高负荷氦气压气机矩形叶栅流动分离特性

针对高负荷氦气压气机叶栅流动分离问题,以某高负荷氦气矩形叶栅为研究对象,采用SST湍流模型加γ-Reθ转捩模型进行了数值模拟。分析了不同负荷、弯角及弯高的高负荷氦气压气机矩形叶栅的流动分离结构和特性。研究结果表明,马蹄涡压力面分支是矩形叶栅角区集中脱落涡和壁角涡形成的主要原因;随着攻角和负荷的增加,叶栅吸力面的分离形式由开式分离向闭式分离转化;而采用恰当的弯高和弯角可以有效抑制流动分离,改善高负荷氦气压气机端部流动状况,减小流动损失。

单级轴流氦气压气机空气模拟气动性能数值分析

HTGR-10模块式高温气冷堆作为第四代反应堆型具有系统简单、安全可靠和经济性能优越等特点。而氦气循环透平发电机组的氦气压缩机性能,将成为发电是否高效的决定因素之一。本文利用Numeca数值模拟软件对一亚音速轴流氦气压气机试验机进行了气动性能及准数关系研究,分析了气流在叶栅中的流动机理,探讨了等雷诺数下相似准数对压气机叶片性能的影响。结果表明:采用空气工质模拟氦气压缩,在马赫数小于0.4工况下对压气机的通流流动影响很小,基本可以忽略;采用大于0.5的反动度,增加正预旋可以使效率维持较高的水平;在马赫数较小的情况下,绝热指数k不会对相似模拟产生大的影响。

燃料棒内氦气压力无损检测的数值模拟

用数值模拟的方法对一种用温度测量进行燃料棒内氦气压力无损检测的方法进行了模拟计算,该方法的基本原理是氦气在不同压力下具有不同的传热特性。采用二维差分模型,编制了用于计算燃料棒内瞬态二维温度分布的程序RODTRAN,计算模拟具有不同氦气压力下元件棒在一端固定热源温度加热后所形成的温度分布随时间的响应特性。通过用RODTRAN程序计算各种不同压力情况下的燃料棒动态传热特性,发现利用x=14.5 cm处的包壳表面升温速率可以推算燃料棒内的氦气压力,氦气压力的测量精度可小于5%,也就是说可以区分1.9 MPa和2.0 MPa的压力差别,此时的最大温差可达0.5℃,同时也发现压紧弹簧段的温度响应比铀芯块段要快。所得到的结论,可为氦气压力无损检测装置的设计提供很好的技术支持。

氦气压气机叶型气动特性研究(英文)

以高温气冷堆氦气轴流压气机叶型气动特性为研究对象,结合优化算法与现代流场模拟技术研究了氦气压气机叶型的设计特点和损失特性。数值模拟采用SST湍流模型和γ-Reθ转捩模型,考虑了氦气附面层转捩对叶型损失的影响。对比低速空气压气机叶型和CDA叶型,研究了具有低损失和宽广工作范围的氦气压气机叶片表面压力分布特点及其附面层发展特点。研究结果表明,优化叶型在保持设计工况下损失基本不变的情况,大幅度地增加了氦气叶型的低损失攻角范围,并减小了不同攻角时叶型的落后角。优化叶型在正攻角情况下,附面层转捩显著推迟,氦气压气机叶型损失得到有效控制。

高负荷氦气压气机的气体流动特点与改型设计

从氦气工质的特点入手,分析了氦气压气机设计参数选取区别于以空气为工质的压气机的特殊之处,重点分析了提高氦气压气机负荷的参数选择特点。由于氦气热物性与空气差别较大,气流经过压气机时的马赫数通常较低,造成单级压比较低,所以,氦气压气机的通流尺寸通常变化较小。为了提高单级负荷,减少压气机级数,需提高各级反动度。本文以多级氦气压气机为例,通过数值模拟分析了该压气机的三维流动特点,并进行了改型设计。

氦气压气机高压级实验研究及性能分析

针对高温气冷堆(HTGR)一回路氦气轮机直接发电装置的氦气压气机中,工况最为恶劣的高压级进行性能研究。首先通过实验方法研究了高压级实验叶栅的气动性能,然后采用数值模拟的方法进一步分析其性能,给出了40%～130%设计转速的流量-压比和流量-效率特性曲线,并进行了叶栅内部流动分析。实验研究和数值模拟结果表明,此氦气压气机高压级性能较好,可应用到氦气压气机整机研制中。

氦气压力对碳纳米管形成的影响

用热重分析（TGA）和差热分析（DTA）研究直流碳弧法中氦气压力对阴极沉积物一含纳米管碳灰中碳纳米管形成的影响、并与C60／70和石墨的DTA曲线比较．结果表明：在研究范围内，氦压越高，碳纳米管与碳纳米粒子的比率越高．可用控制氦气压力调整碳纳米管与碳纳米粒子的比例．

新型高负荷氦气压气机的三维级性能研究

按照传统空气设计规律设计的氦气压气机存在级数较多的问题.为了提高氦气压气机的级压比以减少级数,采用适合于氦气压气机的新型基元级速度三角形理论进行高负荷氦气压气机的三维级气动设计,应用CFD软件对其三维级流场进行数值模拟,同时进行了与常规设计准则的对比研究.研究结果表明,高负荷基元级沿径积叠成三维级是可行的;相同条件下,高负荷设计三维级方案设计点的级压比达到1.138 8,级压比是常规设计的2倍多,且效率还能维持高达89.86%的较高水平.

某氦气压气机三维优化设计

对某氦气压气机设计方案三维数值模拟计算结果特点进行分析,指出了三维优化改型设计方向和指导原则,通过调整叶片厚度分布、叶片尾缘型线曲率和采用端弯技术等方法,对原型氦气压气机气动设计方案进行了全三维优化设计,对比分析三维优化设计前后数值模拟计算结果,三维优化设计后压气机效率提高2个百分点,有效控制了二次流动进一步发展。

氦气压气机反动度与流动损失关联性分析

多级轴流氦气压气机是氦气轮机的关键部件之一,通常采用高反动度设计提升单级焓增以减少级数,但经验表明高反动度往往导致效率降低,因此在采用高反动设计时有必要澄清反动度对流动损失的影响。本文以不同反动度的氦气压气机为研究对象,利用计算流体动力学(CFD)方法详细分析了基于氦气流动的压气机叶片通道内部的叶型损失、角区损失和叶顶泄漏损失与反动度的关联性。结果表明,在100%反动度动叶和50%反动度静叶中,由于通道内相对速度较高,导致叶型损失更大,且随着反动度增高,动叶中的负荷提高导致叶顶泄漏处的损失加大,同时,静叶弯曲角的增大和展向压差使得静叶角区分离流更为严重。在100%反动度下,叶顶泄漏损失占动叶栅损失的53%,角区损失占静叶栅损失的60%。此外,本研究基于空气压气机叶型损失模型,通过物性分析优化了适用于氦气压气机的叶型损失模型。

叶顶间隙与轴向间隙对氦气压气机气动特性的影响

氦气压气机是高温气冷实验堆氦气透平发电系统的关键部件,其气动性能直接影响系统发电效率。氦气压气机径向间隙和轴向间隙对其气动性能有重要影响。该文以氦气压气机模型级为研究对象,采用试验验证过的数值计算方法,研究了叶顶间隙与轴向间隙对压气机气动性能的影响和机理。分析结果表明:减小叶顶间隙会减小泄漏流、回流、二次流,能够提高压气机的压比和效率,当间隙小于0.3mm(叶高的2%)时尤其明显;动叶的偏离设计点的轴向移动会降低压气机的效率,可允许的轴向间隙变化范围为±1.0mm。该研究结果揭示了叶顶间隙与轴向间隙对模型级的影响,可为氦气压气机整机气动性能的研究与优化提供依据。

高负荷氦气压气机平面叶栅数值试验及叶型优化

基于大转折角基元级速度三角形设计概念,使用CFD软件对3种进气马赫数、6种进气角、3种扩压因子、3种叶栅稠度、2种叶型最大厚度比的共计324个平面叶栅流场进行数值计算。为了提高新型叶栅的性能,利用人工神经网络构建基于数据库样本空间的近似函数,采用遗传算法来寻找新的设计,并对新的设计进行气动性能预测。对中弧线和厚度分布进行优化,优化后总压损失系数降低了14.48%。

大气压氦气介质阻挡辉光放电的数值仿真计算

通过精心选择一维模拟计算所需要的各个参数,使用有限差分法数值求解了大气压氦气介质阻挡辉光放电数学模型中的离子连续方程、电子连续方程、泊松方程以及相关的辅助方程,得到了与实验吻合度很好的仿真波形。在此基础上计算了电场、离子密度、电子密度等放电空间内部参量随时空的演化图,这些参量对定量分析大气压氦气辉光的放电机理有重要作用。从理论上对所得到的计算结果做出了解释,并使用仿真结果很好地解释了实验所拍摄到的放电图像。

氦氧饱和高气压暴露对铜绿假单胞菌毒力表型的诱导调节

研究氦氧饱和高气压暴露对铜绿假单胞菌与急性侵袭感染相关的主要毒力因子表型的影响。分别检测暴露前后铜绿假单胞菌的生长速度、运动能力,对乙酰胺的分解能力和培养细胞外液中绿脓菌素、弹性蛋白酶的分泌水平和活性。在动物水平验证毒力的变化。结果显示,经4.5 MPa氦氧饱和加压暴露后,与对照组相比铜绿假单胞菌的生长增殖、运动能力和对乙酰胺的分解能力增强,绿脓菌素分泌增加,弹性蛋白酶活性增强;暴露后细菌对实验小鼠的毒性增加。因此氦氧饱和高气压环境对铜绿假单胞菌的毒力表型有正调控作用。

大气压氦气多路低温等离子体射流

为了研究大气压低温等离子体多路射流阵列的放电特性,设计一个实现7路低温等离子体射流的放电装置,采用单电极放电结构,在开放的大气环境下通入氦气。采用高压窄脉冲重复频率电源激励驱动该放电装置,电源脉冲宽度约230ns,脉冲上升沿约为120ns。在重复频率为500Hz的条件下,通过高速摄影初步发现放电电流脉宽约为110ns,且无反向放电。试验结果表明:平均射流长度随电压幅值增加而增加,在一定电压幅值时射流长度有达到饱和的趋势,这是由于射流通道尾部有空气进入,电压幅值已不再是主要原因;只有在合适的气体流量值时,才能够获得较长的平均射流长度,这是由于气体流量过大或过小时射流均不足以维持形成的放电通道;此外,中心电极放电射流长度受气体流量影响较大,气体流量在一定值时可以观察到中心电极有较长的射流,射流放电强度较弱,气体流量过大或过小时中心电极几乎无放电,这是由于四周电极更易形成放电射流,削弱了中心电极放电。

多级轴流氦气压气机流动失稳实验研究

利用闭式循环实验台，分别使用氦气和空气工质，对多级轴流氦气压气机的流动失稳进行实验研究。实验结果表明，在不同转速下，氦气压气机的流动失稳呈现出不同的特征：在高转速下，流动失稳呈现出大尺度、高振幅、低频率的喘振特征；在低转速下，流动失稳表现为小尺度、高振幅、高频率的旋转失速特征；而在中间的过渡转速，则表现为大尺度和小尺度扰动同时出现。基于相似准则的空气工质实验所表现的流动失稳特征与氦气工质实验所表现的特征一致，且相应的B参数亦接近，说明流动失稳特征与工质无关，是压缩系统特性的表现。

气流速度对大气压氦气介质阻挡放电特性的影响

气体流动是介质阻挡放电工业应用中的影响因素之一,明晰气流与放电之间的相互作用机制有助于寻找更适合工业生产的实验条件。为此,通过建立高时间分辨率的大气压介质阻挡放电测量系统,探究了氦气流对放电形式演化以及电流脉冲幅值、放电量、放电相位延迟等放电特性的影响。研究发现:在外加电压从零开始增加时,在放电间隙中引入2 L/min(对应实际气流速度v=0.111 m/s)气流降低了放电发生的起始电压并促进放电形式由柱状放电向丝状放电演化。在固定的外加电压条件下,增加气流速度会改变放电气隙中带电粒子的分布,使得放电的均匀性提高,从而影响放电形式与放电特性。在5 L/min(v=0.278 m/s)气流体积流量下,放电产生的带电粒子将被带出放电间隙,放电形式由柱状放电演化为均匀放电。

利用介质阻挡探针法测量大气压氦等离子体射流电子密度

分别利用电子的漂移速度和等离子体的传播速度计算了大气压下氦等离子体射流的电子密度。通过介质阻挡探针测量氦等离子体的射流电流,再利用电压探头测量等离子体放电电流信号,计算出电子的漂移速度和等离子体的传播速度。实验结果表明,两种方法计算出来的结果相当,射流轴向上的氦等离子体电子密度值约为1011cm?3,并随着外加电压的增加而增加,沿着轴向方向,射流电子密度维持在一个稳定值范围内。用介质阻挡探针测量得到的电子密度与用罗科夫斯基线圈及朗缪尔探针测量得到的大气压非热氦等离子体射流的电子密度值一致,比用微波天线测量的值低一个数量值。

背景气体对大气压氦等离子体射流特性的影响

大气压等离子体射流在不同气体环境内的维持与流动,必然导致射流工作气体与背景气体发生不同程度的混杂,从而影响等离子体射流特性。对于此问题,通过电学特性测量、发射光谱诊断等方法,比较了等离子体射流在不同气体环境下的射流形态、电学特性、放电产物,研究了空气、氮气、氩气、氦气4种背景气体对大气压氦等离子体射流特性的影响。结果显示:背景气体会介入大气压氦等离子体射流的演变过程,并导致等离子体射流特性改变;能与He发生彭宁电离的背景气体会促进大气压氦等离子体射流的发展,负电性气体和低激发态多的背景气体则会阻碍其发展;大气压氦等离子体射流若存在彭宁电离,则背景环境中稀有气体和空气等主要组成气体的电离能越高,大气压氦等离子体射流传播越远。

低气压He/N_2混合气体的辉光放电数值模拟

针对低气压下含有少量氮气杂质(体积分数为10^(–6)~10^(–4))的氦气辉光放电特性进行研究,通过建立相应的二维流体模型,利用COMSOL有限元法数值求解了基本物理方程,得到了放电气隙击穿电压以及内部物理参量的空间分布,分析讨论了氮气杂质的含量对低气压下氦气辉光放电的影响。研究结果表明:随着杂质含量的升高,由于氮分子和氦亚稳态原子的彭宁电离过程降低了击穿电压,因此气隙维持电压降低,回路电流升高。并且由于彭宁电离为放电提供了较多电子,导致电子数密度升高、电场强度降低、电子温度降低。