适用过程模拟的等熵多级压缩机模块开发

基于国产化工过程模拟软件,开发了针对具有多流股中间级进出料的等熵多级压缩机单元模块。首先建立了多级串联等熵压缩和中间换热的数学模型以及求解步骤,然后利用面向对象的C++语言和COM组件技术开发了等熵多级压缩机模块,最后采用轻烃压缩、催化裂化装置的富气压缩等工段的实际数据校验模块计算准确性。结果表明,压缩机功率与冷凝器热负荷平均相对偏差分别为0.80%和0.39%,压缩机出口物流组成平均相对偏差分别为0.77%和0.73%,压缩机出口物流流量与密度平均相对偏差分别为0.15%和0.46%。实际案例验证表明,模拟结果与工业实际值吻合良好,说明等熵多级压缩机模块稳定可靠,对化工流程中气体压缩过程的模拟计算具有重要的指导作用。

变频滚动转子压缩机变吸气状态等熵效率建模及验证

通过变频滚动转子压缩机变吸气状态实验台,分析频率、压比、吸气过热度、吸气干度、蒸发温度和冷凝温度对等熵效率的影响机理以及变化规律,并建立变频滚动转子压缩机变吸气状态等熵效率模型。结果表明:等熵效率随压缩机吸气过热(10 K)至湿压缩段(吸气干度约0.9)不断减小,其减小幅度在8%—10%之间,且湿压缩段减小斜率大于吸气过热段;相同压缩机吸气状态,压缩机等熵效率分别随频率和压比的升高而减小,两者减小幅度均为非等比减小;相同压缩机吸气状态,冷凝温度变化对等熵效率的影响程度远高于蒸发温度。经实验验证,所建变频滚动转子压缩机变吸气状态等熵效率模型计算值与实验值最大相对误差和最小相对误差分别为1.85%、0.0162%,证明该模型具有一定的可靠性。

一次华南暖区暴雨及锋面暴雨等熵位涡对比分析

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)每天间隔6 h、分辨率为0.125°×0.125°的ERA-Interim再分析资料,应用等熵位涡对华南一次双雨带过程进行分析,重点对比在相同的大尺度环境场下暖区暴雨和锋面暴雨的差异。结果显示,暖区暴雨发生时高层辐散起到主要作用,锋面暴雨的发生受高层辐散和低层辐合共同影响;暖区暴雨的辐合辐散强度小及垂直速度明显慢;通过等熵位涡分析,高层高位涡中心和强降水中心对应关系较好,正位涡中心东北部的北风形成风场的辐散区促使抽吸作用加强,最终导致对流发展。锋面暴雨在对流层中层存在等熵位涡的大值中心,中层冷空气下沉引起锋面暴雨的发展维持,而暖区暴雨发生过程中受冷空气影响较小。

关于等熵位涡应用的一点认识

位涡、湿位涡及其守恒开启了(湿)位涡理论的较广泛应用,使(湿)位涡成为天气系统、天气现象演变的重要诊断物理量,能有效解释一些天气系统、天气现象的演变。为合理应用(湿)位涡及等熵位涡思维,简单分析了气象常用坐标中位涡、湿位涡表达式的限制性条件,强调此条件与(湿)等熵坐标成立的条件相同,指出z坐标(湿)位涡与p、θ(θ_(se))坐标(湿)位涡存在物理差异。在θ(θ_(se))坐标中,气块的水平速度是相对水平面(地面)的移动速度,而非气块沿着等θ(θ_(se))面的移动。在(湿)等熵位涡分析中,(湿)等熵位涡强度的变化,是平流、垂直输送以及非绝热过程的综合作用,不能简单归因为只由高层的(湿)等熵位涡异常向中低层传输、或中低纬的(湿)等熵位涡异常向高纬传送所造成。

一类等熵欧拉方程组的流近似

研究了一类带有流扰动的一般压力等熵欧拉方程组的黎曼问题,获得了包含5种不同结构的黎曼解.证明了当包含压力的3-参数流扰动消失时,任何包含2个激波的黎曼解收敛于零压流系统的狄拉克激波解;任何包含2个稀疏波的黎曼解收敛于零压流系统的真空解.还证明了当包含压力的2-参数流扰动消失时,任何满足一定初值条件的2-激波黎曼解收敛于一类Chaplygin型气体方程组的狄拉克激波解.最后,对狄拉克激波和真空状态的形成过程进行了数值模拟.

基于Monte Carlo方法的磁驱动准等熵压缩实验不确定度量化评估

磁驱动准等熵压缩实验是研究材料偏离Hugoniot状态高压物性和动力学行为的重要实验技术之一,开展不确定量化评估具有重要意义和价值。基于Monte Carlo原理,结合磁驱动准等熵压缩实验过程分析、Lagrange分析和特征线正向数据处理方法建立了适用于此类实验的Monte Carlo不确定度量化评估方法,实现利用磁驱动准等熵压缩实验获取材料声速、应力、应变等物理量以及状态方程和本构关系等物理模型的不确定度量化评估。利用建立的不确定度评估方法,对文献中已开展的钽、铜和NiTi合金的磁驱动准等熵压缩实验结果进行不确定度量化评估与分析。结果表明,基于本文中方法的评估结果与国外文献以相同原理得到的评估结果一致。对基于CQ-4装置开展的NiTi合金磁驱动准等熵压缩实验的评估结果表明,设计的磁驱动准等熵压缩实验是一种可靠的精密物理实验。在此基础上,深入讨论了磁驱动准等熵压缩实验的误差相关性和敏感性。结果表明:台阶样品厚度和粒子速度的测量是影响实验精度的主要因素。

应用于多层靶准等熵压缩实验的反积分方法

针对磁驱动和激光驱动准等熵压缩实验物理中多层结构靶设计和实验数据处理的需求,在反积分处理方法的基础上,提出了多层靶的层间传递方法,实现了多层靶内加载历史的反演计算。通过正、反积分数值实验以及激光驱动实验的正、反计算,验证了多层靶中反积分数据处理方法的有效性,在绝大部分计算范围内,多层靶的反积分处理精度可以达到1%以内。利用反积分方法开展了多层靶物理实验的波形设计,并分析了不同厚度胶层的多层靶对斜波加载实验的影响。

运用等熵闪蒸法的安全阀计算

介绍了石油化工装置中安全阀设计的内容,考察了国外某新建炼油厂柴油加氢精制装置冷高压分离罐顶循环氢出口管线上的安全阀,结合等熵闪蒸的方法对冷高压分离罐火灾工况下高温高压的泄放介质进行模拟计算,可得到更准确的安全阀计算面积,确定安全阀喉径。结合管道轴测图对安全阀进出口管线进行水力学计算,确定进出口管径并指导安全阀选型。安全阀进口段压力降应小于安全阀定压的3%,避免安全阀震颤造成损坏。安全阀出口段的泄放背压与安全阀定压比值可指导安全阀的选型,保证安全阀正常起跳:普通工况下,小于定压的10%,火灾工况小于定压的21%,可选择普通式安全阀;大于10%且小于50%,应选择平衡式安全阀;大于50%,应选择先导式安全阀。

等熵可压缩Navier-Stokes方程经典解的爆破

在速度梯度满足特定衰减约束且初始总动量不为零的假设下,讨论了三维空间中的等熵可压缩NavierStokes方程组柯西问题的爆破行为,所得结论推广了经典解的长时间行为的一些已有经典理论。

粘性依赖于密度的一维等熵可压缩Navier-Stokes方程组粘性激波的非线性稳定性

该文主要研究粘性系数依赖于密度的一维等熵可压缩Navier-Stokes方程组Cauchy问题整体解的大时间渐近行为,主要研究目的是改进文献[7]的结果至γ>1,κ≥0.注意到γ=2,κ=1时,一维等熵可压缩Navier-Stokes方程组对应于Saint-Venant浅水波方程组,该方程组描述了地表浅水运动的规律,在物理学和海洋学中有重要的应用^([1,4,6])。注意到文献^([7])中通过利用Kanel的方法^([19])来推导比容的一致上下界估计,在得出比容的上界时,该方法要求κ<1/2.对该文所研究的问题而言,需要首先利用Kanel’的方法^([19])来推导比容的一致上下界估计.为了扩大κ的取值范围,还需要对比容的上下界作更为精细的能量估计.在得出比容的一致上下界估计之后,可通过精心设计的连续性技巧,将Navier-Stokes方程组的局部解一步步延拓为整体解,并得到对应的大时间渐近行为.

“等熵思维”到“等熵位涡思维”回顾与讨论

等熵位涡守恒与中纬度斜压扰动发展之间的诊断关系可用于对气旋发生发展的预报,并作为理解水汽图像的动力学场而在业务上使用。"等熵位涡思维"建立在等熵面分析的"等熵思维"基础上。本文首先依据基础的动力学理论,对等熵面上物理量场的动力学解释和业务应用作回顾和讨论,内容包括:等熵面随高度分布特征、等熵坐标中的垂直速度场、等熵面上水汽输送解释、等熵面上高空急流和锋区的特征等。其次,通过与等熵面物理量场分析和斜压二层模式准地转垂直运动方程的比较,着重回顾和讨论等熵位涡面上的物理量场和业务应用,内容包括:对流层顶定义及其温压湿分布特征、对流层顶等熵位涡面上急流和锋区的特征、对流层顶等熵位涡面上的垂直速度场、"等熵位涡思维"与气旋发展及位涡、水汽图像在改进数值预报模式中的作用等。

压缩机等熵功的精确计算方法

压缩机的效率是衡量其完善性的重要指标,压缩机的等熵功是计算效率的一个基本参数,因此需要给出精确计算值。本文根据等熵过程始态、终态熵相等的原则,提出了一个计算往复活塞压缩机等熵过程理论循环功的精确计算方法,应用该方法可以提高压缩机效率的计算精度。该方法还可以方便地编制计算机程序。通过实例,对文中提出的精确计算方法和常用的压缩机等熵功计算方法的计算结果进行了比较,并对两者的差别进行了分析。

40GPa压力范围内铜和铝的准等熵压缩线

基于自行研制的磁驱动准等熵压缩加载实验装置CQ-1.5,利用全光纤位移干涉仪(Doppler Pins System,DPS)、激光速度干涉计(Velocity Interferometer System for AnyReflectors,VISAR)两种测试手段,以及反积分数据处理方法,实验测量了40 GPa压力范围内T1铜、LY12硬铝和L1纯铝3种材料的准等熵压缩线,将实验准等熵压缩线与基于Grüneisen状态方程的理论等熵压缩线和冲击Hugoniot线进行了比较。结果表明,在该压力范围内,实验准等熵压缩线与理论等熵压缩线相一致,两者偏差小于3%;实验准等熵压缩线靠近冲击Hugoniot线,位于其下方,与国外文献发表的结果相同,进一步表明,实验测量结果正确可靠。

等熵面和湿等熵面倾斜发展的诊断分析

利用等压坐标系中的热力学方程和水汽方程推导出可以诊断分析等熵面(等位温面)和湿等熵面(等相当位温面)倾斜变化的倾角方程。等熵面倾角的局地变化由倾角平流输送项、风速切变项和非绝热加热项共同决定,而影响湿等熵面倾角局地变化的强迫项除倾角平流输送项、风速切变项和非绝热加热项之外,还包括垂直热量通量切变项。NCEP/NCAR实时分析资料的分析结果表明,大气斜压性、相对垂直涡度与等熵面和湿等熵面的倾角密切相关,它们的正高值区互相重叠;垂直风速切变项,特别是垂直速度的经向切变项是影响等熵面倾斜发展的主要强迫项,而纬向和经向风速的垂直切变项对湿等熵面倾角演变的贡献最大。

等熵轻质活塞风洞中活塞行程、速度和压力的变化

等熵轻质活塞风洞是一种工作时间很短的风洞 .来自高压容器中的气体推动活塞使气体等熵压缩 ,并在恒定的匹配压力下进入实验段 .这对于瞬时热传导技术是合适的 ,已用于燃气透平叶片的冷却问题的实验研究中 .本文对等熵轻质活塞风洞中的一些气动问题做了研究 ,分析推导了在不考虑活塞质量时活塞行程、速度与压力的关系式 。

二维定常等熵流黎曼解的极限分析

主要考虑带有压力小扰动的二维定常等熵流.借助于特征分析的方法,在适当的广义R-H条件和熵条件下,严格证明其初等波对参数ε的依赖性.

零压等熵的磁场气体动力学系统的柯西问题

零压等熵的磁场气体动力学方程组是等熵的磁场气体动力学系统在忽略压力效应后而得到的数学模型,本文主要研究零压等熵的磁场气体动力学方程组的一类初值问题,本文研究该系统的柯西问题,借助局部解的存在唯一性定理,通过一致先验估计,在适当的初值假设条件下,证明了该柯西问题整体C1解的存在唯一性,并给出古典解的生命期估计。

零压等熵的磁场气体动力学方程组的黎曼问题

研究零压等熵的磁场气体动力学系统的黎曼问题,在两片初值条件下构造该问题五种形式的解。

2008年中国南方雪灾与平流层极涡异常的等熵位涡分析

2008年1月中国南方遭遇罕见的大范围冰冻雨雪灾害,本文利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和等熵位涡分析方法,分析了这次冰雪灾害期间平流层极涡的变化及其对对流层的影响。结果表明:平流层极涡在2007年12月已经开始增强,到1月中旬亚洲北部极地平流层极涡变得异常强大。高位涡冷空气向南扩展时,沿着倾斜的等熵面运动,从极地平流层上层一直延伸到中低纬度对流层。低层高位涡冷空气主体比较靠北,华北一带为低位涡区;南方为高位涡区,呈东北—西南向伸展,引导北方高位涡主体冷空气和西南暖湿气流在此汇合,引起大范围降温和降雪。

2008年初中国南方低温雨雪冰冻事件的等熵位涡分析

利用等熵位涡理论对2008年初发生在我国南方的低温雨雪冰冻事件进行了诊断分析,结果表明,这次低温雨雪冰冻天气事件第一阶段的强冷空气主要来自新地岛以东洋面的平流层下部和对流层上部,从第二到第四阶段除了新地岛以东洋面外,还有来自北欧和拉普帖夫海、地中海的高位涡强冷空气补充。伴随着高层高位涡向南传播,高位涡气块在垂直方向强烈向下伸展、对流层顶动力异常,引起高位涡区气块旋转加强、正涡度增加及其前方低层正涡度的产生,而其后方,因绕高位涡中心气流沿等熵面下沉,地面高压迅速发展,低位涡气块则相反。过程期间,由于巴尔喀什湖高位涡中心和地中海高位涡主体(低涡)的存在和维持,孟加拉湾上空正相对涡度输送频繁,使得南支槽不断生消;而乌拉尔山低位涡带(高脊)和贝加尔湖高位涡中心(低涡)由于低、高位涡空气的不断注入,发生一次次的替换和发展,在引导冷空气持续南下与孟加拉湾北上的暖湿气流长时间在我国华南上空汇合的同时,还导致地面西伯利亚高压反复增强并分裂小高压数次南下,地面强冷空气不断补充,最终造成华南低温雨雪冰冻天气的长时间持续。