换热器预冷的空气涡轮火箭性能分析研究

为了准确地分析以不同燃料为冷质的换热器预冷空气涡轮火箭发动机的性能,本文建立了可考虑工质组分化学平衡与工质热物性随温度和压力变化的热力循环模型。利用该模型分析了以LH2、LCH4和煤油为燃料的发动机循环性能,研究了预热温度、燃气发生器和主燃室出口温度对循环性能的影响。结果表明,换热器预冷能够降低压气机进口温度,减小相同增压比下的压缩功,提高燃料温度,减小推进剂流量,从而减小燃空比,增加比冲;燃料预热温度的提高可减小燃气发生器氧燃比,进而减小燃空比、增大比冲;较低的燃气发生器和主燃烧室出口温度可降低燃空比,提高比冲,但会造成单位推力的下降。同时,研究结果还表明,与LCH4和煤油相比,LH2的比热容与热值的比值最大,采用LH2预冷的发动机的飞行速度和比冲的增幅也最大,说明比热容与热值的比值越大,相应的预冷效果越好,即可依据燃料比热容与热值的比值定性衡量发动机的预冷效果。     

大型LNG储罐预冷模型及预冷参数计算

以16万方全容式常压LNG储罐为例,综合考虑储罐漏热及储罐材料比热容对储罐预冷过程的影响,建立预冷数学模型。计算结果表明:(1)冷却速率在-3K/h~-5K/h内,预冷介质用量与现场数据误差最大为5%,预冷时间的范围为39h~64h,得出最佳冷却速率-4.9K/h;(2)最佳冷却速率-4.9K/h下,罐内气体、9%Ni钢、铝吊顶、隔热层、漏热分别约占预冷介质用量的17%、29%、2%、46%和6%;(3)在允许温降范围内(-3K/h~-5K/h)提高冷却速率,可以减少储罐漏热消耗的预冷介质LNG用量。     

低温空气制冷系统中板翅换热器性能实验研究

对低温空气制冷系统中的散热器、回热器性能进行实验研究,测量不同工况条件下两个锯齿形板翅式换热器的换热效率及系统性能,分析了换热器低压侧和高压侧的空气流量对换热器及系统性能的影响。结果表明:(1)散热器低压侧空气流量是影响其效率的主要因素;(2)回热器效率随其低压侧空气流量的增大而增大,随其高压空气流量的增大而减小;(3)高压空气流量是影响制冷量的主要因素;在其它工况参数不变的条件下,高压空气流量增大7.9%,制冷量最大增加14.5%。     

低温管路预冷过程的实验研究

搭建了低温管路预冷过程实验台,并对不同管长和不同入口压力下低温管路预冷过程中压力和温度的变化情况进行了实验研究。结果表明,管路较长时,不稳定现象表现得更加剧烈,管路预冷时间变长,并会产生更大的压力峰值。     

低温空气制冷速冻系统性能的实验研究

对使用空气动压轴承的升压式空气制冷速冻系统进行了实验研究,分析了压气机进口压力、散热器冷边风量及回热器对系统性能的影响。实验结果表明:增大压气机进口压力和散热器冷边空气流量均可降低涡轮出口温度,提高系统制冷量;系统COP随着压气机进口压力的升高而增大,但是增大幅度逐渐减少;系统增加回热器后,涡轮出口温度最多可降低约67%,系统制冷量和COP最多约可增加45.5%,其中涡轮出口温度最低约可降至-50℃,系统COP最大可达0.7左右。     

低温预冷换热规律及表面改性影响研究

调研了低温管路预冷及两相换热的研究现状,阐述了低温预冷瞬态换热特性;介绍了金属表面改性对预冷规律的影响,仿真了低导热涂层管的预冷换热规律.研究发现:液氮预冷主要由膜态沸腾支配,且预冷耗时较长;液氢预冷未见膜态沸腾,预冷耗时更短.促进膜态沸腾向过渡沸腾的更早转化有利于预冷加速,且转化温度迁移可通过内壁表面结构改性实现,可...     

低温水平加注管路系统预冷过程实验研究

低温管路系统的预冷过程主要依靠人员的经验进行控制,对预冷过程的判定缺乏有效的量化指标。主要通过对低温加注管路系统预冷实验,对低温管路内的温度变化情况和管内的低温介质流态进行测量和分析,为准确判断低温加注管路完成预冷提供理论依据。     

冷库预冷流动传热物理场分布研究

冷库预冷是传统的果蔬采后预冷方法,前人研究通过数值模拟使冷库预冷过程的流场和温度场可视化,本文进一步分析空气流速、局部平均空气龄、温度、熵产、?损和(煨)耗散等物理场的分布特性,指出其间存在密切联系.塑料筐周围的空气流速和流向与内部的局部平均空气龄有关,并影响内部的传热速率.传热熵产率、传热?损率和(煨)耗散率的分布特...     

低温输运管道的液氮预冷过程仿真分析

管道预冷是低温输运的重要工艺流程.为探究低温流体输运管路在预冷过程中的换热特性及壁温变化规律,建立一维均相流模型,对液氮预冷低温输运管道过程进行了仿真分析.通过不同雷诺数液氮对于管路预冷影响的对比,分析不同工况下管路沿程壁温和热流密度的变化特点,讨论管路内流型的变化趋势;分析讨论了液氮在预冷过程中流量、液氮过冷度、预冷...     

内冷调控高效吸附式空气取水

本文提出采用内冷的吸附式空气取水策略解决干旱地区水资源短缺问题。基于空气温湿度特性,由于内冷效应的影响,掠过吸附剂的相对湿度得到提高,针对具有S型吸附特性的金属-有机框架(MOFs)材料,可显著提升干旱工况下的吸湿量。采用基于帕尔贴效应的半导体控制冷源,在典型的干旱工况下(25?C,30%RH)吸水量可达1.05 g/g,显著高于目前文献所报道的干旱工况吸湿量。     

压差预冷多尺度热力学特性实验研究

压差预冷是目前普遍使用的采后果蔬预冷方法,其研究集中在预冷时间和能耗等表观物理量,尚缺乏热力学特性的研究。本文基于苹果压差预冷实验建立多尺度热力学模型,从能量、熵、■和■四个方面分析压差预冷过程的热力学特性。在压差预冷过程中,通风功耗和其转换而来的热分别是主要功负荷和热负荷,传热能力损失和热力学损失分别主要由冷库内部空气与各筐苹果之间的对流换热过程和维持此过程的通风设备引起.     

自预冷型四级高频脉冲管制冷机的研究

液氦温区在深空探测、甚长波红外探测、太赫兹探测、低温超导等众多领域中具有独特应用,基于此背景,本文开展了可直接获取液氦温区且具有实用意义的自预冷型四级高频脉冲管制冷机的理论和实验研究,建立制冷机的模型,对其关键结构参数和运行参数进行分析与优化.所研制的四级高频脉冲管制冷机在无外部预冷的条件下,最终获取到4.28 K的最...     

16万方LNG储罐预冷数值模拟研究

LNG储罐预冷是储罐预投产中最重要的的一个环节。目前研究中,预冷介质多通过单入口进入储罐,而在实际预冷过程中预冷介质多通过喷淋环进入储罐。为更全面地分析LNG储罐预冷过程,建立16×10~4m~3 LNG储罐预冷介质多入口三维预冷模型,通过FLUENT软件对LNG储罐喷淋预冷过程进行数值模拟,研究罐内物理场变化规律,结果表明:储罐预冷过程分为高温恒定阶段、快速温降阶段及后期缓慢温降阶段。预冷过程中,温度场与罐内流场相互影响,罐壁下部温度总是低于上部温度,罐内下部压力高于上部压力,压力梯度明显。储罐的左右两边均形成了涡流,罐底中心区域出现二次回流,减慢温降速度。     

液氧煤油发动机预冷系统回流管绝热影响分析

低温液体火箭发动机循环预冷受多因素影响,针对液氧煤油发动机自然循环系统回流管绝热条件对预冷效果的影响进行理论分析和试验研究,得到了有意义的数据和结论,对后续型号自然循环预冷系统设计提供了依据.     

低温空气制冷系统性能数值模拟

采用集总参数法建立升压式低温空气制冷系统的数学模型,并用EES软件编制计算机程序,对系统性能进行模拟,分析压气机进口压力和回热器对系统性能和除湿效果的影响。结果表明:在系统中增加一级回热器可大幅提高系统的制冷量和COP,COP最多可提高约44%;而在系统中增加二级回热器可大幅提高系统的除湿效率,最大除湿效率约为47.6%,但对提高系统制冷量和COP效果不大;压气机进口压力的升高可大幅提高系统的制冷量和COP,而制冷温度的升高会导致涡轮进口空气的含湿量增加。     

开架式气化器预冷过程海水膜传热分析

为了减少开架式气化器换热管表面结冰,设计一种新型高效换热管,并采用ANSYS Workbench软件对预冷过程中换热管表面海水膜温度场和速度场进行模拟。分析发现：结冰主要发生在预冷过程中的非稳定阶段,该阶段海水膜厚度影响温度场和速度场的分布,海水膜越厚,温度越高,速度越大;稳定阶段,海水膜厚度对温度场分布和接近冰点温度海水量的多少影响不大,而使海水膜速度分布逐渐趋于均匀,并在左右肋两侧形成四个涡旋,距离LNG进口端越远,旋涡运动越剧烈。     

机械预冷的自复叠制冷循环对比优化研究

为提高自复叠制冷(ACR)系统的制冷量和能效比,提出了一种机械预冷的自复叠制冷(PACR)系统,高温级为R600单级蒸气压缩式系统,低温级为R134a/R23ACR系统。研究了在不同工况下PACR系统与ACR系统和带回热器的ACR(RACR)系统的性能。结果表明,在蒸发器出口温度为-50℃,气液分离温度为11℃时,PACR系统中高温级循环使用R600性能最优,较RACR系统的COP最优点有1.7倍的提升。在冷凝温度为30℃,蒸发器出口温度变化范围为-50～-40℃时,PACR系统的Q_e和COP相较于ACR和RACR系统更有优势,且蒸发器出口温度为-50℃时,PACR系统的Q_e和COP较RACR系统提升最大,可分别提高2.8倍和1.7倍。     

CO_2跨临界预冷循环氮膨胀FLNG液化及NGL回收流程设计与分析

针对LNG-FPSO装置区别于陆上LNG工厂的关键技术难点,以我国南海海域的某油田伴生气源为研究目标,对FLNG装置液化工艺方案开展优化和分析,提出了一套具有自主知识产权的CO2跨临界预冷循环氮膨胀FLNG液化及NGL回收工艺流程。对影响该工艺流程性能的关键参数进行优化,分析该工艺对于LNG-FPSO装置的适应性。结果表明:CO2跨临界预冷循环过程,当二氧化碳经两级压缩后压力取2.5MPa,再经膨胀机膨胀降压后压力在0.185MPa左右,氮膨胀循环压缩机出口压力取2.2MPa,双级氮膨胀后压力取0.14MPa,单列总功耗为2.851×103k W,液化率为98%,比功耗为0.3421 k W·h/m3。该工艺安全性高、流程简单、设备布置紧凑、便于模块化、经济性较好,NGL回收引入TDWC(顶部分离的间壁式精馏塔),将两塔合并为一塔,简化了设备,具有良好的海上适应性。     

150K温区混合工质采用带预冷的林德制冷机的实验研究

提出了利用带预冷的林德制冷系统获得了150K温区的制冷方案。建立了实验装置,进行了不同配比的三元混合工质(R23/R14/Ar)的制冷循环的性能实验。实验结果表明:三元混合工质(R23/R14/Ar)的最佳配比为0.46:0.39:0.15,在无热负荷时,制冷温度为150K时,降温时间为85m in。