实际气体喷管喉部尺寸的设计计算

由于天然气输送中的压力通常较高,因此,天然气不能按理想气体处理。本文详细介绍了采用BWRS方程计算天然气在喷管内流动时喷管喉部临界参数的计算方法、过程以及计算程序编制步骤,计算了不同喷管入口压力下喷管喉部面积,并将之与理想气体状态方程的结果进行了比较。结果表明,在喷管入口压力比较低,设计精度要求不高时,可以采用基于理想气体状态方程的喷管喉部计算公式。但如果天然气压力大,设计精度要求较高时,就必须采用实际气体方程进行喷管设计计算。     

不同压力下Laval喷管天然气超声速脱硫化氢性能

为了研究采用Laval喷管实现天然气中硫化氢气体凝结与液化的可行性,建立了天然气中硫化氢气体超声速凝结的数学模型,研究了Laval喷管内甲烷-硫化氢混合气体超声速流动基本规律,对比了不同压力下Laval喷管天然气超声速脱硫化氢性能。结果表明:当甲烷-硫化氢双组分混合气体流入喷管后,经过喷管的渐缩段,马赫数不断增大,压力温度不断降低,在喉部处达到声速,流经喉部后气体高速膨胀,马赫数最大可达2.06;随着入口压力的升高,成核率起始位置前移、成核区域变窄,液滴数目减小,液滴半径和液相所占比重增大,Laval喷管出口处气相中硫化氢摩尔分数降低,硫化氢的脱除效率增大。     

任意长度喷管型面设计方法在气动激光器喷管设计中的应用

 将一种新的任意长度喷管型面设计（ALN）方法应用于气动激光器喷管型面设计,在相同的喷管出口设计马赫数、喷管喉部高度及喷管扩张段长度条件下,设计了4条ALN方法喷管型面,并和一条最短长度（MLN）喷管型面作对比,采用2维气动激光器增益场仿真方法对5个喷管的小信号增益场进行仿真。计算结果表明:ALN方法可以有效地实现增益场分布的控制,选择合理的设计参数得到的喷管长度比MLN喷管更短,小信号增益更大。     

Laval喷管内激波位置的计算及制冷性能分析

明确激波在Laval喷管内的发生位置,能够为设计及优化Laval喷管线型提供理论依据,从而提高Laval喷管的制冷性能和整个天然气超音速分离器的分离效率。文中对Laval喷管进行了结构设计,对不同背压条件下Laval喷管内激波位置进行了理论分析与计算,并利用FLUENT软件进行了数值模拟,通过研究不同背压条件下Laval喷管内气体马赫数、压力和温度分布,对喷管制冷性能进行了对比分析。结果表明:保持Laval喷管入口压力不变,随出口背压增大,激波位置逐渐从喷管出口向喷管入口方向移动,气体受到激波的影响,在喷管所能达到的最大马赫数不断降低,所能产生的最低温度不断上升,喷管的制冷性能越差;理论计算与数值模拟结果基本一致,数值模拟验证了理论计算的正确性。     

Laval喷管气体超声速凝结流动实验研究

Laval喷管是超声速旋流分离技术的核心装置,气体在喷管内高速膨胀产生的低温效应可实现混合气体中可凝组分的冷凝分离。为明确喷管内超声速凝结流动规律,建立了超声速凝结流动实验系统,研究了Laval喷管内气体凝结流动过程,并重点对比分析了膨胀角为1.5°/3°/5°时喷管内的凝结流动参数。结果表明:气体在喷管内流动,温度压力不断降低,气体在喷管喉部处发生凝结,液滴数目急剧增长。喷管膨胀角对气体凝结过程影响明显。喷管膨胀角越大,喷管压力温度下降越快,喷管制冷效果越好。与此同时,凝结产生的液滴数目越多,半径越小。     

高马赫数高压力的氧碘化学激光器阵列喷管的数值模拟

 采用计算流体力学方法,研究了以氮气为载气的新型高总压氧碘化学激光器(COIL)阵列喷管。模拟结果表明:采用高马赫数的氮气流引射低马赫数的氧气流,可以提高光腔出口的驻点压力;高超声速的氮气与声速的氧气混合较慢,在喷管出口安装翼片有利于增强气流混合;喷管出口安装大翼片,翼片诱导的横向涡可以到达氮喷管的中心,光腔内混合比较充分。通过采用10组分21反应的化学反应模型,模拟了阵列喷管内多组分气体的混合和化学反应过程。模拟结果表明：光腔内生成了激发态碘原子和基态碘原子,光腔中获得了正增益,而且光腔出口的总压也由2.6 kPa提升至28.9 kPa。     

含湿天然气超音速凝结研究

在气液无滑移假设下建立了天然气超音速凝结数理模型,研究了天然气中水蒸气的超音速凝结过程,并分析了Laval喷管扩张段半扩张角对凝结的影响.结果表明凝结模型是合理的,液滴成核只发生在喷管喉部后非常狭窄的区域,此后水滴的生长变得非常缓慢,直至喷管出口不再发生显著的增加;喷管半扩张角的大小对液滴的成核、生长有显著影响,成核位置随半扩张角的增加略向上游移动;喷管扩张段0.16°半扩张角在总压损失、出口马赫数、出口液滴尺寸等方面具有最佳的综合效果.     

耦合跨临界与亚临界有机朗肯循环性能分析

提出了一种回收烟气余热的耦合跨临界与亚临界有机朗肯循环系统,并进行了详细的性能分析。结果表明,该系统可以使膨胀机压比和进口压力降低,工质的选择更加灵活;当中间换热器节点温差小于某一临界值时,耦合系统的热力学性能要优于单级跨临界有机朗肯循环,且存在一个最佳节点温差使得系统发电成本最低;随着工质临界温度的增加,耦合系统的热力学性能会得到改善;使用等熵工质时系统性能要优于使用干工质时系统性能。     

火箭发动机性能参数的热力学外推法

本文利用一条等熵参考线和两个等焓偏导数建立了火箭发动机性能参数的外推公式。当推进剂初始焓值、燃烧室压力和喷管出口压力发生变化时,这些公式可用来进行比推力、特征速度、喷管面积比、燃烧室热力参数和喷管出口热力参数的外推计算,本文的公式简单,使用方便,精度较高。     

高温热泵跨临界循环最优压力的理论分析

优化控制跨临界循环高压,是保证系统高效、稳定运行的关键。文中以HFC125为模拟工质,通过一个基本跨临界循环,得到了不同工况下各个循环参数与高温热泵跨临界循环高压之间的关系。根据结果发现,在一定工况下,高温热泵系统存在一个最优循环压力,最优循环压力主要受蒸发温度、冷凝器出口温度、过冷度和压缩机性能的影响。应调节此临界循环尽可能在最优压力附近工作。     

引射器用作化学氧碘激光器压力恢复系统的探讨

探讨了引射器在化学氧碘激光器（ＣＯＩＬ）压力恢复系统中的使用问题。为减小引射器的规模而达到较高的扩压比Ｐｒｅｃ／Ｐ′，引射工质应采用分子量和比热比小的气体。提高引射气体的温度及马赫数，也可增加扩压比     

汽液两相混合物的加速与激波的热力学分析

本文分析了单相流和两相流通过喷管实现超音速流动的过程,建立数学模型并求解了两相流动在流道内加速至超音速的过程和超音速两相流动产生激波前后的热力学参数,得出了两相流动激波前后在不同升压比下参数的变化,两相流动激波前后的最高升压比与波前马赫数的关系式,分析了激波前后的熵产和 损。     

喷管长度对直筒型激光推力器推进性能的影响

"烧蚀模式"激光推进是利用强激光烧蚀推力器自身携带的工质产生的高温高压气团反喷进行驱动的,推力器的喷管构型对推进性能有重要影响。鉴于此,从实验和数值模拟两个方面研究了喷管长度对直筒型激光推力器推进性能的影响。实验发现,衡量推进性能的2个主要参数冲量耦合系数和比冲均随着喷管长度的增加而增加,不过前者的增长呈渐缓趋势。综合考虑推进参数和推力器自重的影响,导出了推力器获得最大单脉冲速度增量(ΔvT)的最佳喷管长度公式。数值模拟得到的不同喷管长度推力器推进参数的变化规律与实验结果基本吻合:若喷管长度过短,则高压气体未能充分作用于推力器就被排出筒外,造成了能量的浪费;若喷管长度过长,筒内压力的衰减则成为影响推进性能的主要因素,从而解释了直筒型推力器的推进性能的增长趋势随喷管长度增加而逐渐趋缓的原因。     

变截面超音速汽液两相流升压过程的研究

本文针对超音速汽液两相流在变截面通道中的升压过程进行了实验研究,得到了变截面混合腔中超音速汽液两相流的压力变化规律,通过实验结果的分析得出了变截面混合腔中的渐缩部分的压力分布与出口压力无关、变截面通道的渐扩部分为一个单相流体扩压管、压力突变发生在变截面混合腔喉部和随着出口压力升高而激波强度增大、变截面超音速汽液两相流升压技术具有定流量特征等结论。     

二氧化碳跨临界循环带膨胀机热泵系统的实验研究

虽然二氧化碳跨临界循环成为最具潜力的工质替代技术,但其循环节流损大,循环效率还是比常规工质循环低,因此研制高效率的二氧化碳跨临界循环系统是推动实际应用的关键问题。在文中给出了二氧化碳膨胀机的设计思路,同时对提高效率的两个措施、采用回热器和膨胀机进行实验的对比。通过实验表明,膨胀机的运行效率与膨胀机的转速有关,而且系统的运行也受到其影响。系统采用膨胀机的运行效率高于带回热器的系统效率,说明膨胀机起到节能的作用。     

火箭发动机最佳推力喷管型线的计算方法

一、最佳推力喷管型线计算原理 考虑理想二维定常无旋等熵流动.喷管内流场是轴对称的,选用柱面坐标系,图一中ABTE表示喷管型面与子午面的交线.喷管喉部收敛段AB是曲率半径为R_1的圆弧壁面,喉部下游初始扩张段BT是曲率半径为R_2的圆弧壁面.我们选择一个喷管型线     

基于粒子群算法的跨临界有机朗肯循环性能优化及工质筛选

本文针对跨临界有机朗肯循环进行了热力计算,并根据工质的热物性与环保性能以及对应循环的热力学性能等因素,经过一系列筛选过程最终优选出了10种综合性能较好的跨临界有机朗肯循环工质。热力计算结果表明,部分有机工质对应的跨临界朗肯循环的效率随膨胀机进口温度或蒸发压力的变化存在最优值。基于此,本文进一步采用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对所选有机工质的跨临界朗肯循环性能进行了优化分析。优化结果表明,在所筛选的10种跨临界有机朗肯循环工质中非制冷剂工质propylene的综合性能最好,propane次之;而制冷剂工质中R143a的综合性能较好。     

螺旋管内超临界CO_2/DME混合工质冷却换热特性研究

CO_2/DME(Dimethyl ether二甲醚)混合工质作为制冷剂既可以降低CO_2单独使用时过高的工作压力,又可抑制二甲醚的可燃性。针对跨临界热泵系统中制冷剂在超临界压力下放热时复杂的传热性能,本文对超临界CO_2/DME混合工质和超临界CO_2在螺旋管内流动冷却的换热过程进行了数值模拟研究。结果表明,与纯CO_2相比,在高温区CO_2/DME混合工质的换热性能更优;通过比较不同配比的CO_2/DME混合工质的换热特性,得到了不同温度范围对应的换热性能最优的CO_2/DME混合工质配比。此外,对固定质量比的CO_2/DME混合工质,分别分析了不同质量流速和热流密度下的流体温度、壁面温度及传热系数的变化规律,并与纯CO_2传热系数的变化进行了对比。该研究为制冷剂选取及热泵系统中气冷器的优化设计提供了理论依据。     

超音速两相流极限升压能力的理论与试验研究

采用理论和实验的方法研究了一定汽水参数下的超音速汽液两相流升压装置的极限升压能力以及主要结构参数对其的影响规律。计算与实验的结果表明:超音速汽液两相流升压装置的极限升压能力计算值可达进汽压力的14倍左右,实验值可到进汽压力的2.6倍左右;混合腔和水喷嘴的几何尺寸是影响极限升压能力的最主要的结构参数;极限升压能力随混合腔收缩比增大而增大,随水喷嘴出口与混合腔喉部截面积比增大而减小,随蒸汽喷嘴喉部与出口截面积之比变化不大。计算和实验得到的结构参数对极限升压能力的影响规律是基本一致的。     

针对地热能的重力驱动CO_2跨临界动力循环研究

地热能是重要的可再生能源,位于地下深处的分布形式符合重力驱动CO_2跨临界动力循环应用特点,并且可以耦合CO_2地下封存。以地热能为热源,对重力驱动CO_2跨临界动力循环开展研究。研究结果表明,循环系统位差随循环加热压力的升高而升高;循环热效率和净输出功率与循环加热压力成正相关关系;由于单位质量CO_2吸热能力的降低,工质质量流量随循环加热压力的升高而升高;冷却水质量流量和工质质量流量变化规律相似;当加热压力为16 MPa,热源温度为400℃时,循环热效率为12.27%,净输出功率为178.46 kW。