CEEMDAN-SE-WT降噪方法在航空发动机燃油流量信号中的应用

燃油流量信号是反映发动机状态和计算飞机排放物排放量的重要信号,但飞机飞行过程中传感器采集信号时不可避免地会受到外界环境以及内部因素干扰。提出一种结合样本熵(sample entropy,SE)的完全自适应噪声集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)与小波变换(wavelet transform,WT)的联合降噪方法。首先使用CEEMDAN对燃油流量信号进行分解得到本征模态分量,利用样本熵筛选含噪分量,并用相关系数与方差贡献率进行复核。对于含噪分量使用小波阈值降噪进行处理。最后将未处理的模态分量和完成降噪的模态分量重构得到最终燃油流量信号。通过与其他方法比较,CEEMDAN-SE-WT方法拥有最高信噪比为85.287,降噪后燃油消耗总量与飞机总重变化最为接近,可以认为该方法较大程度保留了燃油流量信号中的有效特征,为后续计算民机排放物排放总量提供了良好的数据支持。

基于蜂窝仿生流场的质子交换膜燃料电池的性能研究及优化

为了增强质子交换膜燃料电池(PEMFCs)内部燃料分布的均匀性与水管理能力,本文研究了一种新型的基于仿生结构的蜂窝仿生流场。首先,根据蜂窝结构特征,搭建出三维多相流非等温几何模型并确立PEMFC的数学模型;其次,采用计算流体动力学Fluent软件对模型进行无关性与有效性验证,并对蜂窝仿生流场和常规平行流场的电池性能和燃料分布进行了模拟分析;最后,对比极化性能、气体流速分布、燃料与液态水组分浓度和电流密度分布,验证了蜂窝仿生流场设计的有效性。研究结果表明:采用蜂窝仿生流场的电池峰值功率密度比常规平行流场高15.6%,其内部水管理能力和燃料分布均匀性均强于平行流场;左端进气的蜂窝仿生流场比采用上端进气的蜂窝仿生流场在气体通路内具有更均匀的气体压力,可有效避免流道内产生局部涡流,其峰值功率密度可以达到0.3933 W/cm2。

旁通阀结构对燃料电池系统阴极压力控制效果的分析

为减小压力波动对燃料电池寿命的不利影响,通过仿真及对比试验,探究增加旁通阀对阴极供给系统压力波动的改善效果。根据对燃料电池输出特性与各组件工作原理的分析,建立机理与控制模型;采用基于自抗扰的反向解耦方法实现流量与压力的解耦控制;运用模糊PI方法实现压力波动控制。通过Matlab/Simulink仿真验证了解耦方法在该系统结构下的控制效果,在对比试验中,压力波动峰值分别为无旁通阀1.82kPa与有旁通阀1.09kPa,旁通阀的增加减小了压力波动,使阴极流道压力的稳定性得到了更有效的控制,对提升燃料电池寿命有重要意义。

柴油-天然气双燃料喷射器燃料喷射特性的测试方法

针对双燃料喷射器结构复杂而无法实现喷射特性同时测量的问题,以同心双轴针式喷射器为研究对象,提出一种油和气同场测量方法,用动量法获取喷油规律及喷气规律型线,再通过测试密闭容腔内的压力变化计算喷气量,将二者结合可在测量喷气量的同时测量出精确喷气规律,最后对柴油-天然气双燃料喷射器的常用工况进行测试及验证。结果表明,采用动量法结合容积法的喷气规律测量方法得出的喷气量误差不超过5%。对喷射器的一致性进行验证,喷油量与喷气量的波动率均不超过3%,证明其喷射器一致性较好,该测试技术具有较高的准确度与可信度。

上钠腔设计对大型MOX燃料快堆冷却剂沸腾瞬态的影响研究

钠空泡反应性效应是钠冷快堆核设计和安全分析的重要内容。本文基于多群节块扩散法,采用微扰理论对1000 MWe钠冷快堆具有上钠腔结构的MOX燃料堆芯的总钠空泡反应性、空间分布、物理分项进行计算。基于钠空泡反应性的计算结果,利用中国原子能科学研究院自主开发的钠冷快堆堆芯瞬态分析程序对1000 MWe钠冷快堆进行了无保护失流事故的瞬态分析,分别对具有上钠腔设计的堆芯和无上钠腔结构的堆芯安全性进行了评价。分析结果表明,上钠腔设计大大缓解了钠冷快堆冷却剂沸腾瞬态的事故后果,为钠冷快堆堆芯的安全设计提供了重要参考。

质子交换膜燃料电池泡沫金属流场传质性能

建立泡沫金属流场的三维完整形态,通过三维数值模拟进行研究,结果表明,泡沫金属流场可以有效地降低浓度极化损失,从而提高燃料电池在大电流密度下的性能,且与增加的输出功率密度相比,相应的泵送功率损失可以忽略不计。同时,在泡沫金属流场作用下,质子交换膜燃料电池内部的氧气浓度分布比传统的直流道的燃料电池更加均匀。通过台架试验,观测了泡沫流场中的液态水的流动状态,并通过三维数值模拟,得到了与试验相似的流动现象,且与传统直流道流场对比,泡沫金属流场对燃料电池水淹现象的改善有很大的帮助。

复杂流场下对焊燃油管路流固耦合特性分析

飞机燃油管路内部流体流动特性复杂,油液与管壁相互作用产生的流固耦合作用严重影响管路安全,深入研究流固耦合特性对减少管路振动和磨损具有重要意义。通过金相检测和微拉伸试验获得焊接接头区域具体尺寸和力学性能参数,建立带有90°弯管的对焊燃油管路流固耦合模型。采用Realizable k-ε湍流模型开展研究,综合分析在恒速流场下不同入口流速对流体域流动特性及固体域应力响应规律的影响和在脉动流场下不同区域等效应力的响应结果。结果表明:恒速流场下,出口弯管段最大等效应力受流速影响显著;脉动流场下,焊接接头处的最大等效应力出现在焊缝区且应力水平较为集中。可为改善飞机燃油管路的构型设计和系统性能提供重要参考。

具有泡沫金属流场的燃料电池研究进展

泡沫金属是一种具有高孔隙率、高电导率、良好传热性和重量较轻等优点的新型多功能材料,在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中嵌入泡沫金属作为流场的应用受到越来越多的关注。重点综述PEMFC流场的研究进展,探讨泡沫金属结构参数、流场设计和环境因素等对功率密度、气体分布、压降和水热管理等性能的影响。进一步讨论泡沫金属流场在PEMFC应用中所面临的腐蚀和水淹问题,以及具备耐腐蚀涂层泡沫金属的研究进展,为PEMFC泡沫金属流场的发展和优化提供有益的启示,以期推进泡沫金属在PEMFC中的应用。

不同偏角变径流道质子交换膜燃料电池性能仿真分析

为了研究变径区域的不同偏角下质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能,基于ANSYS Fluent软件对不同偏角下的电池流道中气体流速、质量分数、压强以及水含量进行了仿真模拟,分析结果表明:在不同偏角下流道流速主要在6~7 m/s之间,流速点占比相对较大对应的偏角为50°,相对较小的对应偏角为75°;相对较大流速对应的偏角为75°和60°,随着偏角的增加,阳极氢气绝对压强曲线线性增加速率相对较大的对应偏角为70°和75°,相对较小的对应的偏角为40°;阴极氧气绝对压强曲线相对较大的对应的偏角为60°,相对较小的对应的偏角为40°;在出口处流道水质量分数相对较大的对应偏角为40°、70°和75°,而相对较小的对应角度为60°。综合考虑分析可以得出,电池效率相对较好的适宜偏角为60°。

燃料电池气体扩散层表面液相涌出行为

燃料电池流道内的两相分布特性对于提升燃料电池水管理能力至关重要,探究多液滴在流道表面流动行为利于优化结构及运行条件。使用流体体积(Volume of Fluid)法对液态水从气体扩散层(Gas diffusion layer)涌出到流道内的动态过程进行模拟,研究流道内气体流速、GDL表面接触角和水孔间距对水涌出过程和流动行为影响。结果表明,液滴在GDL表面经历了生长、分离、传输和碰撞凝并等过程。气体流速明显影响压降和液滴分离周期,随着气体流速增加,压降增加,液滴分离周期从14.7 ms降至4.7 ms,水去除能力显著增强,高气体流速造成液滴形态和流动情况不稳定。GDL表面润湿性改变了表面张力,影响液滴形态和流动,显著影响水覆盖率,随着接触角增大,GDL表面平均水覆盖率从20.03%降至9.01%;水孔间距对液滴碰撞周期影响大,小水孔间距时液滴在生长中发生凝并,大液滴飞溅造成流道内气流速度下降,压降和GDL表面水覆盖率产生大波动;大水孔间距时,流道内速度场受影响明显,前一液滴获得大速度后发生碰撞更易造成液滴飞溅,导致最大水孔间距时水覆盖率下降,从16.84%(D=0.8 cm)骤降至14.69(D=1.2 cm)。研究结果为流道表面接触角,GDL孔隙分布、进气条件等参数优化提供理论指导和技术借鉴,改善质子交换膜燃料电池水传输能力提高工作效率。

迷宫式新型流道对质子交换膜燃料电池的性能优化

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)具有广泛的应用前景。为了提升流道构型对于质子交换膜燃料电池的综合性能,通过建立一种三维单相、等温的圆形交错迷宫式流道质子交换膜燃料电池模型,分析新型流道对质子交换膜燃料电池的输出性能、阴极氧和水浓度分布及阴极进气流速的影响。结果表明,圆形交错式流道相较于矩形交错式流道和蛇形流道电流密度提升25%和143%,也可以明显的改善流道内反应物和产物的分布和输运。阴极进气流速的增加可以提升电池的性能,但也会带来其他额外的损耗。可见,圆形交错式流道可以有效提升输出性能,改善氧和水的分布。

PEMFC船形堵块阴极流场的性能

建立流体体积(VOF)两相流模型,研究船形堵块流道的排水性能。建立不同开孔率的船形堵块流道三维模型,研究船形堵块及开孔率对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。船形堵块流道峰值净功率密度相较于传统直流道可提升9.4%,相较于同堵塞率下的梯形堵块流道可提高2.9%,具有较好的强化传质作用。通过提高船形堵块流道的开孔率,PEMFC可以获得更好的性能。在相同开孔率下,船形堵块流道的氧气摩尔浓度较直流道和梯形堵块流道分别提高28.6%和14.0%。结果表明,相较于传统直流道,船形堵块流道可降低排水周期和流道内平均水含量,具有更好的排水性能。

高密度碳氢燃料JP-10流动换热及热裂解结焦实验研究

基于再生冷却技术研究背景,在热通量100~2000 kW/m^(2)、常压~6 MPa条件下,于Ф4 mm×1 mm高温合金钢圆管内开展了高密度吸热型碳氢燃料JP-10的流动换热特性和热裂解结焦特性实验研究。研究表明,压力2MPa下,1204.6 kW/m^(2)是煤油发生偏离核态沸腾的临界热通量。亚/超临界压力下JP-10部分流动换热区域可划分如下:入口效应区、强制对流换热区、(拟)过冷沸腾区、(拟)饱和沸腾区等。流体温度是主导燃料结焦的主要因素。压力2、4、6 MPa下,燃料结焦起始点流体温度分别为679、652、643℃。壁面温度在高结焦反应发生后对结焦量产生同步影响。压力升高,燃料管内结焦加剧,高温燃料在管道内停留时间增加是主要原因。

第三类加热边界条件下超临界正癸烷的流动换热和热裂解特性研究

为深入理解不同类型热边界条件下碳氢燃料流动换热和裂解特性,对第三类加热边界条件下圆通道内超临界正癸烷的流动换热和热裂解特性开展了数值研究,并与等热流和等壁温加热条件下的结果进行了对比。结果表明:管内对流换热热阻的沿程变化和管道内外温差的缩小会造成不均匀的壁面热流分布和壁温分布。通过将第三类加热边界条件下的结果与等热流加热条件下的结果进行对比发现,第三类加热条件下换热恶化程度更低,最高壁面温度由1 219 K降低到1 175 K;与等壁温加热条件下的结果相比,第三类加热条件下壁面热流密度变化规律相似但变化范围和幅度更小,在加热段后半段,其转化率和压降均低于等壁温加热条件,出口处两种条件下的转化率相差约4%。

质子交换膜燃料电池直流道内液滴传输研究

建立质子交换膜燃料电池(PEMFC)的二维直流道模型,分析液滴在流道内的产生、破裂及传输全过程,探究进气速度、气体扩散层表面亲疏水性以及挡板结构参数等关键性因素对液滴传输特性的影响。仿真结果表明,提高进气速度有助于强化液滴的去除效果,但过高的气体流速会将液滴推向气体扩散层表面,造成液滴累积;亲水性较强的气体扩散层表面导致液滴严重坍塌形变,堵塞气体扩散层孔隙;液滴在疏水性气体扩散层表面流动速度相对较快,壁面附着力小,利于流道排水;增大挡板堵塞率可提高挡板下方及后方区域气体流速,提高液滴吹扫能力;挡板表面亲疏水性对流道内液滴去除效果影响较弱。

STS304管表面“氧化+结焦”处理对碳氢燃料热解结焦的抑制作用

采用氧化或结焦方式对STS304内表面进行预处理,得到反应管O-STS304、C-STS304、OC-STS304,将其与STS304和TA管开展SEM/AFM表面形貌、表面元素XPS和导热系数等参数测试.结焦引入碳层增加了STS304内表面的粗糙度以及导热热阻,但一定程度抑制了催化结焦,同时提高了管材耐温性.采用MCH热解结焦实验发现,氧化和结焦预处理对热解影响很小,结焦处理可以显著降低催化反应管的结焦速率,5种管材的结焦速率排序为STS304>O-STS304>OC-STS304>TA>C-STS304.因此,对镍基催化反应管进行结焦预处理可以有效抑制结焦.

燃料组件堵流工况下铅铋-氩气两相流的传热压降特性分析

带绕丝燃料组件的堵流事故是铅冷快堆安全分析的重要工况之一。由于在铅铋自由液面处的气体夹带或在气体增强自然循环条件下存在铅铋-氩气的两相流情况,可能引起燃料组件堵流工况下的局部热工水力特性变化。本文通过计算流体力学软件Fluent,对带绕丝19棒束燃料组件进行建模,模拟分析了堵流工况下的铅铋-氩气两相流传热压降特性,并对两相流模型进行了对比验证,对入口雷诺数、堵块孔隙率、氩气气泡直径等因素进行参数敏感性分析。结果表明:在堵流条件下氩气气泡的流动行为包括逃逸、耗散和受限,在气相体积分率较高的区域会产生局部微正压及过热现象。研究结果可为铅冷快堆堵流事故的安全分析提供参考。

超临界碳氢燃料流动不稳定的频域分析与数值模拟

再生冷却通道中的流动失稳是高超声速飞行器发动机热防护技术中的核心问题之一。为研究超临界碳氢燃料在冷却通道中的流动不稳定特性,基于有限体积法及流体物性近似,发展了高效的一维瞬态模拟方法;同时,基于小扰动假设,进一步提出了用于预测稳定行为的频域分析方法。通过相关实验,验证了模型的可靠性。基于时域和频域方法的综合分析,沿内特征曲线讨论了主要失稳类型,重点分析了受密度波及Ledinegg不稳定共同影响的复合不稳定性。随后,进一步分析了工作压力和入口温度对稳定特性的耦合影响,并基于N_(tpc)-N_(spc)空间划分了稳定区域。研究发现,复合不稳定、Ledinegg不稳定以及密度波不稳定,随入口温度升高而相继消失。Ledinegg不稳定及密度波不稳定的稳定边界在N_(tpc)-N_(spc)空间具有高度相似性,而复合不稳定性的区域在较高的压力下略有缩小。

甲烷-烟气流量比对全氧燃烧玻璃窑炉热化学重整过程的影响

甲烷-烟气流量比显著影响着全氧燃烧玻璃窑炉热化学重整反应的进行。采用常压管式炉对不同甲烷-烟气流量比条件下的甲烷-烟气热化学重整反应进行了实验研究,分析了不同甲烷-烟气流量比对热化学重整反应性能的影响。结果表明:甲烷-烟气流量比显著影响着热化学重整反应有效气产量和重整过程各伴随反应占比;在相同反应时间和气体总流量条件下,当甲烷-烟气流量比为2∶1、测试温度为1 000~1 400℃时,热化学重整反应有效气产量和主反应占比最大;过高的甲烷-烟气流量比容易导致甲烷-烟气重整反应过程中甲烷干重整和甲烷蒸气重整反应占比降低,甲烷裂解反应占比增加;甲烷反应速率随甲烷-烟气流量比值的增大而增大,随烟气流量的增加而减小。

氨气射流卷吸特性的数值仿真

基于Ansys Fluent软件进行三维数值仿真,研究了氨气射流贯穿距特性及卷吸特性,分析了射流形成的亚膨胀区结构及涡流特点,并利用控制截面法对氨气射流的卷吸质量特性进行了研究.结果表明:氨气射流贯穿距的发展分为三阶段,这种三段式特点由氨气射流形成的一次涡及剪切层的特性所引起;第一阶段(0<t<0.14 ms)为线性阶段,在亚膨胀区及其边界氨气射流对空气无卷吸;第二阶段(0.14 ms≤t≤0.40 ms)为过渡阶段,在该阶段内一次涡及剪切层快速发展,卷吸质量增加了50%以上(喷压比R为8.0);第三阶段(t>0.40 ms)为准稳态阶段,卷吸质量较最大值减少30%(喷压比为8.0).平均卷吸空气总质量随喷压比增加而增大,第一、二阶段一次涡存在时平均瞬时卷吸空气质量较大,剪切层充分发展时平均瞬时卷吸空气质量达到最大值,卷吸质量最多增长58%(喷压比为8.0).