土壤蒸汽消毒机的脉动燃烧器喷管结构及工作特性

为解决因连作障碍等引起的设施园艺中土壤病虫害防治问题,拟开发一种以脉动燃烧器为热动力源的土壤蒸汽消毒机。根据土壤蒸汽消毒机的最小蒸汽量为100 kg/h,确定脉动燃烧器的最小功率为28.2 kW。脉动燃烧器主要由燃烧室与喷管组成,采用长度为200、400、800、1000 mm的直喷管和800 mm的弯喷管,通过法兰拼接组合成不同长度的直喷管(600、800、1000、1400、1600、1800、2200、2600、2800、3000 mm)和弯喷管(800、1600 mm),研究不同喷管结构对脉动燃烧器启动性能、工作稳定性能等的影响。结果表明:喷管长度在800~2600 mm启动;工作频率与压力振幅呈线性关系,频率高,压力幅值大;同一长度直喷管的燃油消耗率、频率与压力振幅均大于弯喷管的,且油门开度2、3、4时弯喷管燃烧器压力振幅标准差小,具有更好的稳定性;喷管长度为1800 mm左右的直喷管脉动燃烧器性能最佳。故选择喷管长度为1800 mm的弯喷管脉动燃烧器作为土壤蒸汽消毒机蒸汽发生装置热源,既能保证脉动燃烧器的工作特性,又能促使蒸汽发生装置小型化。

喷管结构对甲烷微混燃烧特性的影响研究

微混燃烧是一种具有潜力的低污染燃烧技术,而作为基础单元的微管结构对燃烧特性有显著的影响。以单元微管模型燃烧器为对象,在空气预热加压和常温常压2组工况下,使用计算流体力学方法分析了不同微管直径、微管后段长度、火焰筒微管面积比时的甲烷微混燃烧特性。数值模拟结果表明:常温工况的火焰长度明显增长,并且增幅受到微管直径和面积比的影响较大;随着微管直径增大,火焰筒内流场和温度场基本相似,无量纲火焰长度变化不大,但是微管直径更小时2组工况的火焰长度变化更小,具有更好的适应性;随着微管后段长度增加,微管出口湍流强度大幅降低,火焰长度明显增加,2组工况下火焰长度的变化趋势较为一致;随着火焰筒与微管面积比增加,火焰长度有先缩短后增长的趋势,而面积比在4.0~9.0时火焰长度较短,燃烧性能较好。研究结果对燃气轮机燃烧室具有参考价值,对自由射流火焰也有一定的参考意义。

单元塞式喷管结构对性能影响的数值研究

从N S方程出发 ,采用二阶精度的NND格式对塞式喷管的流场进行了数值模拟。重点研究了单元喷管的倾角和塞锥的截断长度在偏离设计高度时对性能的影响。结果表明 ,不管是在低于还是高于设计高度 ,随着倾角的增加 ,内喷管对推力的贡献在减小 ,塞锥和底部对推力的贡献却增大 ,而侧喷管的最佳倾角却基本相同 ,都在全长型塞式喷管设计角度附近。截断后的塞式喷管虽然减小了重量 ,但不管是在低空还是高空 ,性能均低于全长型塞式喷管 。

喷管结构对纳米石墨片喷射速度及汇集特性影响

喷管作为纳米石墨片喷射成型过程中核心部件,其结构设计合理与否对纳米石墨片喷射速度以及汇聚特性有重大影响。在微粉喷射成型圆形截面喷管结构的研究基础上,对其直管段进行了改进,以椭圆形变截面或矩形变截面代替原有的圆形截面,并采取数值模拟方法分析了上述三种喷管对于微粒喷射速度及其分布范围的影响,研究表明,椭圆形变截面打印喷管效果要明显好于矩形变截面和圆形截面喷管,最后通过实验研究验证了数值模拟结果的正确性。

异纤分拣机剔除喷管结构参数对其性能的影响

为探究不同异纤分拣机剔除喷管结构及其参数对喷管性能的影响,采用数值模拟分析方法,对上扩口喷嘴、下扩口喷嘴、锥形喷嘴、矩形喷嘴4种剔除喷管喷嘴结构及参数的三维流场进行模拟仿真,得到入口压力0.6 MPa下剔除喷管入口质量流率、外部空气流场域内40 mm截面位置速度及内、外喷嘴位置速度衰减曲线。结果表明:除矩形喷嘴外,其余3种喷嘴结构均能提高喷管性能,其中上扩口喷嘴喷管性能相对最优,截面平均速度和最大速度相对原始喷管最大分别提升33.4%和12.9%;下扩口喷嘴喷管相对于原始喷管截面平均速度增大11.6%,且入口质量流率减少0.17%;锥形喷嘴喷管在整体速度分布上优于上扩口喷嘴喷管,但入口质量流率上升较大。

钨渗铜喉衬复合结构喷管热-结构耦合分析

为研究某复合结构喷管的传热特性,并计算喷管工作过程中喉衬受到的热应力,针对某型发动机钨渗铜喉衬复合结构喷管,建立了喷管内流场与结构耦合的三维计算模型,采用计算流体动力学软件Fluent对复合结构喷管的稳态流场和传热过程行了数值仿真,得到了喷管的流动参数和固体域温度场计算结果。采用单向流固耦合计算方法,分析了钨渗铜喉衬在不同时刻下的热应力。分析结果表明,喷管固体域温度随时间推进逐渐升高,隔热层最高温度出现在入口等直段,达到约2800 K,喉衬最高温度出现在喉部,达到约2100 K,温度变化率在固体域材料交界面处出现明显间断;喉衬的热应力随温度升高而增大,背壁出现两个明显的压力峰值,大小约为135 MPa和90 MPa;最大应力出现在喷管内壁面喉部附近,大小约为155 MPa。

基于热解动力学的喷管耦合传热数值研究

为研究不同膨胀状态下的复合结构喷管传热特性以及碳/酚醛材料耐烧蚀层的烧蚀特性,本文基于有限体积法编制了一套耦合传热程序,湍流模型采用k-ωSST模型。该程序分别采用二维轴对称N-S方程和二维轴对称热传导方程求解流体域和固体域,耦合传热通过热流密度相等、温度连续的方法实现。并结合热解动力学模型获得了碳/酚醛材料耐烧蚀层的热物性参数随温度和时间的变化关系。采用钝头碳/酚醛试件的气动加热算例验证了该程序的准确性,再对某碳/酚醛材料耐烧蚀层、碳/碳喉衬的复合结构喷管在不同膨胀状态下的传热特性进行了数值仿真研究。结果表明:在发动机工作初期,炭化层厚度沿喷管轴向分布与温度分布趋势相近,随着发动机工作时间增加,由于喉衬对碳/酚醛材料的热传导,使与喉衬交界面成为扩张段内炭化层厚度最大区域;当扩张段出现流动分离,分离点处炭化层厚度较大,之后沿轴向逐渐降低直至为零。

CFM56—7BE喷管结构试验

新型CFM56-7BE发动机将于明年进行试飞，负责研制的CFMI公司目前正在大陆航空公司的波音737-900ER试飞平台上进行该发动机喷管结构的验证试验。试验中左翼发动机采用结构改进后的发动机．而右翼发动机依然是标准布局的发动机。

基于双向流固耦合方法的柔性变结构喷管性能分析

为研究柔性变结构喷管的高度补偿潜力,利用ANSYS平台,基于双向流固耦合方法,对柔性变结构锥型喷管进行数值模拟,分析了飞行高度和柔性材料的弹性模量对喷管性能的影响。模拟结果表明,随着飞行高度的升高,柔性喷管变形加剧,喷管内部流场呈现出膨胀波-激波-膨胀波的波系特征,喷管柔性段壁面的最大变形量和最大应力逐渐增大。当材料弹性模量>100MPa时,喷管柔性段型面变形对流场的影响可以忽略。研究显示,该柔性喷管的低空比冲显著高于传统喷管,高空比冲仅略低于传统喷管,其6km设计高度下较传统喷管有1.462%的高度积分比冲增益。

销钉连接的复合结构喷管强度分析及其壳体厚度优化

利用有限元法对复合结构喷管进行强度分析,分别得到了应力场和应变场;利用响应曲面法对喷管结构进行优化,并对设计变量的敏感度进行分析。结果表明,金属层应力较大,其余部分较小,且最大应力点出现在连接销钉上;喷管结构在优化后质量减轻了1.9%;喷管壳体前端壁厚对喷管总质量影响最大;长尾管壳体末端壁厚对喷管壳体的最大应力影响最大。研究结果对喷管的设计和工程应用有一定的参考价值。

水力深穿透工具喷管送进的理论分析

在水力深穿透工具喷管送进系统结构分析的基础上建立了系统受力模型, 得出控制喷管送进的基本参数关系。分析了喷管在喷孔内的受力, 指出喷管在喷孔内所受的阻力是影响喷管送进的主要因素, 据此调节喷管送进控制液缸控制腔的压力可控制送进速度和限制最大推力。喷管在喷孔内主要处于承受轴向张力状态, 喷嘴对喷管的牵引作用是柔性喷管能顺着喷孔送进到较大深度的主要原因。保证喷嘴、喷管结构的轴对称性是防止喷管后段成为受压缩状态、乃至导致摩擦锁止的关键。

固液火箭发动机多界面喷管瞬态传热特性研究

固液火箭发动机的喷管一般采用被动热防护结构形式,为了满足固液火箭发动机200s长时间工作的要求,采用碳陶复合材料、钨渗铜高温合金和高硅氧酚醛树脂等设计了三种喷管结构方案。首先基于固液火箭发动机的燃料热解模型和化学反应模型,计算分析了固液火箭发动机的燃烧流场;随后结合烧蚀反应机理,建立了喷管瞬态热传导和烧蚀仿真模型,对喷管热防护材料内部的传热特性进行了计算分析。开展了相应的地面热试车试验,对仿真结果进行了验证。同时对三种不同方案喷管结构的传热特性进行了仿真计算,分析了固体药柱内径在工作过程中变化对喷管传热性能的影响,发现药柱内径会改变燃烧火焰层结构,进而影响喷管壁面的温度分布和热流分布,热流密度在喷管喉部位置达到最大值。

超燃冲压发动机可调尾喷管多目标优化设计

针对超燃冲压发动机宽马赫数、攻角范围内高性能工作要求,建立了基于试验设计方法和代理模型的可调尾喷管多目标优化设计方法,获得了尾喷管结构随马赫数和攻角变化的调节规律。以推力系数、升力系数和力矩系数为优化目标,以三次型线尾喷管为对象,采用遗传算法优化设计,得到Pareto最优解集;以一组Pareto最优解为基准在不同马赫数和攻角下进行尾喷管变结构设计优化,拟合得到尾喷管结构随马赫数和攻角的变化曲线。仿真结果显示了理论分析的正确性,并发现:变结构设计实现了尾喷管大范围高性能工作;尾喷管性能和几何参数,飞行状态参数均高度非线性,任一个改变都会影响其性能;采用试验设计方法和代理模型,能大大缩小优化设计时间,简化设计过程。

喷射流场及其辐射声场数值模拟

为研究喷管结构对射流噪声的影响,采用大涡模拟对不同截面形状喷口形成的非定常湍射流场进行了数值模拟.在流场计算的基础上,结合Ffowcs Williams-Hawkings积分方程对远场声场进行了计算,得到不同喷管结构对应的湍射流场的流动结构及其辐射噪声的频谱特性.计算结果表明,椭圆形截面喷管的出口附近存在大量的旋涡结构,增大了射流边界层处的气流掺混,从而降低了射流核心区的长度,有效抑制了喷射噪声,在5种不同结构的喷管中,椭圆形截面的喷管对应的辐射声压最低,而矩形喷管对应的辐射声压最高;在射流方向的30°～75°扇形区域内,辐射声信号最强且存在明显的指向性.

基于射流动力学特征的协流喷管的数值研究

为合理确定协流喷管的设计参数,采用数值仿真方法研究了喷管结构(拉瓦尔、直管、曲线收缩、直线收缩)和工作压力(过膨胀、刚好膨胀、欠膨胀)对流场动力学特征(射流的速度、扩散性、卷吸和动能)的影响。研究表明:拉瓦尔喷管和直管产生的射流其速度和动能衰减较慢,扩散和卷吸较弱;射流轴向速度衰减速率、扩散率和动能衰减速率与工作压力负相关;射流卷吸常数随工作压力升高而增大,但当喷管出口处于刚好膨胀或过膨胀状态时,卷吸常数趋于某一特定值,值的大小与喷管结构相关。协流细水雾灭火系统的协流喷管结构采用拉瓦尔喷管和直管能够得到更好的协流效果。

复合结构喷管烧蚀形貌的测定及其对流场的影响

为研究烧蚀形貌对固体火箭发动机喷管的影响,采用激光扫描技术对石墨/高硅氧复合结构喷管的烧蚀形貌进行了测量,测量结果显示:两种热防护材料的交界面处产生了烧蚀台阶,收敛段内烧蚀台阶在两种材料的交界面处,而扩张段内的烧蚀台阶在交界面下游。根据所测喷管的平均烧蚀速率,反推出3个不同时刻喷管的烧蚀型面,并以此为模型对流场进行数值模拟,研究烧蚀引起的喷管型面变化对喷管内流场、壁面传热及发动机性能造成的影响,计算结果表明:扩张段内的烧蚀台阶处会产生回流区,加剧当地对流换热,台阶附近还会形成膨胀波和斜激波,对主流区域造成显著影响;而收敛段内的烧蚀台阶对主流区影响较小,与烧蚀前相比,此处台阶上游对流换热强度减弱;烧蚀台阶的出现会改变喷管壁面处的压力分布,导致发动机出现推力损失。

引射冷却系统设计与数值模拟

采用复合可压流法和考虑粘性影响的一维流法设计了满足最大次流流量的引射喷管冷却结构,并采用Delphi语言开发了具有友好人机界面的设计应用软件,对引射喷管抽吸特性规律进行了研究,利用Fluent商用软件进行了设计引射喷管结构的数值模拟,验证了计算方法的有效性。

一种微型喷涂装置

由海梅山钢铁股份有限公司肖爱民、张晖、刘婕共同发明设计的实用新型涉及一种喷涂装置，特别涉及一种微型喷涂装置。主要解决受到冲刷易磨损微小间隙面的无法清理和进行耐磨处理的技术问题。本实用新型的技术方案为：一种微型喷涂装置，包括引料喷头、吸料口、压缩空气进气口、枪柄和压缩空气调节阀，引料喷头内腔为扩压式喷管结构，

基于火焰对冲及TVC驻涡技术的高效燃气灶

天然气作为传统家用燃气,具有安全性高、能量密度大、污染小的优点。但现有家用燃气灶燃烧效率普遍较低,有些甚至低于国家最低标准。为了充分利用燃气能量、提升燃气灶燃烧效率,设计了一种利用先进燃烧原理的新型高效家用燃气灶。通过构建半封闭式燃烧室,利用拉瓦尔喷管结构、多射流切圆结构、火焰对冲技术、TVC驻涡结构,使燃烧室内燃气与空气混合更加充分,灶具内形成大量涡旋卷吸未完全燃烧气体进行二次燃烧,从而降低尾气中有害气体成分。装置实现了先进燃烧技术的民用化改进,极大提高了燃气灶燃烧效率,具有较高的节能减排效益。