液态金属快堆主管道中超声导波传播特性研究

讨论了钠冷快堆(Sodium-cooled Fast Reactor,SFR)主管道的整体温度和内部液态金属钠流动速度的变化对管道导波传播特性的影响。推导了充液管道中导波频散方程的一般形式,并给出了管道内液态金属钠处于流动状态下的导波频散方程。采用数值计算方法获得了管内液态金属钠处于不同温度和不同流速时的导波纵向模式频散曲线和导波时域波形。结果表明,温度变化对基阶纵向模式的影响较小,但对高阶纵向模式的影响较大;液态钠流速增大会使导波频散曲线向高频轻微移动,但在实际检测中可以忽路管内液体流动速度的影响。通过对时域接收波形的模拟计算,进一步考察了液态金属钠的温度及流动速度变化对导波传播的影响,并通过对比不同模态的激发特点和不同频段的导波时域波形特点,结合导波频散曲线,给出了适用于SFR管道超声无损检测的导波模态和声源激发频段选择方案。      

基于光闪烁法的烟气流速反演和路径加权函数的分析

为了对工业管道排放的污染气体的流速进行连续监测,设计了一种双路平行对射式烟气流速测量系统,并对基于光闪烁法测量烟气流速的相关理论进行了研究.利用相位屏技术对湍流介质中的光闪烁现象进行了理论分析,得到了用于工业管道烟气流速反演的光闪烁互相关的表达式.对烟气流速反演过程中平均流速的路径加权问题进行了探讨,给出了路径加权函数,数值模拟表明路径加权函数具有近似高斯线型的轴对称分布特性,反映出管道中心流速对于平均流速的较大贡献.在此基础上,分析了光源光谱对路径权重函数的影响,实验证明由于光源光谱具有一定的带宽,使得路径加权函数值有一定的变化,但加权函数的分布形状保持不变.对于平均流速的路径加权函数的分析为计算工业管道中烟气流速的空间分布提供了依据.     

基于光闪烁法的烟气流速反演和路径加权函数的分析

为了对工业管道排放的污染气体的流速进行连续监测,设计了一种双路平行对射式烟气流速测量系统,并对基于光闪烁法测量烟气流速的相关理论进行了研究.利用相位屏技术对湍流介质中的光闪烁现象进行了理论分析,得到了用于工业管道烟气流速反演的光闪烁互相关的表达式.对烟气流速反演过程中平均流速的路径加权问题进行了探讨,给出了路径加权函数,数值模拟表明路径加权函数具有近似高斯线型的轴对称分布特性,反映出管道中心流速对于平均流速的较大贡献.在此基础上,分析了光源光谱对路径权重函数的影响,实验证明由于光源光谱具有一定的带宽,使得路径加权函数值有一定的变化,但加权函数的分布形状保持不变.对于平均流速的路径加权函数的分析为计算工业管道中烟气流速的空间分布提供了依据.     

高质量流速下立式螺旋管内汽液两相传热特性研究

对高质量流速下立式螺旋管内高压汽液两相流沸腾传热特性进行了试验研究,参数范围为:系统压力8.0～15.0MPa;质量流速2500～4000kg/m2s;壁面热流密度200～1000kW/m2;实验段为Φ14的不锈钢管弯制而成的螺旋管直径比为D/d=30.1的管圈,总长为2.335m,考察了热流密度和质量流速对两相传热的影响,分析核态沸腾和两相强制对流沸腾机理在螺旋管内两相传热中所起的作用,得到了局部传热系数的分布特性和平均传热系数计算关联式,首次发现高质量流速区域内螺旋管内汽液两相传热效果亦趋近于相同条件下直管内的换热系数,并对已有的结论进行了分类比较分析.     

基于AMESim的液氮并联管道两相流不稳定性仿真研究

低温并联管道广泛存在于工业设备中,其两相流不稳定性对设备的运行性能和系统安全有重要影响。搭建专门的实验系统结构与参数改变比较困难,测量精度不高,试验耗费大,周期长。基于多学科仿真平台AMESim R13建立了两根并联受热管道系统的液氮汽液两相流动传热模型,对其管间脉动特性及两相流不稳定性影响因素进行仿真和分析。结果表明液氮并联受热管道管间脉动属于密度波脉动,两支管内的流量作完全的反向脉动;系统压力、质量流量、进口管阻增加,界限热负荷增大,对系统稳定性有利;研究结果为液氮并联管道管间脉动消除的工程措施提供了理论参考,为其两相流不稳定性定量研究提供了借鉴。     

内压、弯扭耦合载荷下连续管疲劳寿命评估

针对连续管在作业中易出现疲劳失效等问题,进行了连续管在内压、弯扭耦合加载下疲劳寿命评估。首先分析了耦合加载下连续管低周疲劳失效机理,基于Brown-Miller疲劳寿命模型建立了连续管疲劳寿命数值计算模型,开展了内压和弯曲加载下连续管疲劳实验,实验结果证实该数值模型是可行的。计算了内压和弯曲耦合加载下连续管低周疲劳寿命,以及内压和弯扭耦合加载下连续管低周疲劳寿命。计算结果表明,连续管最大塑性应变和疲劳敏感区出现在轴向拉伸面和压缩面,与现场连续管失效情况是一致的。通过计算得到了连续管安全服役的临界扭矩值和内压值。     

发动机圆形管道内噪声衰减谱模态分析

本文应用模态分析方法建立了剪切流存在条件下,发动机多段声衬圆形管道声传播工程计算模型,对管内各模态频谱和总噪声衰减频谱进行了算例计算,并与有关文献试验数据进行了对比。结果表明,多段声衬圆形管道中声传播工程计算方法是可行的,从而为发动机前短舱管内声传播研究提供了一种模态分析工程预测方法。     

复杂地段管道试压扫水时弥合水击数值模拟

本文以特征线法为基础,采用"多点固定完全断流型空腔数-理模型",通过分析得到清管器移动边界条件方程和出口阀门边界条件方程,进而对复杂地形下管道试压后清管器的扫水过程进行数值模拟计算。将数值模拟结果与现场数据对比,检验了本文所提出计算模型的正确性和准确性。通过该计算模型,可以较准确地预测在清管器扫水过程中是否会发生爆管及发生爆管的位置,并且得到导致管道爆裂的瞬时高压的定量值。     

基于有限元方法的L型低温管道传热及强度分析

为了研究HV-MLI低温管道各部件在复杂载荷作用下的强度,以某一型号水平-竖直走向的L型HV-MLI低温管道为例,建立了热-结构耦合分析有限元模型。计算得出各工况下的管道温度场分布,以及管道中内管、外管、热桥和绝热支撑上的应力分布情况。分析结果表明:管道的绝热设计满足使用要求,绝热支撑和热桥是外界热量漏入管道的主要途径;L型HV-MLI低温管道中内管与弯头的等效应力随内管内压的增加而增大。在实际使用过程中内管、外管、弯头、热桥等结构不易发生危险;层间剪应力过大是绝热支撑的主要破坏因素。     

微胶囊化相变悬浮液层流传热强化的参数分析

通过对微胶囊相变悬浮液管内层流恒热流对流换热的数学建模和模拟计算,获得在恒热流加热边界条件下,不同参数匹配时相变糊状区的确切范围以及固液相变两条相界面的数值结果。利用该模型对影响悬浮型固液两相流传热特性的诸多参数进行了比较细致的定量分析,这些参数包括固相体积浓度、斯蒂芬(Ste)数、粒径比、无量纲相变温度区间宽度以及无量纲过冷度等。分析和模拟计算的结果显示微胶囊浓度和斯蒂芬数对管内层流传热具有最重要的影响。     

垂直上升内螺纹管内超临界压力水的传热特性研究

对垂直上升?1.? mm六头内螺纹管内超临界压力水的传热特性进行了比较系统的实验研究.试验参数范围,压力p=22.～29. MPa,管内质量流速G=650～1200 kg/(m2·s),内壁热流密度q=200～660 kW/m2.根据试验结果,细致地分析了质量流速和压力对超临界水传热特性的影响,并探讨了大比热容区传热强化和传热恶化的发生机理.通过与亚临界压力下传热特性的比较,表明超临界压力下的对流换热不同于亚临界压力下的单相对流换热;超临界压力下的传热存在三种模式: (1)正常传热;(2)传热恶化;(3)强化传热.同时发现,超临界压力下的传热恶化类似于亚临界压力下的膜态沸腾.     

超临界水在倾斜光管中的传热不均匀特性研究

对超(超)临界压力下水在倾斜光管内的传热特性进行了比较系统的实验研究.实验段管径为φ32×3mm,倾角α=20°;试验压力P=23~34MPa,内壁热负荷q=300~500kW/m2,管内质量流速G=300~2000kg/m2s.得到了不同工况下倾斜光管内壁温和管内换热系数的周向分布及其变化规律,考察了压力、质量流速及热负荷对倾斜光管内壁温度的周向分布的影响,重点分析了管内上下母线处内壁温度差随工质焓值变化的特性及机理,讨论了大比热区水的物性变化对倾斜光管内传热不均匀性的影响,并与亚临界压力下的对应实验结果进行了比较.     

动态故障树在主蒸汽管道破裂事故风险评价中的初步应用研究

冗余设计使核电厂系统广泛存在复杂时序失效行为,而基于静态故障树(Static fault tree, SFT)的事故风险评价无法对时序失效行为进行准确模拟。为解决这一问题,本工作提出一种基于事件树+动态故障树(Dynamic Fault Tree, DFT)的事故风险分析框架,并以典型三代压水堆主蒸汽管道破裂事故为例,开展动态事故风险案例分析。首先,建立主蒸汽管道破裂事故的事件树模型以及相关系统的DFT模型;其次,将系统故障树分为DFT模块和SFT模块,并将DFT树模块替换为超级事件参与后续计算;最后,采用割集法计算案例结果,并在相同条件下与传统SFT方法进行对比。案例分析结果表明：(1)相较于SFT方法,所提方法更为贴近系统的真实失效场景;(2)针对文中案例所提方法可以降低相关系统失效概率与部分事故序列的发生频率、有助于释放保守风险。     

电厂煤粉在线实测研究

电厂煤粉管道中煤粉浓度和细度对锅炉燃烧、污染排放及安全运行有很大影响。本文介绍了作者用光脉动法在宝钢电厂直吹式制粉系统中对煤粉进行在线检测的结果。测量结果表明,不仅煤粉在煤粉管内截面上的分布是不均匀的,同一台磨煤机出来的各煤粉管内的煤粉浓度和细度也是不均匀的。受煤粉管弯头影响,煤粉流动存在脉动现象,在不同位置脉动的幅度变化很大。     

管内流速对充液壳输入能量流的影响

分析一弹性薄壁充液圆柱壳，从Fugge壳体方程和均匀流场中的声波方程出发，利用边界条件；推导出声振耦合系统的频散方程。用傅氏变换求得在周向简谐力作用下输入能量流的表达式，并用沿复波数域的纯实轴进行数值积分的方法求得其结果，管内流体流速对结果的影响也进行了讨论与分析。     

管内高压氢气泄漏自燃现象动力学分析

高压氢气泄漏自燃直接威胁到储氢的安全,为了寻求安全的储氢方式,亟需获得高压氢气泄漏自燃的基本规律。以管内高压氢气为研究对象,通过数值模拟的手段研究了不同冲破压力和管径下氢气泄漏自燃的过程;基于详细动力学分析,得到了引起自燃着火的关键反应路径。研究结果表明,冲破压力的大小直接影响着火的难易程度及着火的位置,冲破压力增大,反应路径H-H02-OH得到明显增强,促进着火;随着管径逐渐减小,激波耗散增大,近壁区逐渐不易着火,直至气流前端出现旋涡,在管道中心形成高温区引发着火.相应基元反应的抑制手段和合理的压力释放方案以及管径控制是预防氢气高压泄漏自燃的关键,本文工作将为寻求安全的储氢手段提供理论依据.     

R245fa水平管内流动沸腾特性的实验研究

实验研究R245fa在水平管内的流动沸腾传热特性,分析了不同饱和压力下质量流速、热流密度和入口干度对R245fa在水平管内的两相流动沸腾特性的影响。此外,将实验数据与预测关联式进行了对比,Fang(2017)关联式的预测结果较高,对R245fa在10 mm不锈钢管内沸腾换热具有较好的预测,研究结果对工程应用具有一定的指导意义。     

槽式太阳能集热器集热性能分析

本文运用蒙特卡罗光线追踪法(MCRT)模拟了抛物槽式系统聚光特性,并与计算流体与传热有限容积方法(FVM)结合,进一步研究了吸热管内耦合传热过程.聚光特性分析中考察了光不平行夹角、几何聚光比和边界角对太阳热流密度分布的影响;耦合传热模拟中考虑了液体油热物性随温度的变化以及吸收管外管壁辐射换热.模拟计算表明;模拟计算结果与文献数据对比符合较好,验证了计算方法与模拟程序的正确性.光不平行夹角主要对热流密度圆周方向分布产生影响,使其分布平缓,对热流密度轴向分布影响不大;随着几何聚光比的增大,太阳热流衰减区的角度跨度增大;随着边界角的增大,热流密度圆周分布曲线向圆周角90°方向平移,同时热流密度极大值降低.在太阳直射强度大致相同情况下,入口流速与入口温度对接收管表面对流换热与最大温差影响很大;同时变物性对流体对流换热影响也较大.     

超声波气体流量计的时差法检测与数值分析

使用2组超声换能器制作了基于时差法的超声波流量计,并将其应用于圆形管道中流场的测试.依据实验中所使用的圆形管道测试系统,理论上使用有限元方法构建了圆形管道中稳恒流场的流速分析模型.数值分析结果表明:实验中获取的管道内流速为测试位置截面处流体的平均流速,该测试值与理论值相差5.2%.考虑到实际测试环境与理想流体测试环境间的差异,实验结果与理论分析结果基本一致.     

可调谐半导体激光吸收光谱技术光信号相关法氨气浓度流速同时测量

利用可调谐半导体激光吸收光谱技术结合光信号相关技术可以实现气体浓度和流速的同时在线测量。文章首先介绍了气体浓度与流速测量的基本原理,然后对在近红外通讯波段附近的NH₃吸收谱线进行分析,并从中选取适合测量的目标谱线,并进行了相应的计算分析。在常温常压下内径为0.016 m长度为1 m的管道内,利用流量计配制出不同浓度以及不同流速的NH₃和N₂混合气体进行相关的试验。利用线宽为15 MHz,可连续调谐范围为1 cm-1的激光二极管对位于6 548.7 cm-1处的NH₃吸收谱线进行快速扫描,采用直接吸收计算的方法测量得到实时气体吸收信号并计算出气体浓度。同时利用非介入式的光信号相关法,通过布置在管道上下游两个探测器探测到的NH₃浓度信号间的相关性,计算得到NH₃气体从上游到下游的渡越时间,进而计算出气体流速。计算得到的NH₃气体浓度值和流速值与流量计标定值之间相比,其相对误差分别在7%和10%之内。测量系统响应迅速,抗干扰能力强,测量结果重复性好,适用于恶劣的现场测量环境,具有很广的工业应用前景。