逐渐缩小,管内流体静压与流速迅速增大,X-Y截面流体静压与流速变化趋势整体不变;(5)波纹管内流场产生的水头损失与弯度和波节数呈正相关,与大小呈负相关。为波纹管的优化设计和改进以及安装使用提供参考与合理建议。

自由活塞发动机电动压气机优化及熵产分析

为了使设计工况下匹配的增压器性能更优从而提高系统能量利用率,针对自由活塞发动机匹配的电动压气机,采用遗传算法对原压气机进行了优化,研究了优化前、后压气机内部流场特性,以熵产分析的方法量化了3种不可逆因素导致的流动损失,并将优化前、后压气机熵产和涡度分布对比分析,进一步明确了压气机的优化策略.结果表明:叶轮和扩压器中湍流耗散、传热耗散和黏性耗散的比例近乎为6∶3∶1.不可逆损失主要集中在叶顶间隙和叶片压力面,损失来源为间隙泄漏流与部分主流掺混形成的反向涡团.压壳中湍流耗散占比超过85%,具体表现为局部损失和沿程损失.优化后压气机等熵效率提高了6%,流道内涡团的范围、幅值大幅减小,不可逆流动损失降低.上述工作揭示了压气机流场中不同耗散机制的不可逆因素对能量损失的影响机理,为压气机气动优化设计提供指导.

基于SMX静态混合器的天然气掺氢流动影响研究

为了获取均匀的天然气掺氢混合气,确保掺氢燃气管道稳定、安全输送,采用数值模拟与试验相结合的方法研究了天然气与氢气在SMX静态混合器中的掺混特性及影响因素,详细分析了掺混单元数量、运行工况和掺氢体积比等因素对掺混性能的影响。研究结果表明,氢气与天然气的混合主要依赖于混合单元不断改变流动状态,实现左旋和右旋相互交替,达到均匀混合。流动损失主要取决于静态混合器内流动速度,综合考虑SMX静态混合器的压力损失和混合均匀度性能指标,采用4个掺混单元、进口气流速度10 m/s是一个优选方案。此外,增大掺氢体积比和加长流经混合器出口下游管道长度均有利于提升氢气和天然气掺混均匀度,要结合燃气管道的具体情况来确定掺氢体积比的合理范围。

动车组锥齿轮箱飞溅润滑特性及箱体结构改进

为了分析动车组齿轮箱的润滑机理,以某型螺旋锥齿轮传动齿轮箱为研究对象,运用移动粒子半隐式(MPS)法建立高精度的流场仿真模型.引入薄膜流动模型,对无滑移壁面边界条件进行改进,使移动粒子半隐式法具有预测液膜流动特性的功能.研究输入齿轮转速、初始润滑油量对箱体内壁和齿轮表面的润滑油覆盖率、油膜分布特性及功率损失的影响.结果表明,箱体内壁面的润滑油覆盖率和液膜厚度主要受润滑油飞溅效应的影响,齿轮表面受到润滑油飞溅效应和自身运动的共同影响.功率损失分析显示,功率损失与输入齿轮转速和初始润滑油油量均呈正相关关系,对高转速更敏感.对箱体结构进行改进,消除箱体凸台,扩大与输出齿轮的距离,该措施可以显著改善齿轮箱的润滑条件.

屏蔽电机内冷却循环流场及水力损失数值研究

本文采用RNG k-ε湍流模型对一屏蔽电机内部流动进行数值模拟,同时运用多孔介质模型及Ergun方程计算近似电机定子区域内流动,最终构建了基于能量守恒定律的水力损失分析理论模型,揭示了屏蔽电机内部水力损失演化过程,并结合相应流场现象进行了分析。计算结果表明,转子与多孔介质两者间隙内流体成螺旋形流动,同时较大的多孔介质阻力将导致冲击水流在此间隙前出现多个轴对称漩涡;推力轴承径向流道间的进口处出现类似叶片绕流的轴对称漩涡,同时推力轴承外流场还存在强环流;研究结果揭示了复杂的几何结构会导致产生较多漩涡,且造成较大水力损失,尤其是在推力轴承与滑动轴承间。以上计算结果可为相似电机内部冷却循环流动开展相关几何参数和结构优化提供一定参考。

壁面粗糙度对隔离段气动性能影响的数值计算

针对粗糙度对隔离段性能影响,本文开展了不同粗糙度大小、不同粗糙度分布对相同背压下隔离段内激波串发展以及对隔离段出口气流参数影响的数值计算。隔离段进口马赫数2.0,总压0.82 MPa,总温840 K。研究结果表明:与光滑壁面相比,整体布置粗糙度时,边界层转捩提前,激波串起始位置向上游移动,隔离段出口气流参数下降;当粗糙带布置在50S时,随着粗糙度的增加,激波串起始位置后移;当粗糙带布置在70S时,随着粗糙度的增加,隔离段出口气流总压恢复系数升高。因此,合理布置粗糙度位置及大小能够使隔离段具有更优的性能。

计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法

为应对日益严重的环境和能源问题,碳减排相关研究已成为重中之重,碳排放流能够辨析碳要素的流动。以此为研究背景,提出一种计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法。依据双层结构热力系统等效变换规则,构建电-气-热网络统一结构模型。在此基础上,对区域综合能源系统网络损耗实现双向分摊,碳排放流损耗等效至管线两端节点,明确网络损耗对应碳排放责任的主体。针对能源站碳责任的界定问题,在考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型基础上,推广至标准化矩阵碳排放流集线器,并采用区域综合能源系统碳排放流统一矩阵计算方法,实现站-网损耗分摊下的碳排放流计算和分析。算例结果验证了所提方法的合理性和有效性,网损的双向分摊和考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型使发电侧和用户侧更加公平地承担对应的碳排放责任,分布式多类型可再生能源的接入有利于提高全域新能源渗透率,降低站-网综合碳排放流损耗。

径流/混流涡轮性能及流动损失机理对比

针对径流涡轮高效运行域相对狭窄,无法适应发动机变海拔运行时对涡轮宽域高效运行范围的需求问题,结合试验和仿真方法对比分析了相同流通能力的径流涡轮与混流涡轮的性能特征与流动损失机理,结果表明:混流涡轮效率较径流叶轮全工况下平均提高4.5%,且混流涡轮性能随着负荷变化的趋势更为平缓,全工况下效率变化范围较径流叶轮下降30%~50%.损失分布研究表明,混流涡轮在叶尖附近区域损失较径流叶轮下降约60%.流动机理分析表明,不同负荷下混流叶轮的气流角分布更为均匀,尤其是低负荷时叶尖附近的气流角较径流叶轮明显降低,叶尖泄漏涡的尺寸和造成的损失大幅下降,因而混流涡轮的低负荷涡轮性能明显改善,变工况适应性有效提高.

1000 MW水轮机多工况运行水力损失及熵产特性分析

为研究1000 MW混流式水轮机组多工况运行时产生的水力损失,使用SST k-ω湍流模型进行数值模拟计算.根据热力学第二定律,基于熵产理论对3种常见出力工况下的水轮机进行水力损失研究,主要是对流动过程中的熵产分布和流场进行分析,从而得到水力损失的具体空间分布情况.研究结果表明:湍流熵产和壁面熵产占水轮机系统总熵产的99%以上,时均速度引起的直接熵产几乎可以忽略不计.熵产主要集中在导叶、转轮和尾水管3个部件,导叶无叶区的高速流动造成较大速度梯度,使得高局部熵产(LEPR)出现在无叶区.转轮内的回流、流动分离等不稳定流动,使得高LEPR区出现在转轮叶片的前缘和尾缘处.尾水管在额定出力下流态最好,偏额定出力工况会在直锥段出现螺旋状涡带或直柱状涡带,且在靠近入口的直锥段中心出现局部回流,导致高LEPR区出现在此处.导叶和转轮在超出力工况产生较大的水力损失,尾水管则在低出力工况下的水力损失较大.