晃动条件下大型液氢舱罐的动力学及热力学特性

大型液氢舱罐在不同海况下会呈现出复杂的动力学响应及热力学响应,并在很大程度上影响舱罐的安全,因此,建立一个数值模型来研究晃动条件下船用大型低温舱罐中液氢的动力学特性及热动力学特性。应用流体体积(VOF)方法捕获晃动过程中自由表面的波动,使用Lee相变模型来描述晃动过程中的蒸发冷凝现象并与已有试验进行对比验证。研究不同充注水平和晃动条件下液氢的自由表面形状和面积变化,舱壁压力变化,舱罐内气液温度变化以及相变引发的降压现象。结果表明:固有频率附近的晃动伴随着射流和破碎液面的产生,会对舱壁产生抨击压力;液面破碎程度越剧烈,液位越高,舱内压力下降速率越快;舱罐内气液温度演化经历了热分层、晃动混合和总体温升等3个阶段。研究结果对进一步理解非等温低温舱罐中流体的晃动动力学及热力学特性具有重要意义。

高速动车组空气弹簧内部流场分析及其对动力学特性的影响

空气弹簧作为高速动车组二系悬挂中的重要元件,直接影响了车辆的运行品质,如何建立更加贴近实际的空气弹簧模型逐渐成为车辆动力学分析的重点。基于流体力学理论对空气弹簧内部气体方程进行了推导,依据动网格理论建立了空气弹簧流体力学模型,并通过台架试验验证了模型的准确性。探索了空气弹簧系统内部湍流的计算方法,研究了空气弹簧不同载荷下的刚度特性,进一步分析了空气弹簧的动态特性。研究空气弹簧系统结构参数对垂向特性的影响,通过对管路不同结构参数下Helmholtz共振频率的计算,得出当空气弹簧激振频率与Helmholtz共振频率相同时,会增大空气弹簧阻尼系数。不同连接管路直径下,频率在1.0~5.0 Hz内,随着频率的增大,动刚度明显增大,当频率大于5.0 Hz之后,动刚度逐渐减小并趋于水平;频率在0.5~5.0 Hz内,连接管路直径越小,阻尼系数越大且具有一定滞后性,当频率大于10.0 Hz之后,阻尼系数趋近于0。不同连接管路长度下,频率在1.0~7.0 Hz内,频率越大动刚度越大,当频率大于7.0 Hz之后,随着频率的增加,动刚度逐渐减小并趋于稳定;频率在1.0~9.0 Hz内,连接管路长度越短,空气弹簧阻尼系数越小。

动力型红外诱饵辐射特性建模及计算研究

建立了动力型红外诱饵能量和辐射特性的数学模型。以AP-PTFE-Mg-Al为装药的动力型红外诱饵为例,进行了具体的计算和分析,得到该动力型红外诱饵药剂的燃烧热和喷管出口处的温度以及由温度引起的辐射峰值波长,获得了不同波长范围的辐射强度。结果表明,该动力型红外诱饵具有较高的能量,短波的辐射强度较高,长波的辐射强度较低。研究所得结论可为动力型红外诱饵的设计提供参考。

航空并联混合动力涡扇发动机热力循环与工作特性研究

为确定并联混合动力涡扇发动机的能量利用效率,并对不同电功率输入下发动机工作特性与性能参数的变化规律进行研究,本文从理论上对发动机有效循环功的来源进行划分,并由此分别定义并联混合动力涡扇发动机的电能利用率和燃油利用率;使用航空发动机性能仿真软件PROOSIS搭建基于CFM56-7B26发动机的并联混合动力涡扇发动机零维模型,模拟不同电功率输入条件下的发动机稳态性能。研究结果表明:并联混合动力涡扇发动机内涵道的循环类型仍然是基于布雷顿循环的实际循环,输入的电功率对发动机外涵道推力的贡献占比远高于其对内涵道推力的贡献;电能利用率始终明显高于燃油利用率,这也是并联混合动力涡扇发动机实现节能的主要原因;当输入的电功率增加时,发动机的涵道比增加,涡轮前温度与总压比降低,各部件的稳态工作点将发生移动,可能造成部件效率的下降。由于电功率的输入以及电能的高利用效率,并联混合动力涡扇发动机的油耗和能耗均低于常规涡扇发动机。

基于动力学仿真的车辆稳态操控特性优化

针对某电动汽车操控稳定性与舒适性较差的问题,利用动力学仿真参数匹配分析方法有效支持实车匹配,并获得显著成效。首先,对前后悬架垂向刚度进行匹配分析,以优化不同偏频下垂向振动所致的车身俯仰响应;为优化前后悬侧倾运动协调性,基于车辆稳态回转工况的多体动力学仿真,以转向外侧前后悬架行程相对于侧向加速度压缩速率的一致性为目标,进行前后悬侧倾刚度的优化匹配;其次,通过动力学仿真研究侧倾、侧向力以及回正力矩转向对整车不足转向的影响,提出基于硬点布置与衬套匹配的整车不足转向度优化途径,为实车调校提供有效的改善思路和方案;最后,实车匹配验证了优化方案的有效性。结果表明:优化后的前后悬垂向跳动与侧倾运动平衡性更佳,稳态操控特性改善显著,主观评分超出目标值约0.5分,操控性能提升约10%。该方案已应用于量产车型,为车辆操控稳定性能开发提供了一种参考案例。

四分仓回转式空气预热器热力特性及漏风数值模拟

针对机组四分仓空气预热器(空预器)漏风过大的问题,以某电厂1000 MW机组的四分仓回转式空预器为研究对象,通过理论分析和数值模拟相结合,对空预器热力特性、转子热变形以及漏风等问题进行研究。数值模拟结果表明:1000 MW机组漏风率每增加1%,空预器换热效率降低1.13%,电厂年平均多消耗3604 t标准煤;空预器内部在轴向和周向上有较大的温度梯度,而腐蚀和沉积区域大部分分布在低温段;空预器在不同工况运行时转子热变形存在较大的差异,最大热变形都发生在二次风侧,在设置密封系统时需根据转子不同位置热变形特点做出相应调整。

基于CiteSpace的汽车空气动力特性研究

汽车空气动力特性对汽车的动力性、经济性、操作稳定性和舒适性有着重要影响,为总结汽车空气动力特性的研究现状和发展趋势,通过使用CiteSpace可视化文献计量工具对汽车空气动力特性进行图谱分析。以2000—2022年中国知网(CNKI)数据库中收录的有关汽车空气动力特性的中文文献作为数据样本,对年份发文量、期刊来源类别、研究机构、学者以及关键词进行可视化分析,并生成相关的网络图谱。结果表明:以“汽车空气动力特性”为主题的研究持续受到学术界的关注,该领域的研究对相关重点实验室具有一定的依赖性,未来研究仍着眼于气动阻力、侧风稳定性和气动噪声方向,提出3种有重要研究意义的降低气动阻力方法,表明侧风稳定性的研究具有重要意义,主动控制方法及空气射流方法已经成为降低气动噪声值得探索的新途径。

磁吹直流空气断路器弧根跃迁及对开断特性的影响研究

直流空气断路器的弧根跃迁与其开断特性有着密切的关系。该文搭建实验平台,采用高速摄像机拍摄电弧演变过程,得到清晰的弧根跃迁图像,观测弧根跃迁过程中的“双弧根”现象。基于磁流体动力学理论,建立二维磁吹直流空气电弧模型。模型中赋入鞘层条件,通过耦合外电路模块模拟实验工况,对开断过程中电弧温度场、气流场及弧根跃迁现象进行分析。在此基础上,完成磁场、烧蚀金属蒸气浓度变化对弧根跃迁及开断特性影响的仿真研究。结果表明:磁场强弱会改变弧柱高温区的运动轨迹,影响前后侧的气流场分布,改变局部区域电导率,产生弧根的停滞与跃迁现象,显著影响断路器的开断性能。外施50m T磁场会发生弧根跃迁现象,弧根跃迁可以减少烧蚀,加速开断,其本质成因是通过“双弧根”完成的。“双弧根”现象是由于引弧板表面电导率增大,在其表面形成新的导电斑点形成的。烧蚀产生的金属蒸气不总是阻碍熄弧,当灭弧室中铜蒸气浓度达到50%~60%时,出现弧根跃迁,减少燃弧时间,有利于开断。

中低速磁浮列车双线隧道交会时的气动特性研究

为探明速度140 km/h的中低速磁浮列车在双线隧道内交会时隧道壁面和车体表面压力变化情况,文章采用数值计算方法研究了车/隧不同参数对隧道壁面和车体表面气动性能的影响,并对比了不同编组长度的列车和不同隧道净空面积对列车车内压力的影响。研究结果表明,4车编组的磁浮列车在双线隧道中部交会时,隧道壁面测点的压力变化峰峰值与隧道净空面积的1.379次方成反比,车体表面压力测点的变化峰峰值与隧道净空面积的1.231次方成反比。当隧道净空面积为66.2m^(2)时,在气密性指数为0.5s条件下,8车编组列车在隧道内交会引起车内测点的3s压力变化值相较于4车编组列车增加102.2%,而在气密性指数为8s条件下该比例降低至50.4%。文章的研究结果可为中低速磁浮隧道工程建设提供参考依据。

热重分析法对废旧电路板热解过程动力学和热力学分析

废旧电路板(SPCB)是一种典型的有机废弃物,可通过热解技术实现其资源化利用。采用热重分析技术(TGA)对其热解特性进行研究,揭示热解过程反应动力学和热力学。实验在氮气气氛下,考察了不同升温速率(5、10、15℃/min)对SPCB热失重特性的影响,结果表明热解过程主要发生在250~400℃温度区间,随着升温速率增大,SPCB热失重(TG)曲线逐渐向高温方向偏移,在对应的热失重速率(DTG)曲线中,存在一个明显的失重峰,且峰值温度不断增加,热滞后现象显著。采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)模型、Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)模型和Friedman(FM)模型进行动力学分析,拟合得到平均表观活化能(Ea)分别为168.46、167.31、234.84 kJ/mol,活化能均随转化率增加而相应增大。利用FWO模型对热力学参数进行计算,在相同升温速率下,随着转化率的增大,吉布斯自由能变(ΔG)逐渐降低,对应的焓变(ΔH)和熵变(ΔS)不断增加;在相同转化率时,ΔH和ΔS随升温速率增加稍有降低,而ΔG逐渐增加。

空气弹簧动力学特性参数分析

基于热力学及流体力学理论,建立空气弹簧的物理模型,导出其计算的统一数学表达式,提出了确定空气弹簧参数的计算方法,并对影响空气弹簧性能的主要因素进行了分析。结果表明,空气弹簧气囊外形及材料特性、附加气室容积和节流孔直径是影响空气弹簧性能的主要因素。

风力机翼型气动力非定常特性对湍流的敏感性

大气湍流是风力机非定常特性的主要诱因,该研究基于CDRFG(consistent discretizing random flow generation)方法生成湍流入口边界,采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)研究风力机翼型气动力非定常特性对湍流的敏感性。结果表明:翼型前缘区域对湍流来流较为敏感,而中部及尾缘区域几乎不受湍流的影响。攻角分别为2°、8°和14°时,吸力面从前缘点到约0.5、0.3和0.1倍弦长位置处表面压力的标准差较均匀来流时幅值增大,表明小攻角时翼型吸力面上压力脉动受湍流影响的区域较大。来流湍流强度分别为9.3%、6.5%和4.8%时,2°攻角下翼型升力系数的标准差是其均匀来流时的6.36、5.42和4.90倍;8°攻角下是其均匀来流时的3.95、3.33和3.02倍;14°攻角下是其均匀来流时的1.78、1.63和1.40倍;表明小攻角时湍流引起的升力系数脉动特性较大攻角时更加显著。翼型前缘点脉动压力的功率谱曲线与湍流来流速度的功率谱曲线在整个频域区间趋势一致,表明前缘点压力的脉动特性主要取决于湍流来流的脉动特性,沿翼型弦向逐渐往后,吸力面上的压力脉动只在低频区域对湍流来流有响应,而高频处的压力脉动取决于自身的流动特性。研究结果可为降低机组功率波动和非定常载荷提供参考。

汽车超车过程的空气动力特性研究

采用稳态和瞬态两种方法,对两辆车超车过程中外部流场的空气动力特性进行了数值模拟研究。采用网格变形和局部网格重构相结合的动网格技术,并耦合刚体动力学方程和PISO算法实现了汽车超车过程的三维瞬态数值模拟。通过稳态和瞬态计算,探讨了超车过程中两车纵向相对位置对气动特性的影响以及气动力对汽车行驶稳定性的影响。研究发现超车过程中被超车的阻力、侧向力和横摆力矩都有最大值,并找出了其变化规律。通过对稳态与瞬态计算结果的比较,可以看出:本文采用的瞬态模拟方法能够充分捕捉超车过程中的动态效应,优于传统的稳态模拟。

先进储能型燃煤热电联产系统热力特性及灵活性分析

为了提高机组灵活性,提出了一种热电联产机组、先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统和热网耦合集成的储能型燃煤热电联产系统。对某350 MW热电联产机组与30 MWAA-CAES系统耦合集成系统的能流特性进行数值研究,分析了独立运行及耦合运行2种模式下系统的能源综合利用水平和调节范围。结果表明:以80%额定供热负荷为例,在同等供热量时,集成系统的能源利用率可提升1.10百分点,最小负荷率降低了11.69百分点,最大发电能力提升22.24 MW(约为额定功率的6.35%),单次循环节煤27.26 t;其他供热工况下结果与此类似,证明该先进储能型燃煤热电联产系统在热电解耦、提高灵活性、清洁供暖、能源利用等方面具有优势。

热力膨胀阀在空气源热泵热水器系统中稳定特性的实验研究

本文对热力膨胀阀在空气源热泵热水器的稳定特性进行了实验研究.通过不同热力膨胀阀开度下的实验数据,分析了热力膨胀阀在系统中的稳定特性.分析了热力膨胀阀在空气源热泵热水器全年运行工况中存在的局限性.提出保证系统稳定运行的方法与建议;指出制冷剂充注量是系统稳定运行的另一个重要因素,只有同时很好地把握住热力膨胀阀开度和制冷剂充注量,才可能使系统运行在最佳工况.

型线与圆线的电晕和空气动力特性分析

型线与圆线相比,因填充率高,截面相同时能减小直径约10%;等直径时,则可增大截面20%左右,但是加工难度大、生产效率低、制造成本增加。如何发挥型线与圆线各自的优势,在应用时发挥其最大效用,多年来未有一致意见,皆因对其电晕特性、风阻特性、抗覆冰特性未进行深入研究。文中选取多种等外径的圆线与型线进行了电晕特性实验、空气动力学特性实验和覆冰特性实验,并针对1 520 mm2大截面导线的圆线和型线应用进行了技术经济分析。通过电晕损耗测量,研究表明四分裂型线的电晕损失要小于圆线;通过型线和圆线的空气动力参数及覆冰特性实验结果表明,圆线阻力系数优于型线阻力系数,而二者之间的覆冰特性没有明显差异。建议在500 k V及以下新建线路中推广使用圆线,在±800 k V及以上线路需要用到1 520 mm2大截面导线时建议使用型线。

空气钻井斜直井眼中钻柱的动力学特性及失效机理

钻柱涡动是钻柱失效的主要原因之一。应用有限元方法,仿真了空气钻井时斜直井眼中带牙轮钻头钻柱的动力学特性,比较了空气钻井和钻井液钻井条件下钻柱的涡动、变形以及动态应力状况,探讨了空气钻井钻柱失效的动力学机理。结果表明,钻柱在不同时刻的动态应力与静力学条件下计算的结果有宏观上的一致性,空气钻井时钻柱的应力波动较钻井液钻井的要大,钻柱涡动更加频繁。

脉动流化床的空气动力学特性与干燥特性(英文)

对小麦、大豆、豌豆种籽进行了一系列干燥试验,通过试验结果对脉动流化床干燥的空气动力学特性和干燥特性进行了分析。提出了干燥速率与干燥介质温度、气流表观速度、床层静止高度、气流脉动频率以及气流分布板开孔率之间的关系,同时也得出了床层压降与床层静止高度的关系。

具有Gurney襟翼的多段翼型空气动力特性分析

增大飞机的升力可以有效地缩短飞机起飞和着陆的滑跑距离 ,本文通过对高升力多段翼型有、无Gurney襟翼时的翼面边界层、尾迹速度分布及表面压力分布的测量等实验方法研究了具有Gurney襟翼时的多段翼型绕流特性及增升规律。实验研究结果表明 ,在α =8°时 ,Gurney襟翼高度为 0 .0 2c和 0 .0 5 5c时 ,使多段翼型升力系数分别增加了 1 3%和 2 2 %。Gurney襟翼的增升效果不仅与Gurney襟翼的高度密切相关 ,而且还与在翼面上的安装位置有关。

燃气透平第一级冷却空气系统流体的动力特性

将燃气透平冷却空气系统模化为由大量不同通流单元以串连或并联方式组成的复杂网络系统,采用有向图的关联矩阵描述了该复杂网络的结构特征;选用适当的试验关联式计算空气流经各通流单元的压力损失与换热量,并建立了冷却空气流动与换热特性的流量、压力和温度方程组;采用逐步简化冷却空气网络系统的方式,求解冷却空气系统内流量的分配;采用以改进并修正的高斯消去法为基础的一种稳定的大型稀疏矩阵线性方程组来求解冷却空气系统内空气的压力与温度分布;在此基础上,编制出冷却空气系统流动特性的通用计算程序,并对某燃气透平第一级冷却空气系统特性进行了计算与分析,结果表明:第一级静叶与动叶的冷却空气消耗量分别占空气流量的3.97%和2.88%,与文献报道的同类型机组(西门子V94.3)的数值接近.