An Innovative Organic Rankine Cycle with Gas-liquid Injector for Pressurization

The organic Rankine cycle （ORC） is an effective way to recycle low temperature exhaust heat but pump for the ORC has several disadvantages such as great difficulty in manufacturing, easily-invited cavitations, low efficiency and high cost. Gas-liquid two-phase injector is a device without moving parts, in which steam is used to drive cold liquid from a pressure lower than the primary steam to a pressure higher than the primary steam. In this paper, the mechanical circulation pump was replaced with a gas-liquid injector. The effect of the evaporate temperature for the system was studied with the organic fluid R123. While this novel ORC can not only improves the energy utilization, but also be suitable for some occasions without power.

气液喷射升压有机朗肯循环特性

针对小型有机朗肯循环工质泵效率低、耗功大等问题,将气液喷射器取代工质泵作为升压设备,基于喷射器一维模型,构建了气液喷射升压有机朗肯循环(IORC)的热力模型。以140?℃的中低温热源为驱动力,R245fa为工质,研究了喷射器引射系数、喷射器面积比以及冷凝器出口过冷度3个参数对IORC性能的影响,并将IORC与基本有机朗肯循环(BORC)的热力性能进行对比。结果表明,存在一个最佳引射系数和过冷度,使IORC的净输出功达到最大值。引射系数和面积比的增加均会使喷射器升压比降低,而过冷度的增加会使升压比增加。3个参数的增加均会使喷射器?效率和换热器经济性降低。IORC的换热器经济性比BORC更好,当工质泵效率低于52%时,IORC净输出功更具优势。

动量比对单排槽针栓喷注器雾化特性的影响

为了获得单排槽气液针栓喷注器的破碎过程和雾化特性,通过试验和数值仿真方法研究了不同动量比下的破碎变形过程、雾场浓度和粒径分布。结果表明,径向液束在轴向气膜的剪切作用下发生变形和破碎,穿透深度和破碎长度均随着动量比的提高而增大;雾场中心的浓度随动量比提高而降低,使得雾场中心接近空心;随着局部动量比的提高,液滴粒径的最大值逐渐增大,液滴粒径的最小值逐渐减小,液滴的粒径范围逐渐拓宽;雾场液体浓度和粒径沿周向分布有相邻喷注单元之间明显的分区特征。

缩进长度对液液同轴离心喷嘴雾化过程的影响

为探究缩进长度对液液同轴离心喷嘴雾化锥角的影响,中心喷嘴工质采用N_(2)O_(4),外喷嘴工质采用偏二甲肼(UDMH),通过数值仿真获得了喷嘴内部流场的细节特征以及缩进数N对喷嘴雾化锥角的影响规律。结果表明:当N<1时,喷嘴的雾化锥角呈现先增后减的趋势;当N>1时,喷嘴的雾化锥角略微增大;当N=0时,UDMH与N_(2)O_(4)液膜之间会形成低压区,使得UDMH液膜张角减小,N_(2)O_(4)液膜张角变大,并在液膜末端贴合在一起,最终雾化锥角为外喷嘴与中心喷嘴雾化锥角的中间值;当N>0.85时,UDMH与N_(2)O_(4)会在缩进室内部发生明显的掺混,液膜变形程度加剧;当N>1.27时,缩进室会对内部混合流体起到整流作用,从而使其雾化距离增加。

液氧煤油气液同轴直流离心式喷嘴的声学模拟实验研究

气液同轴直流离心式喷嘴对补燃发动机燃烧室高频燃烧稳定性有显著影响。为研究气液同轴直流离心式喷嘴的声学特性,在大气环境条件下进行了单喷嘴声学模拟实验。通过安装在模拟燃烧室外侧的扬声器激发声学振荡,利用声学探针测量燃烧室内的声压,获得了喷嘴长度、节流嘴直径对燃烧室声学特性的影响规律,确定了喷嘴长度与节流嘴直径的选取原则。

补燃循环火箭发动机气液同轴式喷嘴声学特性研究

基于经典声学和振动理论,运用流体动力学基本方程描述燃气通道内气体的波动现象,建立了双组元同轴直流离心式气液喷嘴声学特性分析的物理、数学模型,采用四端网络方法进行了计算。对单喷嘴声学模拟试验结果进行了分析。结果表明,所建声学特性分析模型用于分析喷嘴波动过程是可行的;合适的通道长度和节流嘴直径对液氧／煤油补燃循环发动机高频燃烧不稳定性有明显的阻尼作用。

气液同轴双离心式喷嘴喷雾特性

采用流体体积方法分析涡流器离心式喷嘴内部流动过程,采用单反相机和相位多普勒测速仪测量离心式喷嘴、气液同轴双离心式喷嘴的喷雾特性。发现涡流器离心式喷嘴内部流动的总压损失主要发生在涡流器槽道入口、收敛段和等直段。等直段使液膜厚度减小,喷雾锥角减小。离心式喷嘴喷雾粒径分布范围沿径向逐渐增加,轴向速度分布范围沿径向先减小后逐渐增加。气液同轴双离心式喷嘴喷雾特性受气液比影响很大,气液比小时旋流空气使喷雾锥角增加,粒径分布范围减小;气液比大时,气体膨胀压缩喷雾,使大液滴能够到达喷雾中心,喷雾外侧为二次雾化成的细小液滴。

液体火箭发动机喷嘴动力学研究进展

对液体火箭发动机喷嘴动力学研究的有关文献进行了综述,从喷嘴动力学理论分析和实验研究两方面入手,对直流式、离心式喷嘴、敞口型离心式喷嘴和气液同轴喷嘴动力学的国内外研究进展进行了全面总结。从目前的研究结果来看,喷嘴动力学在解决燃烧不稳定方面具有重要意义,在未来液体火箭发动机研制中将起到更大作用。

液态LPG喷射发动机喷嘴内部气穴现象的数值解析

建立了描述液态LPG燃料性质的13种物化参数的数据库,并将其编译导入通用CFD软件Fire 8.5。在验证了解析方法可行性的基础上,数值解析了液态LPG喷嘴内部在不同喷孔形状时的气穴现象,考察了气穴生成的位置、喷孔出口处的燃料体积分数的分布等。结果表明:单孔喷嘴内部的气穴发生在喷孔入口拐角处,气穴生成区域呈圆周均匀分布,并且一直延伸至喷孔出口;而双孔喷嘴内部的气穴总是发生在与垂直来流方向呈锐角分布的两喷孔入口处,随着流动的发展,气穴生成区域迅速地向喷孔中心扩散。无论是单孔还是双孔LPG喷嘴,气穴现象使得实际的喷孔流通截面积发生变化。

液体火箭发动机气液同轴式喷嘴混合特性实验研究

本文通过实验研究了液体火箭发动机气液同轴离心式喷嘴的混合特性。利用两相探针技术，测量了喷嘴下游喷雾流场中气液流强和混合比分布，考察了喷嘴缩进比和气液喷注压降等参数对混合特性的影响。结果表明，气液同轴离心式喷嘴的缩进比对喷嘴混合特性有较大影响，增大缩进比将导致更窄的气液流强分布和更均匀的混合，而改变气液喷注压降将导致不同的流强和混合比分布规律。

不同结构形式气液同轴式喷嘴的流量特性

本文通过实验方法对两种不同结构形式的气液同轴式喷嘴流量特性进行了研究,重点考察了喷嘴内气液相互作用和环境反压的变化对喷嘴流量特性的影响,研究结果表明同轴离心式喷嘴内气液相互作用比同轴直流式喷嘴内气液相互作用要强。对于这两种喷嘴,反压的变化对气相流量的影响规律相同。

敞口式离心喷嘴液膜动态填充及打开过程研究

为了揭示敞口式离心喷嘴液膜填充及打开过程,采用两相界面追踪方法 VOF(volume of fluid)模拟了喷嘴内部及近喷口区域流动过程,计算得到的喷雾角和试验结果偏差不超过2%。计算结果表明:喷嘴内部填充过程中,自切向孔下游至喷嘴出口液膜厚度缓慢增加,在喷嘴出口处液膜厚度大幅度降低,呈非线性发展;相应地,切向孔截面空心涡经历了正方形-花瓣形-圆形的演化历程;喷口边缘处表面张力占主导,此时液膜较厚,因此液膜刚流出喷嘴时并没有立刻打开,而后变薄、失稳、脱落、破碎并部分聚合,随着时间推移,喷嘴出口液膜形态依次经历了铅笔形、洋葱形、郁金香形和完全发展形四种形态,与稳态下喷注压降改变时喷雾形态变化相一致。

背压对液体离心喷嘴喷雾锥的影响

通过理论结合数值仿真的方法考虑背压对液体火箭发动机用液体离心喷嘴喷雾锥的影响。在理论模型的基础上,使用旋转轴对称模型对离心喷嘴内外流场求解耦合VOF方程的N-S方程组的数值模拟表明:背压增加,喷雾锥内外压差使喷雾锥向内收缩。基于流场参数分析,建立内外压差的经验公式,得到了与实验吻合的考虑背压影响的喷雾锥模型。

喷注压降对液液同轴离心式喷嘴喷雾锥角的影响研究

为了研究不同喷注压降下液液同轴离心式喷嘴喷雾锥角的变化规律,采用高速摄像机观测喷雾形态。试验结果表明:内、外喷嘴单独工作时,喷雾锥角随着喷注压降的增加而增加。内、外喷嘴同时工作时,喷雾锥角随内喷嘴喷注压降的增加而减小,随着外喷嘴喷注压降的增加而增加。通过与内、外液膜同向旋转时喷雾锥角的变化规律对比,发现内、外液膜的旋转方向对外混式液液同轴离心式喷嘴喷雾锥角的影响不大,因为离心式喷嘴产生的锥形液膜的切向速度会很快转化为径向速度。由于液膜切向速度迅速转化为径向速度使得内、外液膜反向的动量转变为同向动量,从而造成利用角动量守恒来预测喷雾锥角的理论模型用于计算反向旋转的外混式喷嘴时存在较大误差。对于内、外液膜反向旋转的外混式喷嘴,由于液膜旋转方向对喷雾锥角的影响不大,可以按照同向旋转的公式进行计算。

气液同轴式喷嘴缩进比对雾化细度影响的实验

缩进比是液体火箭发动机气液同轴式喷嘴设计中一个重要参数。本文对缩进比对喷嘴雾化特性的影响进行了实验研究。结果表明；在不同工作参数下不同缩进比的喷嘴，其雾化特性有一定的差别。缩进比对雾化细度的影响不如其对雾化的流强和混合比分布及噪声等的影响明显。在气侧压降较小时，缩进比过大过小都不利于雾化；而在气侧压降较大时，缩进比较大或较小都会对雾化有一定的改善。但当缩进比过大时，气液之间的相互作用会使得液体喷注压降明显地波动。

一种新型气泡雾化喷嘴水平喷射特性的研究

研究了一种新型锥面注气方式的气泡雾化喷嘴，用水和压缩空气在常温常压下试验了水平喷射时结构和工作参数对雾化及流场特性的影响，用2D-PDA测量了液雾的平均直径尺寸分布和速度分布。结果表明，注气孔的尺寸及数目均对雾化特性产生一定影响；气泡发生器的锥角存在一最佳值，对于本文研究的结构，60°锥角可达到良好的雾化；混合段长度也存在一最佳值范围，提高液体的喷射压力和气液比，能够改善雾化，增大液雾的速度。实验结果表明，锥面多孔注气能有效地抑制水平喷射情况下由浮力产生的气泡聚合，能够使气泡均匀分布，实现稳定、连续的雾化。

液体离心喷嘴喷雾场动态特性的初步研究

为了研究喷嘴的动态特性,建立了喷嘴动态特性试验系统。采用高速动态图象测量设备,以水为模拟介质,对离心喷嘴喷雾场轴向速度、离心液膜破碎距离及表面波波长等参数进行了初步研究。结果表明:在脉动工况下,喷嘴压降及几何特性系数的变化对喷雾场轴向速度及离心液膜相关参数影响较大;所设计建造的试验系统及采用的测试仪器和试验方法可满足喷嘴动态特性研究的需要。

喷嘴对供应系统到燃烧室压力振荡传递幅频特性的影响

从理论上分析了压力振荡由供应系统到燃烧室通过喷嘴的传递过程,推导了振荡传递过程的传递函数.讨论带有各种喷嘴的燃烧室的动态特性,对供应系统、燃烧室压强、喷嘴种类及喷嘴结构尺寸对供应系统压力振荡引起燃烧室压力振荡的影响进行了计算,得到了喷嘴在传递过程中的影响规律.

射流撞击雾化液滴运动过程与粒径分布特性的试验研究

在大气环境下,以水为介质,采用PDPA和高速动态分析系统,针对直流撞击式喷注单元的雾场结构进行试验研究,获得了雾化液滴速度分布、粒径分布等试验参数。从液滴运动及液滴大小分布的角度针对撞击雾化液膜破碎成液滴的过程进行了分析,发现水平面上雾化液滴的径向速度以原点为中心对称,且随离原点距离增大而增大;初始雾化阶段的粒径大小分布则与径向速度分布相反。分析认为是液膜运动过程赋予了雾化液滴的初始速度,并影响了初始雾化液滴的分布特性。

燃烧室压力振荡对喷嘴出口流量振荡影响分析

从理论上分析了燃烧室压力振荡引起喷嘴出口流量振荡的振荡传递,推导了振荡传递过程的传递函数。讨论带有各种喷嘴的燃烧室的动态特性,计算了燃烧室压强、喷嘴压降、喷嘴类型及结构尺寸对燃烧室压力振荡引起喷嘴出口流量振荡的影响,得到了喷嘴在此传递过程中的影响规律。