不同冲击方向下高压气体致裂岩石特征试验

为探索含瓦斯煤层增透性,提高抽采率,利用自主研制的真三轴高压气体冲击致裂岩石试验系统,开展不同冲击方向下高压气体致裂试验,试验变量为气体冲击方向与最大水平主应力的夹角,在三向应力的作用下开展高压气体冲击试验,得到冲击方向与最大水平主应力呈现0、30、45、60和90°夹角时岩石破裂形态及声发射响应。结果表明:高压气体冲击致裂岩石过程呈现5个显著阶段,即冲击起裂阶段、气压上升阶段、裂缝扩展阶段、气压稳定阶段和压力衰减阶段;高压气体冲击产生垂直裂缝和水平裂缝,射流角度增加后,垂直裂缝出现偏转,且偏转角度逐渐变大,裂缝偏转点也逐渐远离钻孔,水平断裂面呈现中间低四周高的形态;气体峰值压力随着射流方向与最大主应力的角度增加而增加,从0~90°峰值压力呈线性增长;分析声发射信号发现,岩石冲击破坏以张拉破坏为主、剪切破坏为辅,但随着射流角度增加,逐渐转变为剪切破坏为主的拉-剪复合破坏。

高压气体冷却器的结构设计改进

针对高压大直径气体冷却器固定管板结构存在管壳程过大的温差应力、厚壁换热管的对流传热系数降低及换热管管头焊接接头可靠性降低的风险等问题,对高压气体冷却器结构进行了设计改进,将高压冷侧介质与低压热侧介质进行互换,将高压冷侧介质放到管程,并采用折流杆支撑U型管束结构,避免了壳程膨胀节引起的安全隐患,加强了换热管管头焊接接头的连接可靠性。利用高压换热器设计技术,对每一个设计细节进行充分地考虑,保证设备的安全运行。

大流量高压气体减压器技术研究进展及应用

大流量高压气体减压器是大型连续式高超声速试验系统的核心设备,其气体减压供应能力、工作稳定性和可靠性等对高超声速试验系统的试验能力有重大影响。本文对气体减压器的减压原理、技术方案、评价指标和技术难点进行了梳理,介绍了国防科技大学在大流量高压气体减压器技术方面的研究进展,展望了大流量高压气体减压器技术在高超声速试验领域未来的发展趋势。

高压气体爆破作用下层状岩体的地表振动效应预测方法

针对高压气体爆破致裂机理和振动效应传播机制研究不足的现状,首先,系统分析了冲击波、多介质流场与炮孔孔壁界面之间的相互作用全过程,突破了爆破荷载在孔壁界面处的过理想连续条件,推导了满足界面压力不连续条件的孔壁压力计算模型;然后,提出了一种高压气体爆破作用下层状岩体的地表振动效应预测方法,并通过比较所提预测方法与数值模拟方法对同一算例的地表振动效应计算结果,验证了所提地表振动效应预测方法的可行性。研究结果表明:在掏槽爆破效果相同的前提下,高压气体爆破比炸药爆破更能有效控制层状岩体的爆破振动效应安全;可为高压气体爆破的方案优化和振动效应预测及控制提供重要的理论指导,尤其适用于地表振动需要严格控制的城市地下工程。

核级高压气体减压阀抗震鉴定的试验验证

根据核安全规范抗震I类设备的抗震试验鉴定要求,利用液压振动台、电动振动台试验系统,模拟SSE地震运动水平,对运行于CAP1400型压水堆核电机组中的核级高压气体减压阀进行抗震试验,验证其完整性和可运行性。试验结果表明:核级减压阀的固有频率、振动老化、静态加载和RIM动态地震的测试项均符合抗震鉴定要求。本文抗震鉴定试验法综合验证了SSE地震工况下核级减压阀的抗震性能,同时验证了抗震计算方法的正确性,该方法亦可为核电厂类似的抗震鉴定实践活动提供有益借鉴。

以高压气体为动力的水压施加装置与控制系统设计

稳定水压供给设备是岩石力学水力耦合试验的关键装置,以高压气体为动力设计的水压施加装置具有压力稳定、能耗低的优点。本文以PC为上位机,西门子S7-1200为下位机设计了一种以高压气体为动力的压力控制系统。系统中PLC采集数据与上位机目标压力值实时交互,通过自动控制电磁阀开闭实现高压气体输入量的动态调控,待系统内水压接近设定目标值后,再由控制系统启动电动试压泵精准调压至设定目标值。

核级高压气体减压阀设计与试验

介绍了抗震Ⅰ类核级高压气体减压阀的理论计算、结构设计、抗震分析和试验方法。对于非标准压力-温度等级工况,根据ASME B16.34标准采用矩阵插值法计算得出中间压力磅级标号和常温下水压试验压力,通过插值法计算阀体最小壁厚值。根据气体质量流量方程和临界压力比计算不同减压比下的最小阀座流通面积。采用双级并联和模块化单元设计,并将气体高压进行优化分级减压处理,保持高压差工况下减压性出口压力稳定。利用ANSYS有限元软件,对阀门进行模态分析和强度计算,并根据ASME BPVC-Ⅲ规范对计算结果进行应力评定。根据核级减压阀的技术规范和鉴定大纲要求,自主设计与构建减压阀气体测试装置,并编制试验规程,完成各项型式试验项目。为核级高压气体减压阀的安全应用提供了保证,同时为类似核电阀门产品的设计开发提供参考。

高压气体断路器弧后电流特性的实验研究

弧后介质热恢复特性对断路器开断能力有着显著的影响,该文旨在通过实验手段研究不同因素对高压气体断路器弧后电流特性的影响。首先以126 kV SF6断路器为原型设计了实验样机,之后在不同触头分开时电流相位θ(20°、50°、80°),预期短路电流值I(12、18 kA)及腔体充气压力P(0.5、0.6及0.7 MPa)下进行了一系列开断实验,利用高分辨率的零区设备采集零区电弧电流。结果表明:间隙电弧重燃概率随θ增加而增大,当I=18 kA且P=0.5 MPa时,θ为20°时间隙未发生击穿,而θ分别为50°和80°时弧隙击穿且弧后电流的上升速率分别为1.03和2.08 A/μs;弧后电流及其上升速率随I的增大而增加,当θ=80°且P=0.6 MPa,I为12、18 kA时所对应的弧后电流上升速率分别为1和2.05 A/μs;当θ=80°且I=12 kA时,弧后剩余电流随着P的增大趋向于减小。气体的热开断能力与临界弧后电流存在对应关系,一定程度上可以考虑将弧后电流的临界值作为弧后热击穿的判据。

高压气体定容积充放气的特性

针对高压状态下理想气体模型不能较精确描述实际气体特性的问题,基于范德瓦尔方程和气体动力学方程,推导出实际气体节流口质量流量的特性方程,建立高压气体定容积充放气过程的数学模型.在此基础上与理想气体模型进行了比较,气体充放气过程的仿真分析表明,低压情况下二者的仿真结果基本吻合,随着气体压力增加所建立模型的仿真结果更加符合实际.

特高压气体绝缘组合开关设备中特快速瞬态过电压测量系统的标定

气体绝缘组合开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关操作会产生特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)。VFTO的全波形包含数十MHz的高频成分和准直流的低频成分。因此,VF-TO测量系统要有良好的瞬态响应和稳态响应特性,这就要求对测量系统的频率响应特性和分压比进行严格的标定。为此,利用阶跃波在均匀传输线中传输的原理,自行设计了阶跃电压行波发生装置,根据电容分压式测量系统输入和输出信号的关系,推导了在输入为理想阶跃信号的情况下,输出信号上升时间和测量系统3dB高频截止频率的关系,标定了测量系统的高频特性。根据测量系统低压臂时间常数和3dB低频截止频率的关系,标定了低频特性,测量系统带宽为0.003Hz～87.5MHz。对安装于实际GIS中的测量系统,使用已知幅值的工频和雷电波标定测量系统的分压比为6.6×105。可见,该测量系统满足对VFTO全过程波形进行测量的要求。

高压气体流量计量标准装置研制

随着我国CNG等高压气体应用产业的快速发展,迫切需要提高和确保计量的准确度,因而建立高压气体流量计量标准装置已是当务之急。为此,以国内高压气体流量计量检定能力现状为切入点,对比研究了国内高压气体流量计量产品和检测技术,分析了建立高压气体流量计量标准装置的意义及量值传递框图,选定了高压气体流量计量标准装置拟采用的测定方法和技术指标,提出了关键技术措施。据此研制建立的高压气体流量计量标准装置不仅可以进行高压气体流量领域中相关理论研究,而且还可以直接以空气为介质对CNG加气机系列产品、CNG加气机现场检定装置及高压气体流量计进行检定或校准,具有良好的经济效益和社会效益。

国外高压气体爆破

介绍高压气体爆破工作原理、爆破简结构和试验应用情况。

气动汽车高压气体减压过程的能量分析与动力特性研究

对气动汽车动力系统的能量控制和利用方法进行研究。分析了气动汽车动力源与气动发动机之间的高压气体减压控制过程及气动系统能量变化的特性 ;提出并明确了容积减压概念 ;得出了描述减压过程中可用能的数学表达式 ,指出减压控制环节中采用容积减压方法 ,能够更多地保持和利用高压气体能量 ,可以提高气动汽车动力系统的能量利用效率。指出合适的气动发动机气缸膨胀比是保证气动发动机高效做功的重要条件 ;

高压气体在微圆管中的流动特性

在高压条件下,试验研究氮气在直径为14.9、10.1、5.03、2.05μm微圆管中的流动特性。结合毛管束模型,研究气体的高压微尺度流动特性对气体在低渗多孔介质中渗流特性的影响。结果表明:气体在14.9μm微圆管中的高压流动特性与经典流体力学规律相符;随着管径的减小,气体的流动出现了明显的微尺度效应,表现为实测流量偏离经典流体力学理论预测流量,且管径越小,这种微尺度流动效应越显著;研究稀薄气体效应时提出的Kn数不能用来表征高压条件下气体的微尺度效应;气体在微小孔喉中的高压微尺度流动效应导致气体在低渗多孔介质中的渗流具有非达西渗流特征,表现为实际渗透率大于由经典H-P方程和达西公式计算的绝对渗透率。

1100 kV特高压气体绝缘开关套管-支架体系抗震性能加固试验研究

气体绝缘开关（gas insulated switchgear,GIS）套管是特高压（ultra-high voltage,UHV）变电站中的重要设备。为提高某型1100 kV特高压GIS套管-支架体系的抗震性能,对该套管原有钢支架梁柱节点进行了加固,并增加了相应斜撑,对加固前后的套管-支架体系进行了振动台试验。结果表明：加固前原支架在不同地震作用下动力特性发生变化,抗震性能不满足相关规范要求。支架对套管地震响应有较大的放大作用,加固后的支架侧向刚度增强,支架顶部加速度反应谱峰值较加固前降低,且主要频率分量升高,与套管基频差异增加,套管-支架体系地震响应较加固前减小。支架对体系抗震性能有较大影响,加固后的支架能显著提高GIS套管-支架体系的抗震性能。

高压气体发射装置内弹道特性及膛口流场分析

根据非定常可压缩流动的Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,基于计算流体力学分析软件,采用动网格技术,对弹丸在气室高压气体作用下的运动规律及其流场特性进行了仿真。主要研究了4种不同气室初始气压下膛内平均压力、弹底压力、气室底部压力、弹丸运动参数的变化规律,进一步分析了在气室初压为2.5 MPa下不同时刻马赫数等值线的变化规律。研究结果表明:膛内气流存在振荡现象,气室底部压力、弹底压力变化具有波动性;气室初始气压的大小影响气室底部压力、弹底压力振荡幅度及弹丸出炮口速度;弹丸在管内运动速度及运动时间随距离变化的关系均近似抛物线分布。

蛇形管平行通道中高压气体的对流换热特性研究

在高温加压的条件下研究了膜式蛇形管平行通道换热器的对流换热特性,试验气体为N2,试验工质的压力为0.5～3MPa.提出了不同冲刷形式、不同压力下的具体换热系数计算方法,同时给出了典型冲刷形式的对流换热关联式及其适用条件.试验研究表明:冲刷形式对换热系数有很大影响;单通道与多通道的换热系数是面积加权平均的关系;在相同的换热条件下,膜式蛇形管平行通道换热器的换热系数高于蛇形管平行通道换热器;相同温度条件下随着压力的升高,换热系数升高,但升幅逐渐减小.

高压气体在膜式螺旋管环形通道中的对流换热特性

在加压的条件下试验研究了膜式螺旋管环形通道内的对流换热特性,试验气体有单质气体He和N2,也有混合气体如He+N2,试验压力为0.5～3.5MPa,给出了不同螺旋管结构、不同气体和压力下的对流换热系数,以及典型冲刷形式的对流换热关联式及其适用条件.试验研究表明,气体压力、气体组分、冲刷形式对换热系数均有影响,特别是气体压力的影响最为突出.由数据分析得出了膜式螺旋管环形通道的对流换热关联式,该关联式可以适用于各种气体成分.

气辅成型中高压气体射流扩散特征分析

通过试验研究和理论分析,研究了气辅成型工艺中气体穿透聚合物熔体的扩散特征。结果表明,在气体注射点近区,气体对聚合物熔体冲击程度较大,呈现出复杂流动形态及扩散特征;当气泡穿透到离注气点一定距离后才趋于均匀;在气泡末端,由于气体的二次穿透作用而使气泡变得细而长。研究结果对于气辅工艺开发和气辅模具设计有重要指导意义。

高压气体开关放电电极的显微结构表征

在不同放电条件下对高压气体开关进行单次放电实验,结果表明,随着峰值电流和传递电荷量增大,电极烧蚀范围逐渐增大,烧蚀坑面积和深度增大(凹坑深度达5.4μm),表面熔融化、熔融液滴铺展和表面微突起现象越显著,其中微突起主要来源于相对电极材料的溅射作用。针对钼和钨2种电极材料,研究高压气体开关多次工作电极的显微结构。可知开关表面均出现突起和裂纹等特征;钼开关电极表面烧蚀程度较严重,形成的颗粒突起较大(直径达30μm、高度达34μm),表面呈现的裂纹较宽(20μm)、较深(18μm)且数量较多,而且表面呈明显熔融态;而钨开关电极烧蚀程度较轻,表面出现一定数量尺寸较小的突起(最大直径为20μm,最大高度为18μm),裂纹少且尺寸小(宽度为5μm,深度为8μm)。