燃料电池系统爪式氢气循环泵内部流动特性模拟

爪式氢气循环泵具有输气平稳、适应工况范围广、效率高等优点,是燃料电池系统的关键设备。建立了氢气循环泵数学模型,数值模拟了其内部流动特性,获得了工作腔内流场分布规律。结果表明:转子工作过程存在等容输送过程,形成的两侧工作腔内气体压力、温度均存在差异,泄漏导致容积较小的工作腔内压力较高,两者压力差约为8.1 kPa。两侧工作腔内压力随间隙、吸排气压力的增大而增大,温度随吸气压力的增大而减小。转子最大热变形位于转子爪尖处。模拟结果与实验值基本吻合,验证了模拟方法的准确性。

超临界二氧化碳透平机械用气体轴承的研究进展及关键技术

气体轴承可应用于超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO)布雷顿循环透平机械(压缩机、涡轮机)中,以适应高转速并提高旋转机械运行的稳定性。文中总结了国内外对S-CO透平机械所用气体轴承的研究现状,介绍应用于S-CO透平机械中气体轴承的类型以及应用特点、理论分析和实验研究情况,为我国S-CO透平机械所用气体轴承的研究提供参考。此外,进一步总结今后S-CO透平机械气体轴承研究和应用需重点关注的问题,主要包括S-CO实际气体雷诺方程修正、止推气体轴承载力问题、径向轴承动态特性问题、风阻损耗计算问题、箔片轴承的热问题以及耐高温固体涂层问题等。对S-CO透平机械气体轴承的发展方向进行展望。

燃料电池氢气循环系统综述

燃料电池是目前最具潜力的氢能利用方式之一。氢气循环系统主要用于将未反应完全的氢气循环输送至电堆阳极,提高氢气利用率及电堆效率,是燃料电池的核心组成部分。综述了几种燃料电池氢气循环系统方案,分析了不同方案的工作原理,重点介绍了引射器方案以及氢气循环泵方案,对比了不同氢气循环方案的优缺点,指出了未来燃料电池氢气循环系统的研究热点及发展方向。

以超临界二氧化碳为介质的径向箔片轴承静特性分析

以超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环所用压缩机中的径向箔片气体轴承为研究对象,考虑S-CO_(2)在近临界区的实际物性,运用有限差分法数值求解变密度变黏度湍流雷诺方程,耦合弹性箔片变形方程,计算以S-CO_(2)为润滑介质的径向气体轴承的气膜压力分布规律,并分析近临界区S-CO_(2)物性变化对轴承承载力、摩擦力矩的影响。计算结果表明:近临界区密度、黏度的物性突变对轴承的承载力和摩擦力矩影响较大,且越靠近临界点时影响越显著;同一压力下,承载力和摩擦力矩随着温度的升高而减小,同一温度下,承载力和摩擦力矩随着压力的升高而增大;随着偏心率、轴承数和径向轴承的长径比的增大,承载力和摩擦力矩均增大,而偏位角减小。

R134a静压气体轴承静特性及其对制冷系统的影响研究

对制冷离心压缩机用R134a静压气体轴承进行数值分析,得到其气膜内部流场,计算轴承承载力和耗气量。结果表明:轴向静压气体轴承工作且单侧气膜间隙小于0.05 mm时,可以获得大于300 N的支撑力;径向静压气体轴承的平均气膜间隙为20~25μm、偏心率为0.2时,可以获得大于300 N的承载力。轴承供气系统使用的高压R134a制冷剂会使制冷系统性能下降,计算工况下轴承供气系统使制冷系统性能系数降低1.4%。

离心式制冷压缩机气体动压推力轴承静特性的数值分析

基于CFD方法对离心式制冷压缩机用气体动压推力轴承(润滑气体为R134a)进行数值分析,得到其气膜流场分布,分析了不同参数对承载力的影响。结果表明:承载力随转速增大而增大,气膜厚度为10μm时,转速从10000 r/min增大到30000 r/min,承载力从310 N增大到490 N;斜坡占比从25%增大到35%时,承载力增大约20 N,斜坡占比增大到45%以上时,承载力几乎不再增大;低转速时斜坡开口厚度对承载力的影响较小,高转速时开口厚度为30μm时承载力最大。

以高压CO_(2)为介质的推力箔片轴承静特性分析

针对超临界二氧化碳布雷顿循环用压缩机中的推力箔片轴承开展了数值研究,通过MATLAB编程数值计算求解变密度、变黏度湍流雷诺方程和耦合弹性箔片变形方程,得到楔形间隙内气膜压力分布及推力箔片轴承承载力和摩擦功耗,并与空气润滑介质对比;进一步分析推力箔片轴承节距比、瓦张角、楔形高度及最小气膜厚度对轴承承载力和摩擦功耗的影响。计算结果表明:高压CO_(2)下弹性箔片变形比常压空气时更大,轴承承载力远高于常压空气轴承;瓦张角为45°和节距比为0.5的推力箔片轴承具有较高的承载力和较低的摩擦功耗;楔形高度设计过大会降低承载力,增大摩擦功耗,使载荷集中在水平区域;增大最小气膜厚度设计值虽能减小摩擦功耗,但却引起承载力的显著降低。