表面微结构的宽深比与占空比对马氏体不锈钢空化和空蚀的影响

目的探究表面微结构尺寸变化对空蚀过程的影响以及作用机制。方法根据点阵型表面微结构的截面形状,改变其宽深比和占空比,用Gambit对其建立二维平面模型。使用Fluent软件对不同尺寸下微结构模型的空蚀过程进行模拟计算,得到绝对压力、含汽率以及气泡运动速度等参数。最后根据模拟计算的结果,在样品表面加工出不同占空比的微结构,使用磁致超声振动空化设备,在与数值模拟相同环境条件下进行空蚀试验,采用失重法对模拟结果进行验证。结果数值模拟分析显示,微结构的宽深比和占空比对空蚀过程均有影响。当宽深比小于2.5时,微结构底面的含汽率降至0.1以下,沟槽内形成一层“液垫”,减缓了空蚀。相较于其他占空比,当占空比为0.91时,含汽率最小,保持在0.4以下,样品表面同样形成“液垫”,缓冲了气泡溃灭时作用在材料表面的冲击力。此外,随着占空比的增大,微结构表面的绝对压力与液体的饱和蒸汽压差距增大,降低了空化程度,同样起到了减缓空蚀的作用。不同占空比下的微结构样品和光滑样品的空蚀试验结果表明,微结构样品的空蚀质量损失均小于光滑样品的空蚀质量损失,且当占空比为0.91时,空蚀质量损失最小,为5.95 mg,远小于占空比为0.71和0.38时,微结构样品。同样证明了表面微结构占空比越大,材料的耐空蚀性能越好。结论微结构宽深比主要影响微结构底面的含汽率,而占空比影响样品表面的绝对压力和微结构顶面的含汽率。相较于光滑表面,微结构样品可以有效减缓马氏体不锈钢的空蚀损伤。当宽深比较小、占空比较大时,材料表面的含汽率保持在较低的水平,有利于减缓空蚀损伤。

基于Mixture模型的螺旋油楔动静压轴承数值模拟

以轴承流体域为研究对象,建立螺旋油楔动静压滑动轴承三维CFD(计算流体力学)计算模型。在计入润滑介质温黏效应的情况下,采用Mixture模型对新型轴承进行了汽液两相流的数值计算,计算得出了不同油腔螺旋角下轴承油膜的压力、温度及汽相油体积分数的分布情况,并分析了螺旋角与偏心率对轴承承载力、平均温升及汽相比例的影响规律。

核电厂蒸汽发生器二次侧三维流场分析

为弄清核电厂蒸汽发生器二次侧的流动和传热特性机理,以确保蒸汽发生器的稳定性,文章采用数值软件根据蒸汽发生器的结构特点和运行模式进行简化建模,利用相似原理,使用相变模块模拟了蒸汽发生器的二次侧汽液两相流的流场分布情况。研究了相同结构下不同给水比例对二次侧流场分布的影响,尤其是对空泡份额分布特性的影响。研究发现,不同的给水工况对直管段的空泡份额分布和流体流速分布都有明显的影响,但对传热管上部区域的空泡份额和速度分布的影响不大。

低流速净蒸汽产生点模型预测过冷沸腾空泡率

空泡率是汽液两相流动的基本参数之一,而已有过冷沸腾空泡率计算方法研究以高质量流速为主,且大量文献报道现有空泡率模型难以适用于低流速过冷沸腾工况。本文基于低流速过冷沸腾净蒸汽产生点(NVG)理论模型,进一步建立了计算过冷沸腾空泡率的分布拟合模型。在较宽广的压力、质量流速、热流密度和流道尺寸范围内将模型计算结果与现有空泡率实验数据进行了比较,低流速工况下该模型与实验数据符合良好,表明该模型可适用于低流速过冷沸腾工况。

基于最优传质系数的槽型结构参数对液膜机械密封汽化特性影响及优化

在获取Lee相变传质方程中最优传质系数的基础上,研究了螺旋角、槽径比、槽堰比以及槽深等槽型结构参数对液膜机械密封汽化特性(平均汽相体积分数表征)的影响规律,并基于均匀试验设计方法和响应面法探明了槽型结构参数之间的交互作用。最后以槽型结构参数为设计变量,以平均汽相体积分数为优化目标,采用遗传算法获得了结构参数的最优解范围。研究表明:平均汽相体积分数随着螺旋角、槽堰比、槽深的增大而增大,随着槽径比的增大先增加再减小;槽堰比和槽深交互影响极其显著,螺旋角和槽深交互影响较为显著;螺旋角、槽径比、槽堰比以及槽深分别在25.0°~28.0°、0.10~0.30、0.10~0.25和4.0~6.0μm时,可以获得较优的平均汽相体积分数值。

催化裂化主分馏塔取热分布优化及操作影响研究

催化裂化装置的主分馏塔一般有2～3个循环回流,下部塔段中段回流的取热温位较高,能量利用价值大.运用PRO/Ⅱ流程模拟软件,研究了塔顶循环回流（顶循）、第一中段循环回流（一中）取热量变化对分馏塔的影响.当主分馏塔的顶循、一中取热量增加时,该塔的气、液相运行负荷增加.在分馏塔顶循取热量不变情况下,增大一中取热量,会增加油浆下返塔取热量,降低油浆上返塔和油浆总取热量;同时会略微增加柴油产量,降低油浆产量.顶循取热量增加,会使顶循以下塔段的气相、液相负荷变大,重组分的分离负荷上移,汽油、柴油产品的重组分含量增加.

环己烷-乙醇气液平衡体系相图绘制实验中的分馏效应及改进方法

考查了环己烷-乙醇气液体系建立平衡需要的加热时间和平衡时气相中的温度分布情况,以及自制保温隔热套对这两者的影响。实验表明,给玻璃沸点仪套上保温隔热套能缩短建立气液平衡需要的加热时间,减少蒸馏瓶内气相的温度分布梯度和分馏效应,确保绘制的相图更准确。

温度补偿法解决二元气液平衡系统相图绘制实验中的分馏效应

通过改装二元气液平衡系统相图绘制实验的装置,同时测定了环己烷-乙醇气液系统建立平衡时的沸点和露点温度,绘制并对比未保温、保温和温度补偿条件下的环己烷-乙醇气液相图。研究发现,由于分馏效应的存在,未保温和简易保温情况下,测得的溶液的沸点与露点两者温度均存在较大的差异,利用沸点温度绘制的气相线存在严重失真;对系统进行了温度补偿后根据沸点和露点温度绘制的两条气相线能吻合较好,即气相分馏效应得到了解决。

不同含气率下角座阀内流场分析

建立了角座阀内气-液两相流动的数学模型,对不同含气率下的流场进行数值分析。计算获得了阀内的速度、相分率和湍流强度等流体动力学参数,并分析了阀内旋涡形成机理和介质流动稳定性。结果表明:流场中的旋涡结构和数量主要取决于流道结构和流动稳定性。由于旋涡区流速较低,气相介质易停滞在旋涡区域,产生聚集现象。含气率的增加会提高阀内介质的湍流强度,进而增加流动不稳定性。阀内湍流强度最高的区域集中在阀芯底部,阀芯在湍动能和所受弹簧力的相互作用下,易产生振动。在含气率为1%~6%的区间内,含气率对阀门流通能力的影响较为有限。

一种新蒸汽汽轮机两相重要区域热能高效优化方法

为了保证汽轮机经济安全运行,建立湿区热性质模型,精确地计算湿蒸汽的饱和温度、饱和压力及湿蒸汽的干度等是必要的。提出了以比焓和比熵为变量的饱和温度和饱和蒸气压力优化等式,用于计算蒸汽汽轮机湿区重要区域饱和水与饱和水蒸气热性质以及湿蒸汽的干度,其计算过程避免了耗时的迭代,减少占机时间,数值计算误差满足热循环和蒸汽轮机对数值一致性要求。其中,饱和温度等式可以替换IAPWS推荐的复杂饱和温度等式,优化两相重要区域的热动力学性质计算。

弯头曲率半径对π形管内气液两相流动影响研究

文中基于气液两相流理论,对水平放置的π形管进行丙烷-水两相混输模拟研究。通过欧拉模型以及Realizable k-ε湍流模型对不同弯头曲率半径条件下π形管管壁含气率分布、湍动能分布以及剪切力分布进行研究。结果表明:输送过程中,气相在重力作用下逐渐聚集在水平π形管顶部,聚集程度随着π形管曲率半径的增大而增大;气液两相流动在管壁产生的剪切力和湍动能随着弯头曲率半径的增大而减小。此外,气液两相流速的增大,能够改善丙烷在π形管顶部的聚集程度并增大管壁湍动能和剪切力。

同心蒸汽驱环空管汽水两相流压降分析计算

垂直环形管内气液两相流压降是稠油热采同心蒸汽驱井筒设计的关键参数。基于前人压降理论,综合分析井筒散热及气液间相对滑移,建立垂直环空管内汽水两相流压降与井筒散热耦合模型,验证持液率及压降计算的准确性。编程计算水蒸气压力、干度及焓值沿井深方向的变化规律,并分析环管结构参数和质量流率对其的影响。结果表明:注汽内管外径减少,导致压力降低、干度及焓值上升;质量流速增加使压力降低、干度及焓值增加。

飞机燃油箱冷却惰化系统地面性能分析

设计了冷却惰化系统的工作流程并建立了地面状态下冷却惰化的数学模型,通过Modelica软件求解得到了油箱气相空间燃油蒸汽体积分数,燃油和气相空间温度以及制冷量随时间变化关系,并且研究了几个关键参数对惰化效果的影响。结果表明:随着抽气流量的增加和蒸发温度的降低,气相空间燃油蒸汽体积分数越低,气相空间温度也越低,达到冷却惰化的时间也越短,惰化效果也越好。虽然内热源对冷却惰化的效果起到了阻碍的作用,内热源越大,冷却惰化越难实现。但整体上看,冷却惰化是油箱惰化的一种可行替代方法。