Gas Flow Development Through Tandem Heat Exchangers Inside Exhaust Nozzle by Using Porous Medium Model

A computational study on the flow development through tandem double-U-shaped-tubes compact heat exchangers inside exhaust nozzle is presented.In order to simplify the computational process on modeling the flow field,the compact heat exchanger is modeled as a porous matrix by using an isotropic porous medium assumption,which makes two-dimensional numerical simulation realistic.With the use of an existed quadratic relation which connects the pressure drop with the inlet velocity in the external part of the heat exchanger,the permeability and drag coefficient in the porous medium model are determined and a corresponding computational method validation is also made.Two schemes of tandem double-U-shaped-tubes compact heat exchangers are numerically analyzed.In relative to the baseline scheme,the modified scheme is improved by smoothing the nozzle expansion,varying heat exchanger mounting angle and installing boat-tail ramp at the trailing edge of the last heat exchanger.The results show that the pressure losses due to the existence of local recirculation zones and inappropriate distribution of the flow field are reduced in the modified scheme.The pressure loss coefficient is decreased from 1.7% under the baseline scheme to 1.2% under the modified scheme.

地下进风系统对间接空冷塔性能的影响

削弱环境风对间接空冷塔散热器性能的不利影响,有助于其安全和经济运行。该文提出一种新型间接空冷塔地下进风系统,将空冷散热器整体布置在低于地表平面的地下空间内。建立配置地下进风系统的间接空冷塔数值计算模型,得到间接空冷塔的空气流场特性和热力特性。基于凝汽器和空冷散热器协同调节、相互制约的作用机制,采用机理模型和数值模拟相结合的方法建立排汽压力的计算模型,在此基础上计算地下进风系统的热经济性。结果表明,在4 m/s风速下,虽然迎风扇段空气流量减少14.5%,热负荷降低12.4%,但侧风扇段和背风扇段冷却空气量分别增加46.0%、8.0%,热负荷分别提升30.9%、3.2%。在高风速工况下,地下进风系统削弱环境风对排汽压力的影响,具有抵御自然大风的能力。某660 MW间接空冷机组,采用地下进风系统全年可节约标煤9554.3 t,节省燃料费1094.0万元。

输水管线空气阀进排气孔径的合理选择

输水管线空气阀进排气孔径的选择,包括防水锤型空气阀低压进排气孔、缓冲板小排气孔和高压微量排气孔,不仅影响输水的安全性,而且严重影响工程投资。为了合理选择各种类型空气阀进排气孔径,本文首先提出了气体流量与流量系数、孔径、气压的函数关系,以及输水管液柱弥合水击压力与输水管直径、水击波速和空气阀流量改变量的函数关系;然后,建立了空气阀进排气孔径与输水管线充水和排水流速、负压控制要求及水击压力之间的函数关系,同时考虑了管材刚度和位置高程的影响。最后,分别以重力流输水管线和泵站加压输水管线为例,应用所得理论公式分别计算确定了复合式空气阀和防水锤型空气阀进排气孔孔径,结果表明按照本文公式确定的空气阀进排气孔径,不仅比按照常规经验确定的空气阀孔径小得多,而且可以有效削减输水管的液柱弥合水击压力。

基于经验模态分解的汽车发动机进/排气管道低噪声抑制法

为降低汽车发动机进/排气管道内的噪声,提高发动机的稳定性和使用寿命,提出基于经验模态分解的汽车发动机进/排气管道低噪声经验模态分解抑制法。分别计算了发动机排气基频噪声与多气缸进气噪声,得到了发动机进/排气的共振噪声。基于经验模态分解算法构造了发动机的噪声分量,通过计算其极大值与极小值的包络平均值,得到每一个噪声点相对于极值点的残余量,并将发动机的噪声信号分解为不同的单元分量。在噪声收敛系数以及噪声模态分解机制下,设计了发动机进排低噪声抑制算法。实验结果表明:该算法对噪声的抑制具有一定的效果;消声器数量越多,噪声的传递损失越大;在消声器的消声容积中,传递损失分别与扩张比和扩张式结构长度成正比;管道直径大于36 mm且管道长度为150 mm时,噪声抑制效果最好,而在发动机全功率运行时,需要保证管道直径小于32 mm且长度为150 mm。

不同大气压力下进/排气节流对SCR性能的影响

为研究进/排气节流对柴油机性能和选择性催化还原(SCR)转化效率的影响,以高压共轨柴油机和氧化催化器(DOC)及SCR组成的后处理系统为研究对象,研究了大气压力为80、90和100 kPa下进/排气节流对柴油机有效燃油消耗率、SCR入口温度和SCR转化效率的影响.结果表明:不同大气压力下,采用进气节流和排气节流均能提高SCR入口温度和改善SCR转化效率,但会导致经济性恶化;进/排气节流程度相同时,进气节流提高SCR入口温度和改善SCR转化效率的效果更好,对经济性影响更小;随着大气压力降低,SCR转化效率增大.因此,综合考虑柴油机经济性和SCR转化效率,建议优先采用进气节流进行柴油机排气热管理;同时,随着大气压力降低,进气压降可适当减小,以提高高原环境下柴油机经济性.

进排气压力对气门式二冲程柴油机扫气过程的影响

为深入理解气门式二冲程发动机的扫气过程,以顶端入口进气道气门式二冲程柴油机为研究对象,在1 500 r/min转速下采用三维仿真研究了扫气过程中进排气压差和排气背压对缸内气体流动的影响机理。结果表明:由左侧进气道流入气缸的新鲜充量形成逆滚流,其前锋面抵达排气门之前经右侧进气道流入气缸的新鲜充量主要影响排气纯度,而在之后排气纯度明显增加;压差从30 kPa增加至210 kPa时左侧排气道排气纯度增加,在中低压差下右侧排气道排气纯度较高,扫气品质系数先从0.61降低至0.52,之后增加至0.56且保持不变;定压差和背压从100 kPa增加至190 kPa时排气纯度接近,而扫气效率增加较慢,扫气品质系数从0.55降低至0.53。

离心压缩机不同结构排汽蜗壳性能分析

排汽室的性能对离心压缩机经济性影响很大,目前离心压缩机普遍使用切向排汽蜗壳,其排汽蜗壳流场稳定,气动性能较好。排汽蜗壳设计时不仅需要考虑气动性能如总压损失系数、静压恢复系数的高低,同时需要考虑结构紧凑性。本文针对某单级离心压缩机,给出了切向排汽蜗壳设计原理,使用大型3D数值分析软件CFX,对比分析了4种不同结构的排汽蜗壳,得出蜗壳外径一定的条件下,并不是无叶扩压器越长性能越好;无叶扩压器与排汽蜗壳完全相切时性能最佳。

某舰用燃气轮机舷侧进气系统性能试验研究

与燃气轮机常规进气方式相比,舰用燃气轮机舷侧进气系统对风速、风向等环境条件更为敏感,从而影响整体性能表现。为验证某舰用燃气轮机舷侧进气系统在不同进气方向下总体性能是否满足设计要求,本文搭建了该进气系统比例模型,并在其中布置了滤清器、稳压室、消声器等损失部件模型,对舷侧进气系统在5个常见的进气方向下的整体性能表现进行了试验研究,对各个进气方向下7个关键截面上流场进行了详细测量。试验结果发现,进气方向明显影响舷侧进气系统性能,进气方向垂直于百页窗时进气系统总阻力损失最小。进气系统中前端部件,如百叶窗、滤清器、稳压室等部件流动损失受进气系统的影响较为明显,消声器等进气系统尾端部件的流动损失基本不受影响。速度场测量结果表明,进气方向同样会影响进气系统出口截面上流动畸变情况,变化趋势与进气系统总阻力损失变化趋势基本相反。试验结果表明,在不同进气方向下,舷侧进气系统设计方案的总阻力损失、出口截面畸变、主机功率损失均满足设计要求。

燃气轮机进气过滤系统性能在线计算方法

燃气轮机进气过滤系统是确保机组安全运行的重要部件,针对燃气轮机进气过滤系统缺乏性能在线计算的问题,提出采用压降损失修正值和过滤效率在线监测相结合的方法,对进气过滤系统的健康状态进行评价。分析进气过滤系统的影响因素,引入多个影响因子,通过将实际运行工况折合到标准工况下,对压降损失进行修正,可实现对过滤系统堵塞失效的评估。研制了过滤效率在线监测装置,提出了过滤效率的计算方法,拟定了过滤系统性能的评价准则,可实现对过滤系统局部泄漏失效的评估。该装置和方法已经成功应用于北京太阳宫燃气热电有限公司,可以实现对进气过滤系统的在线状态监测和定量评价。

乘用车进排气压损对发动机动力性及经济性的影响

进排气系统压损对于发动机的性能及动力性、经济性具有十分重要的影响,借助发动机台架及整车上的不同压损对比测试,通过测试数据的整理对比分析,直观展现出不同压损对发动机的影响。

缸盖排气道结构优化对柴油机性能的影响

为增大柴油机缸盖排气道的流量因数、提高柴油机性能,优化某6缸柴油机缸盖排气道结构,试验研究缸盖排气道优化前、后排气流量因数和柴油机性能。试验结果表明:优化后的缸盖排气道平均流量因数提高6.7%;缸盖排气道优化前、后,柴油机进、排气平均压力脉冲均随转矩和转速的增加而增大;缸盖排气道优化后柴油机的平均进气压力大于原缸盖排气道,平均排气压力小于原缸盖排气道;装配优化后缸盖排气道的柴油机燃烧持续期缩短且燃烧中心更接近上止点,NO_(x)排放降低11%~17%,燃油消耗率降低约1 g/(kW·h)。优化后的缸盖排气道有助于改善柴油机充气效率,提高工质的燃烧质量,降低油耗。

增压汽油机进排气系统结构参数对燃烧参数影响分析

基于已建立的2.0L增压汽油机热力学循环模型,通过仿真分析探讨了进排气系统结构对发动机热力学循环参数和增压器的匹配影响。研究结果表明,该机型推荐的进排气系统参数如下:压气机前管路压损为4kPa,中冷器管路压损为10kPa,进气道流量系数为0.330,排气道流量系数为0.418,进气岐管长度为260mm,排气岐管管径为32mm,排气背压为50~55kPa。研究结果还表明:发动机进排气系统的压力相关结构参数与增压机参数之间的协同控制具有重要意义,其协同性明显影响换气功和燃烧参数。

辅助动力舱冷却用排气引射器性能快速评估方法

在飞机辅助动力装置系统研制过程中,只能通过试验和计算流体力学(CFD)仿真方法对排气引射器的引射性能进行评估,且评估效率低、研制成本高,故无法获得任意工况下排气引射器的引射性能。本文提出用速度系数比β参数来描述排气引射器的引射性能,并建立了辅助动力舱冷却用排气引射器性能快速评估方法,通过CFD仿真分析对该方法的合理性和准确性进行了验证,验证结果表明,该方法可以快速、准确地评估各种地面工况下排气引射器的主流出口静压和总压、次流流量、次流出口总压等参数,且计算精度保持在2.382%以内,满足工程使用要求,大大提高了评估效率,具有较高工程应用价值。

增压柴油机进、排气管压力波动计算与分析

分析了影响进气管波动效应、增压柴油机排气管压力波动和废气能量利用的因素 ,通过对缸内工作过程的计算 ,编制了增压柴油机进、排气管内气体压力波动计算程序 ,利用该程序对增压柴油机的进、排气管内气体压力波动过程进行了计算。分析了 4 10 2 BZL Q柴油机在额定转速下 ,不同的进、排气管长度对进、排气管内气体流动状态的影响 。

进气压力对柴油机低温燃烧的影响

通过改变进气压力,研究了不同EGR率下的燃烧和排放特性.结果表明,除了温度和压力之外,过量空气系数对滞燃期也有较大的影响.随进气压力变大,Soot峰值升高,对应的EGR率也增大,在相同的Soot排放时,可以选择更大的EGR率以进一步降低NOx排放.虽然低温燃烧解决了NOx和Soot之间的Trade-Off,但产生了燃油经济性、CO和THC排放与Soot之间的Trade-Off.对整个EGR率进行了分区,通过中等EGR率和高EGR率性能和排放对比,从工程应用角度来看,对Soot-Bump之前的中等EGR率低温燃烧区域进行燃烧优化将是满足未来排放法规的重点.

排气管结构对多缸增压柴油机进气不均匀性的影响

作者在某V型8缸柴油机性能试验和多个气缸压力测量的基础上,对该柴油机的一维性能仿真计算模型进行了标定和校核,并应用验证后的模型计算和分析了该柴油机采用脉冲增压排气管、等压增压排气管、MPC排气管时各缸进气流量的不均匀性及其差异.结果表明:采用不同的排气管结构时各缸进气不均匀度的差异很大,采用等压、MPC排气管时的进气不均匀度比较接近,而采用脉冲排气管时的进气不均匀度比前两者小得多.

汽车排气消声器结构形式对压力损失的影响

使用GT-POWER软件计算了3种抗性消声器的压力损失,并与FLUENT软件的计算结果进行了比较以验证软件的计算精度,分析了气流流速变化对消声器压力损失的影响。使用GT-POWER软件建立了发动机和排气消声器的耦合模型,研究了消声器对发动机性能的影响。

电控高压共轨柴油机匹配的研究

在一台多缸柴油机上进行了电控共轨系统的匹配,希望能满足欧-Ⅲ的排放法规和低油耗的要求。通过试验,研究分析进气涡流强度、喷油嘴结构尺寸等参数对柴油机性能和排放的影响。结果表明:高压喷射时,随喷孔数增加,喷孔直径减小,颗粒排放显著下降,油耗降低,但NOx排放增加。

分流气体对冲消声结构的消声性能与压力损失

从排气气流角度出发,利用发动机排气气流自身分流并发生对冲的思路,设计了一种新型消声结构——分流气体对冲消声结构.排气气流分流对冲可有效降低消声器内排气气流速度,减少消声器内湍流噪声的产生,在兼具消声性能的前提下,有效降低了消声器的排气背压,提升了发动机的输出功率.从传统消声结构和分流气体对冲消声结构的数值模拟和试验验证对比结果可见,二者在低频段消声性能相近,但分流气体对冲消声结构在高频段的消声性能优于传统消声结构,且分流气体对冲消声结构在不同入口气流速度下,压力损失比传统消声结构降低均在20%以上.该分流对冲结构还可与传统消声单元耦合,有助于进一步提升消声器的综合性能.

汽轮机低压排汽缸气动性能的数值研究

针对汽轮机低压排汽缸气动性能对汽轮机组效率的影响,采用小尺寸试验模型对汽轮机低压排汽缸进行了数值模拟,得到扩压器进口导流环壁面压力分布和出口特征平面速度分布,并与相应的试验测量结果进行了比较,验证了数值计算结果的可靠性.通过数值模拟方法分析了扩压器和蜗壳的性能.结果表明:汽轮机扩压器导流环和蜗壳之间的涡系结构复杂,通道涡是造成排汽缸扩压能力降低和能量损失的主要因素.