基元阀在汽轮机进汽阀研究中的应用

阀碟型线对汽轮机进汽阀的性能影响很大，本文设计了三种形式的基元阀，通过数值模拟手段研究了阀碟型线对流场的影响；得出了不同阀碟形式的性能．     

一种基于荧光信号的海面厚油膜评估方法

油膜厚度是海面溢油污染评估分析的一个重要指标,激光诱导荧光(LIF)技术是目前最有效的海面溢油探测技术之一,基于LIF探测技术的油膜厚度反演算法当下仅有适用于薄油膜(≤10~20 μm)的评估方法,而对于较厚油膜(>20 μm)的评估目前尚无有效的反演算法。鉴于此,提出一种基于LIF技术适用于较厚油膜的反演算法,该算法采用油膜荧光信号反演油膜厚度,推导了油膜厚度反演公式,并给出了基于该反演算法的油膜厚度评估方法。首先采用最大类间方差算法(Otsu)选取合适的荧光光谱波段,然后根据选取波段内每个波长的光谱数据反演油膜厚度,最后采用反演油膜厚度的平均值作为油膜厚度评估结果。研究了该算法的适用范围,给出了该算法有效评估范围最大值与测量相对误差的关系,并结合消光系数给出了在多种测量误差条件下不同消光系数油品有效评估范围的最大值。通过实验对本文方法进行了验证,选用原油和白油的混合油(1∶50)作为实验油品,以波长为405 nm的激光作为激发光源,采集波长范围为420～750 nm,采集了海水背景荧光和拉曼散射光光谱、实验油品的荧光特征光谱和多种不同厚度的较厚油膜的荧光光谱。采用Otsu算法选取420～476 nm波段评估油膜厚度,在实验油品油膜厚度≤800 μm时,该算法对油膜厚度的评估具有较高的精度,平均误差为10.5%;在油膜厚度>800 μm时,平均误差为28.8%,评估误差较大且随油膜厚度的增加快速变大,该实验结果与利用测量相对误差和消光系数的分析结果一致。实验结果表明,该方法可以实现对海面较厚油膜厚度的有效评估,并可以根据测量相对误差和消光系数判断评估结果的有效性。     

基于LIF的海面溢油状态识别研究

随着海洋运输业和海洋石油开采业的快速发展,溢油污染日益严重,给海洋环境和海洋生态平衡带来极大威胁。因此海洋溢油污染的治理、改善,成为海洋环境保护工程中刻不容缓的重要工作。而对不同状态溢油的识别则是解决溢油污染问题的基础与关键。海面上的溢油,主要包括未乳化与乳化两个不同阶段。前者以不同厚度的油膜形式存在,后者以不同油水比的溢油乳化物形式存在。不同状态的海面溢油具有不同的元素组成：油膜为纯油分子,乳化溢油为油水混合结构,构建出差异化的荧光基团。在激光作用下具备各自特征的荧光光谱信息,不同状态显示出较为明显的荧光光谱差异。光谱曲线的形状特征是荧光物质物理化学性质的一种外在体现,所以从光谱的特征形状来分析、比较一定的光谱参量可以达到物质分类和物种识别的目的和效果。为了实现海面溢油不同状态的快速分类识别,通过搭建的LIF探测系统,采集了常用成品油不同状态的荧光光谱,光谱曲线对比发现：乳化阶段的光谱会表现出荧光峰个数增多、荧光强度改变、荧光峰位偏移等一系列特征。在此基础上,根据表观统计学原理,提取光谱的均值、标准差、峰度系数、谱线宽度、曲线斜率等特征参量,并将这些特征值进行聚类分析。结果显示: 基于激光诱导荧光光谱的海面溢油聚类分析结果与实际溢油状态是基本一致的。即在已知油种的前提下,该分类方法可较好识别出海面不同的溢油状态。因此该方法可以为海面溢油识别提供一种新思路,也为LIF技术探测质量的提高,应用水平的提升奠定一定的基础。     

融合拉曼散射光和荧光信号反演海面溢油厚度的算法研究

随着海洋溢油问题的日益严重,多种遥感技术被用于海面溢油监测,其中激光诱导荧光(LIF)技术是目前被认为最有效的海面溢油探测技术之一。Hoge等基于LIF技术提出了一种利用拉曼散射光评估薄油膜厚度的积分反演算法并广泛应用于海面溢油探测,针对该算法存在误差较大的问题,提出一种融合拉曼散射光和荧光信号评估海面溢油厚度的反演算法。首先利用拉曼散射光信号反演油膜厚度,然后利用该反演结果计算获取溢油油品的荧光特征光谱,最后利用荧光信号反演油膜厚度。文中推导了利用荧光信号反演油膜厚度的算法,给出了油品荧光特征光谱的逼近算法,并给出了利用荧光信号反演油膜厚度的误差分析。通过实验对该方法进行了验证,选用原油和柴油为实验油品,以波长405 nm的激光作为激发光源,采集波长范围为420～700 nm,采集了海水的背景荧光和拉曼散射光信号、实验油品2,5,10和20 μm等不同厚度油膜的光谱信号。将采集数据分为训练集和测试集,利用训练集数据采用梯度下降法获取油品的荧光特征光谱,利用测试集数据分别采用积分拉曼法和该方法反演油膜厚度。采用积分拉曼法,原油不同厚度油膜反演结果的平均误差分别为12.6%,4.6%,4.4%和2.3%,柴油不同厚度油膜反演结果的平均误差分别为14.0%,7.0%,4.2%和3.6%;采用本文方法,原油不同厚度油膜反演结果的平均误差分别为2.5%,2.2%,1.2%和1.1%,柴油不同厚度油膜反演结果的平均误差分别为3.0%,2.4%,2.7%和1.6%。实验结果表明,2 μm油膜反演结果的误差降低最多,原油和柴油2 μm油膜的反演结果误差分别由12.6%和14.0%降低为2.5%和3.0%,其他厚度油膜反演结果的误差也有较大程度的降低,油膜厚度反演结果的误差均小于3%,采用本文算法可以有效提高油膜厚度反演结果的精度。     

高压联合进汽阀门三维粘性流场数值分析

本文采用多分区 ＳＩＭＰＬＥＣ算法对 ６００ ＭＷ汽轮机高压联合进汽阀门内部复杂流动进行了三维粘性数值分析。流场计算结果表明总压损失主要集中在调节阀喉口附近。调节阀阀碟前后的两股高速气流在阀碟的正上方位置相碰引起较大的掺混损失;气流经过调节阀喉口后,附面层急剧增厚,形成一层较厚的沿管壁的低总压区。计算得到的流场特性为即将开展的阀门结构优化设计提供了重要依据。     

600 MW汽轮机高压联合进汽阀内部流场的数值模拟

本文采用非结构网格对某600MW汽轮机高压联合进汽阀不同阀门升程下内部复杂流场进行了数值模拟,详细分析了其流场结构.数值计算结果与模型实验进行了对比,并对实验中的一些现象给出了合理的解释.     

离心泵的改型设计及试验研究

把吴仲华教授建立的三元流动理论,首次用于一个离心式管道泵的改型设计,并进行了试验对比:工作点处泵效由68.5％提高到72.9％,改型后的泵最佳效率达到75％.显示了三元流动理论指导设计的巨大潜力.     

紫外激发Ba_2SiO_4∶Gd~(3+),Tb~(3+)的发光性能

采用高温固相法合成了可被紫外光激发的Ba_2SiO_4∶Gd~(3+),Tb~(3+)荧光粉。考察了激活离子掺杂量等因素对发光性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、荧光(FL)光谱和荧光寿命曲线对所合成样品的结构和发光性能进行表征,研究了Gd~(3+)和Tb~(3+)的特征吸收波长激发Ba_2SiO_4∶Gd~(3+),Tb~(3+)的发光性能。在275 nm(Gd~(3+):8S7/2→6IJ)激发下,检测到了Tb~(3+)的特征发射。通过对比不同Tb~(3+)掺杂量下Gd~(3+):~6P_(7/2)能级的衰减曲线,发现随着Tb~(3+)掺杂浓度的增加,该能级的荧光寿命不断缩短,表明样品中存在Gd~(3+)→Tb~(3+)的能量传递,传递方式为无辐射共振能量传递。在244 nm(Tb~(3+):4f~8→4f~75d~1)激发下,Gd~(3+)的掺入使得Tb~(3+)的~5D_3能级的发射逐渐减弱,5D4能级的发射增强。Gd~(3+)的掺入使得544 nm(~5D_4→~7F_5)处的特征发射增强了59%~128%,结合荧光衰减曲线得出Gd~(3+)的掺入对Tb~(3+)能级中~5D_3→~5D_4与~7F_6→~7F_0交叉驰豫有促进作用。