新型高效中部阻波腔式气波管性能研究

气波制冷机气波管内的运动激波,在管内封闭末端将反射回行。若反射激波回到气波管开口端,会加热已膨胀制冷的开口端气体,严重降低制冷效率。考察分析已有高效的末端吸收腔式气波管,其衰减和阻止反射激波的效果还不理想,因此提出了一种中部阻波腔式气波管结构。通过对管内运动波系的对比分析,揭示了该中部阻波腔的综合作用机理:不只是对反射激波进行阻减,还能将其重新折回气波管后段,且将部分入射激波反射成膨胀波,与逃出阻波腔的反射激波相抵消,共同遏制反射激波回到气波管开口。CFD数值模拟表明,与已有广泛应用的末端吸收腔式气波管相比,新型气波管可使高于第二高效注气频率对应的制冷效率相对提升7%~11%,波谷提升约18%,使制冷效率曲线趋于平坦;而将中部阻波腔与已有的末端吸收腔共用,组成双腔式气波管,还能使低、中频注气时的制冷效率相对提高6%~8%,效率曲线更平。又以单管模型机实验测量对比三种型式气波管的制冷效率,证明了新型气波管的高效和效率曲线的平坦性能;实验三种气波管制冷效率幅度的差别和趋势,以及效率峰值、谷点所对应的注气频率,都与模拟结果相符。

气波管内波系影响因素的实验研究与数值模拟

建立了一套气波单管机实验装置 ,系统地研究了不同实验条件下接受管端部加入一种特制的蓄冷填料后入射气体与反射激波强度的变化 ,考察了削弱激波能量对制冷效率的影响程度。利用这种方法对现有气波制冷机进行改造比较简单 ,制冷效率提高幅度可达 5 %左右。建立了管内非定常流动与管壁传热数学模型 ,对接受管内激波的流动进行了数值模拟 ,计算结果与实验测量值趋势相同 ,可为气波制冷机的改造、设计及优化提供理论上的指导。

气波管末端边界条件对制冷效率的影响研究

建立了一套实验装置 ,对气波机制冷效率的影响因素进行了研究 ,初步考察了气波机接受管端部加入制冷填料后对效率的影响。实验测量了气波机制冷效率的变化情况 ,给出了接受管壁温度的分布曲线图 。

基于内聚力模型的气波机振荡管304对接钎焊接头拉伸强度研究

气波机核心部件振荡管采用钎焊连接,钎焊接头拉伸性能对气波机结构强度具有重要影响。为了对钎焊接头界面裂纹扩展过程进行探究,笔者针对气波机振荡管钎焊结构,制备304对接钎焊接头试样进行拉伸试验,并对拉伸断口进行形貌分析,断口处表现为韧性断裂;基于内聚力模型,开发了VUMAT子程序,进行了有限元模拟分析。模拟断裂载荷为5 039 N,试验值为5 242 N,2者误差为3.9%,验证了模拟的准确性,结果表明内聚力模型可以较好地模拟气波机振荡管钎焊接头的裂纹萌生与扩展过程。在此基础上研究焊缝缺陷对钎焊接头断裂载荷的影响,发现缺陷处内聚力单元损伤速率加快,引起断裂载荷显著下降。

气相爆轰波凹面反射过程尺度效应的实验研究

了解气相爆轰波的凹面反射是研究爆轰波在环形管道条件下传播机制的基础。文章针对气相爆轰波凹面反射问题中存在的尺度效应进行实验研究,得到三波点轨迹和临界壁角与几何尺度之间的定量关系,发现了类似于爆轰波楔面马赫反射的尺度效应和2个极限(冻结和平衡极限);进一步研究发现尺度效应高度依赖于2个特征长度尺度(胞格尺寸λ和凹面曲率半径R)。以上研究可为高性能航天推进系统燃烧室的设计提供理论参考。

斜流式气波制冷机制冷性能数值模拟研究

提出一种波转子为锥形结构的斜流式气波制冷机,能够提供一定的离心效果.建立了从0°(轴流式)至90°(径流式)不同锥角的波转子数值模型,通过Ansys Fluent模拟其增压和制冷性能.在同样的工况和结构参数下,斜流式气波制冷机具有比轴流式更高的循环压差,比径流式更低的轴功消耗,其制冷效果高于二者且随锥角增大先增大后减小,在锥角为12°时达到最优,制冷温降和等熵效率相较轴流式分别高9.59℃和13.8%,相较径流式分别高20.48℃和30.9%.然后固定锥角12°,探究一定范围内转速和压比对性能的影响.结果表明,增压效果随转速增大而提升,制冷效果在转速2500 r/min时最优;压比增大会使循环压差降低,但制冷温降和等熵效率均有所提升.

重力跳变引起的贮箱内气液界面波传播规律

随着航天技术的进步,航天任务复杂性的不断提高,对液体火箭发动机多次关机重启的要求日益普遍,相应地对推进剂管理系统的要求也越来越严格。关机滑行期间,贮箱内重力水平减弱,毛细力开始成为主导作用力,液体推进剂在毛细力的作用下可能脱离排液口,使得供给发动机的推进剂夹气,导致点火失败。为了确保发动机在经历自由滑行后能顺利重启,就必须考虑贮箱内气液界面如何响应重力和加速度水平改变的问题。针对常用构型和尺寸的空间贮箱,数值模拟了不同Bo数下气液界面波的传播,研究了不同Bo数下界面波传播的机制,发现了贮箱内界面波的传播速度随着Bo数的增加而增大,并得到Bo数从1~5000范围内描述界面波传播规律的Fr数与Bo数之间的标度关系。

气波两相作用规律及增压特性研究

波转子作为一种非定常流动设备,工作时膨胀侧和压缩侧被接触面隔开,可以实现传统压缩机无法完成的两相增压过程.有机工质在波转子内会发生复杂的相变流动,其气波作用规律及增压特性研究是一项重要工作.为此建立了有机工质两相激波管数值求解模型,计算得到了激波管内气波两相作用规律及增压特性.结果表明:两相激波管闪蒸增压过程中,不仅发生了液体闪蒸,还存在气体再冷凝现象;对于纯液相闪蒸增压,在初始压比为6的情况下,R134a的一次增压比可以达到1.7,且在相同条件下R134a的二次增压比要比R23的高17.4%;对于不同液相体积分数下的闪蒸增压,部分液相闪蒸随着液相体积分数的增加,增压效应逐渐减小.

气体波动引起的弯曲流道气波机振荡管结构动态响应研究

弯曲流道气波制冷机内气体波动引起的振动行为复杂,而二维数值计算不能对其进行真实的模拟,且实验过程中难以采集气波机的振动信号。为了解决以上问题,对弯曲流道振荡管结构动态响应进行了研究。首先,基于流固耦合数值模拟方法,开发了双开口弯曲流道气波机波转子三维非定常流体流动模型,并对模型进行了可靠性验证;然后,采用傅里叶变换技术提取了振荡管内不规则压力激励载荷,分析了非定常流体激励载荷时域和频域分布规律;最后,分析了波动压力下振荡管结构的动态位移场和应力场,计算了气波机波转子系统固有频率,与相同参数下的直流道振荡管进行了对比。研究结果表明:相对于直流道振荡管,弯曲流道气波机振荡管的最大振幅增加了1.74倍,不利于结构安全运行,但幅值在10-2 mm以下,满足工程设计要求;虽然,振荡管插片振动频率与流激力载荷频率相近,但远离波转子结构的固有频率,因此不会引发结构共振和激烈的强迫振动,能够确保气波机安全平稳地运行。

多分量裂缝预测技术研究及其在川南页岩气工区的应用

与常规油气相比,页岩中普遍含气,但是单井的产量变化大,通过改造形成裂缝网络的页岩气井才具有工业开发价值。目前,页岩裂缝预测的方法较多,大多数是基于纵波地震资料的,而利用多分量地震资料预测裂缝发育区仍是研究人员探索和努力的方向。这里首次运用转换横波地震资料对页岩气的裂缝发育情况进行预测研究。首先,利用转换波模型正演,结合多波地震资料对比识别页岩的小断裂、小断层。其次,通过基于横波分裂特性的裂缝预测技术对高角度的裂缝走向和密度进行预测。通过四川盆地实际资料应用表明,多分量裂缝预测技术能够有效识别页岩气的裂缝发育情况,多分量裂缝预测效果明显优于纵波叠前裂缝预测,成果更加合理。

浅海地震采集缆—源空间组合对激发子波特性的影响分析

地震资料分辨率低是当前渤海油田深层地震勘探面临的突出问题,而改善该问题首先须在地震采集尤其是震源设计方面寻求突破,但鲜有针对渤海浅水条件下的拖缆与震源空间组合研究的报道。为此,首先分析了渤海浅水条件下气枪脉冲的传播特征,确定了影响气枪脉冲传播的主要因素;再基于非理想气体条件气枪子波模型对浅水条件下单枪子波进行模拟,研究了考虑缆鬼波时子波及其频谱特征,提出采用考虑缆鬼波的子波对震源性能进行评价的方法;然后以渤海油田渤中地区实际地理和地质条件为基础,设计了不同缆—源沉放深度组合、震源平面展布的模拟试验,系统分析了渤海浅水条件下拖缆、震源空间组合对子波及其频谱的影响规律;最后将文中总结的规律认识和震源设计技术应用于渤中二次数据采集,并对比该区新、老三维拖缆单炮数据,验证了所提方法的正确性,对渤海浅水区气枪震源的优化设计及评价具有指导意义。

高效气波冷凝装置流动及热力学特性

利用空气动力学理论,建立高效气波冷凝波图,采用二维周期性边界模型,以理想气体为介质对高效气波冷凝分离装置流场、温度场进行数值模拟,优化气波冷凝波图,预估装置内部结构参数。建立冷凝系统热力循环模型,对其热力学特性进行分析。同时搭建实验平台,对影响系统的主要参数进行了研究。实验结果表明:利用激波增压回收高压气源压力能,可以有效恢复脱湿干气压力能。通过回收脱湿干气冷量,预冷下一循环高压进气,可以获得更低冷凝温度。该装置制冷效率存在单值最优点,高效气波冷凝实际内部膨胀效率约为63%,脱湿干气压力能最高恢复90%,且随着制冷压比增大而降低。

脉管式气波制冷的实验研究

简介了同时利用压力能制冷的气波制冷与脉管制冷的原理， 并对影响其效率的因素进行分析， 并进行了管长、转速、充排比等对其效率影响的实验研究， 得出了一些有益的结论。最后对脉管制冷与气波制冷的耦合进行了探讨。

端口夹角对气波引射器性能的影响和预测

端口夹角是影响气波引射器性能的重要结构参数。通过数值模拟和实验研究探讨了端口夹角对气波引射器性能的影响机理,并得出了装置最佳端口夹角的预测方法。气波引射器存在一个最佳的端口夹角ψopt:当端口夹角大于该值时,等熵效率明显下降;若端口夹角小于最佳值,中压压力小于极值中压压力时,等熵效率随夹角的减小稍有降低,中压压力大于极值中压压力时,等熵效率急剧下降。数值模型的计算结果与实验值相一致,本文所建数值模型可准确预测最佳端口夹角。入口气体状态恒定时,最佳端口夹角不随中压压力的变化而改变,随转速的增大而线性增大。上述结论对气波引射器的设计和性能优化具有指导意义。

考虑多种因素影响的海上地震勘探气枪震源单枪子波数值模拟(英文)

在分析Ziolkowski气泡振动模型局限性的基础上,建立了多种实际因素影响下的海上地震勘探单枪子波模型。此模型考虑了气泡壁的热传导作用、枪口节流作用、气泡上浮、液体粘度和枪体本身等对气枪子波的影响。相对于Ziolkowski模型,改进模型所模拟的气枪子波主峰值减小,气泡振动衰减加快,与实测子波吻合性较好。实验分析表明:(1)枪口节流作用控制着气枪脉冲峰值振幅的大小,(2)上浮过程中气泡周围静水压力值减小,气泡振动的周期随之改变,(3)热传导作用和流体粘度是引起气泡振动衰减的主要因素。

气波制冷效率影响因素的实验研究

通过实验本文研究了气波制冷机工作管充气时间,分界面混合效应以及工作管内反射激波等因素对气波制冷效率的影响,并结合管内流动波图对实验结果进行了分析,提出了采用激波吸收腔缩短工作管长,消除反射激波,提高制冷效率的方法。

大容量气枪震源子波时频特性及其影响因素

通过分析福建街面水库气枪实验的近场水听器记录,研究气枪子波时频特性及其受沉放深度和工作压力的影响,并结合气泡模型解释气泡振荡过程。数据分析表明:1气枪子波由主脉冲和气泡脉冲组成。主脉冲振幅大,持时短,频带宽,通常应用于浅部探测;气泡脉冲能量集中在低频段,垂直穿透深,水平传播远,通常应用于深部探测。2随着沉放深度的增加,主脉冲振幅变化很小,而气泡脉冲振幅增加,初泡比减小,气泡周期减小,低频段主频增加。沉放深度为10m时,主脉冲振幅和初泡比最大,可应用于浅部探测;沉放深度为25m时,气泡脉冲振幅很大,初泡比最小,可应用于深部探测。3工作压力增加时,主脉冲振幅、气泡脉冲振幅、初泡比、气泡周期等随之增大,低频段主频则减小。

脉管制冷与气波制冷耦合的研究

介绍了一种耦合脉管制冷与气波制冷技术的新型制冷机脉管式气波制冷机。分析了脉管式气波制冷机的制冷原理 ,对脉管制冷与气波制冷的耦合性进行了试验研究。同时 ,对振荡管长度、气体分配器的转速等影响脉管式气波制冷机性能的因素进行了试验。通过研究 ,获得了一些有益的结论 。

气枪震源的理论子波研究

以经典的自由气泡振荡理论为基础 ,重点剖析了国外两种最具代表性的气枪子波理论模型。通过大量的实例计算和分析论证 ,并结合气枪子波实测资料 ,在旧模型的基础上提出了气枪理论子波修正数学模型。将修正模型用于实例计算 ,所得理论计算结果与实测子波非常接近 ,从而验证了修正模型的可靠性。利用计算的理论子波可以进一步作气枪阵列优化分析 ,这为现场的气枪阵列设计提供了参考依据。

脉管制冷与气波制冷之比较

介绍了气波制冷与脉管制冷的原理与发展简况，对这两种利用压力能的制冷方式，着重在结构、特点、应用场合和主要理论模型等方面进行了较详细的对比。