低温加注系统实时故障诊断技术研究

目前,我国一些低温加注系统不具备自动化加注能力,系统效率较低,加注过程具有较大的不确定性,给低温推进剂顺利加注和系统带来隐患。实现加注过程的实时故障诊断,是低温加注过程完全自动化的重要前提和基础。该文提出了低温加注系统实时故障诊断的原理、仿真模型建立方案,以及故障判据的建立及判断方法等。     

粉末材料堆积的物理模型与仿真系统

研究了粉末材料堆积过程仿真的物理模型和系统,并探讨了适合多种不同粒径颗粒混合堆积过程仿真的高性能计算方法.在该仿真系统中,考虑了重力、接触力、阻尼力、摩擦力和范德瓦耳斯力等多种作用力的影响,集成了多种接触力模型和阻尼模型,使其适用于三维大规模粉末材料堆积过程的计算机仿真.利用该系统对粉末材料领域中的两个典型应用进行了模拟研究.模拟了两种相同密度不同粒径颗粒（粒径比为10）的混合堆积过程.当小颗粒数为大颗粒数的300倍时,得到最大的堆积密度（体积分数）为0.82.另外,还模拟了两种不同密度相同粒径颗粒的混合堆积过程.当堆积结束时,出现了明显的分离（segregation）现象和团聚现象.所研究的物理模型和仿真系统既可用于粉末材料堆积过程研究,亦可用于普通的球形物体堆积过程的模拟研究. 关键词： 粉末堆积 物理模型 仿真系统 离散元法     

氧箱冷氦气瓶加注和增压系统仿真计算及分析

冷氦增压系统是低温液体推进系统的关键技术之一。利用仿真软件Sinda/Fluint,对氧箱冷氦增压系统的冷氦气瓶加注过程和系统增压过程进行了基于集总参数法的建模与计算分析。首先,对冷氦气瓶加注过程给出了最优加注流量,并分析了气瓶内温度压力达到稳定所需的时间、冷氦气瓶充气过程瓶内最高温度以及气瓶与周围液氧的传热;其次,针对冷氦增压系统,详细研究了两种气瓶布局条件下,贮箱增压过程中冷氦气瓶温度、压力随时间的变化,以及氧箱内气枕与液氧的温度、压力变化情况;最后,还对增压过程中的氦气流量、传热特性进行了研究。     

液氧加注系统阀控瞬变危害性仿真研究

对液氧加注系统中的直流式低温截止阀进行二维模型建立,利用FLUENT动网格技术和UDF函数对液氧加注时阀门的关闭过程进行动态模拟,分析管道中低温液氧的瞬变过程,对不同关阀时间和不同加注流量下瞬变压强进行研究,结果表明:关阀所用时间越长、加注流量越小瞬变危害性越小。研究可为液氧加注系统阀门控制提供理论依据,减小低温加注时的不稳定性。     

双液滴撞击平面液膜的流动与传热特性

采用耦合的水平集-体积分数法(CLSVOF)对双液滴连续撞击恒定壁温壁面上的热液膜的流动和换热特性进行了数值模拟及分析,得到了双液滴撞击热液膜后形态演变的过程.分析了液滴垂直间距、撞击速度、液膜厚度以及液滴直径对双液滴撞击液膜后的流动与传热特性的影响,结果显示,壁面平均热流密度随液滴撞击速度的增大而增大,液滴垂直间距、液膜厚度和液滴直径对平均热流密度的影响较小,但会对热流密度在撞击区域和交界区的分布产生重要影响.     

沉降分布孔隙率多孔介质模型及数值研究

研究沉降分布孔隙率多孔介质流动和传热,根据"O"形圈理论和现场测定确定孔隙率系数,建立坐标方向孔隙率分布函数;考虑流体密度变化,并引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型,能量方程采用界面连续条件,建立沉降分布孔隙率多孔介质流动和传热求解模型.采用差分法对模型进行离散化,应用高斯-赛德尔方法迭代求解.数值分析表明:沉降分布孔隙率条件下多孔介质内流体流动速度在壁面附近较大,中心部位较小,壁面附近孔隙率的增大使得低流速区域减小,较高流速区域增大;当孔隙率小值时,温度按线性减小;当孔隙率大值时,温度在高低温壁面附近迅速减小,在中部减小较缓,热量按导热和对流共同传递;孔隙率增大能使平均怒谢尔数增大,对流换热作用增强.     

纳米通道粗糙内壁对流体流动行为的影响

纳米流动系统具有高效、经济等优势,在众多领域具有广泛的应用前景.因该类系统具有极高的表面积体积比,致使界面滑移效应对流动具有显著影响.本文采用分子动力学方法以两无限大平行非对称壁面组成的Poiseuille流动为对象,分析了壁面粗糙度与润湿性变化对通道内流体流动的影响.对于不同结构类型的壁面,需要通过水动力位置来确定固液界面位置,准确计算固液界面位置有助于更好地分析界面滑移效应.研究结果表明,上下壁面不对称会引起通道内流场参数分布的不对称,壁面粗糙度及润湿性的变化会影响近壁面附近流体原子的流动特性,由于壁面凹槽的存在,粗糙壁面附近的数密度分布低于光滑壁面一侧.壁面粗糙度及润湿性的变化会影响固液界面位置,肋高变化及壁面润湿性对通道中速度分布影响较大,界面滑移速度及滑移长度随肋高和润湿性的增大而减小;肋间距变化对通道内流体流动影响较小,界面滑移速度和滑移长度基本保持恒定.     

中空液滴碰撞水平壁面数值分析

采用耦合水平集-体积分数法并综合考虑传热及接触热阻作用建立了中空液滴碰撞水平壁面数值模型,并验证了模型的可靠性.通过分析计算结果,获得了中空液滴与实心液滴撞壁的动力学特征差异,揭示了中空液滴撞壁流动传热机理和中心射流形成机制,探索了碰撞速度和壁面浸润性对中空液滴撞壁动力学和传热特性的影响.研究表明:中空液滴撞壁后中心射流特征明显,并伴随有射流收缩和液壳破碎等现象.中空液滴内部压力梯度是液滴铺展、中心射流产生和发展的主要原因;撞壁过程中中心射流表面温度分布较为均匀,破碎液壳表面温度分布波动较大.碰撞速度与中空液滴撞壁最大铺展系数的相关性较小,但其对无量纲射流长度和壁面平均热流密度的影响较大;壁面浸润性与中空液滴撞壁后期铺展系数的相关性较大,但其对无量纲射流长度和壁面平均热流密度的影响较小.     

液氢贮箱零蒸发数值模拟与分析

采用CFD技术,对处于微重力下的零蒸发(ZBO)液氢贮箱内采用喷嘴棒强迫混合的流场进行稳态数值模拟,建立了二维轴对称模型,预测了在不同几何参数下贮箱内温度场及速度场分布情况。研究表明,喷嘴棒伸入贮箱长度、入口直径等因素均会对系统内温度场产生影响。贮箱内平均温度和最大温度随喷嘴棒长度和入口直径的增大而减小,而喷口直径对贮箱内温度场影响不明显。由上述可以看出,通过增大入口直径、选择合适的喷嘴棒伸入长度,可以改善系统性能。     

快速流化床颗粒团絮的识别和表征研究

本文针对内径D=0.1m、高H=3 m的三维可视快速流化床上升管,建立了图像采集及处理系统,对平均粒径d_s=0.25 mm的石英砂(颗粒密度ρ_p=2650 kg/m~3,堆积密度ρ_(pa)=1590 kg/m~3)在颗粒循环量G_s=40～70 kg/(m~2s),流化风速U_g=4.35 m/s下形成的颗粒团絮进行了研究,提出了一套针对三维快速流化床近壁面颗粒团絮的识别和表征方法并优化了计算参数。结果表明,该方法能够准确识别不同类型("U"形、倒"U"形、条形)的颗粒团絮;颗粒团絮的尺寸随上升管高度增加和固体循环通过减小而增大,颗粒团絮数量随上升管高度增加和固体循环通量减小而减少;随固体循环通量变化,"U"形和倒"U"形的颗粒团絮下落速度的平均值均为1 m/s左右。     

射频感应等离子体制备球形氧化铝的工艺研究

采用射频(RF)感应等离子体对颗粒形状不规则的氧化铝粉作球化处理,当氧化铝以极短暂时间快速穿越射频等离子体炬时,颗粒因受热而熔化成液滴,快速冷却,形成球形固态颗粒。应用单因素法讨论射频等离子体制备球形氧化铝的工艺参数,研究了制备过程中相关的中气流量、抽风负压、送粉速度和分散方式等主要工艺参数对球形氧化铝粉的影响。用电子扫描显微镜(SEM)观测评估球化效果,测定松装密度和振实密度。     

射频感应等离子体制备球形钛粉的工艺研究

采用单因素法对制备球形钛粉的工艺进行研究,通过控制和调节射频等离子体工作的阳极电流与电压、中气流量、边气流量、粉体携带气流量、抽风负压和钛粉送粉速率等参数,以获得制备球形度较佳的钛粉工艺参数。通过射频感应等离子体对粒度为(17.02.0) m的钛粉球化处理研究,制备出球形度好、球化率高、表面粗糙度低的钛粉,钛粉球化率随着抽风负压增加而增加,当抽风负压大于1 800 Pa时,钛粉的球化率随着抽风负压的增大迅速降低;同样钛粉球化率也随着钛粉送粉速率增加而增加,当钛粉送粉速率大于90.0 g/min时,钛粉的球化率随着钛粉送粉速率的增大而迅速降低。     

Comparison of influence of fluidization time on electrostatic charge build-up in the bubbling vs. slugging flow regimes in gas–solid fluidized beds

Electrostatic charge generation poses significant problems in some commercial gas–solid fluidized bed reactors such as those in gas-phase polyolefin production. Understanding the contributing factors to charge generation is important in determining the charge generation mechanisms, leading to the development of methods to reduce or prevent this phenomenon. This work focused on determining the effect of fluidization time on particle charging and the amount of particle adhesion on the fluidization column wall in both the bubbling and slugging flow regimes. The charging effect was investigated for particles in three regions of the fluidized bed: elutriated fines, bulk particles inside the bed, and particles adhered to the column wall. The particles size distribution, mass and charge were measured for all three regions. Fluidization was carried out with polyethylene resins from an industrial reactor; times of 15, 30, 60, 120, 180, and 360 min were evaluated. Increased fluidization time decreased the amount of particles mass collected in the bulk region and increased those adhered to the column wall during the velocities tested in the bubbling flow regime. Whereas the quantity of particles in each region was not affected by fluidization time for the velocities examined in the slugging flow regime. Bipolar charging was observed with relatively smaller particles becoming predominately positively charged and larger particles becoming predominately negatively charged. Each region of the bed affected the magnitude of net q/m, with elutriated fines having the largest magnitude, followed by those adhered to the column wall, and finally those in the bulk of the bed. Charge saturation was attained for fluidization times greater than 60 min for particles in the bulk and along the column wall for all gas velocities. However, extended fluidization times were required with the entrained fines in bubbling flow; whereas charge saturation of fines in slugging flow occurred shortly after the onset of fluidization. Mean particle diameter for each measurement region was not impacted by the fluidization time for any of the gas velocities tested. The bed hydrodynamics was found to definitely have an impact on the particle–wall fouling where the particle layer continued to develop on the inner column wall as fluidization time increased for those velocities in the bubbling regime while comparatively less impact on particle layer growth was observed in the slugging flow regime. In addition, the bubbling flow regime resulted in particle layers formed on the column wall to be longer and thinner whereas those formed in the slugging flow regime were shorter and thicker.     

Demonstration of the triboelectricity effect by the flow of liquid water in the insulating pipe

This paper demonstrates the tribolelectricity by the flow of water in an insulating pipe. A theoretical analysis showing the relation between the electric discharge and the system hydromechanical parameters is developed. Based on the macroscopic RC-circuit modeling of the system understudy, techniques allowing to minimize the discharge effect are introduced. With two different demonstrators, as predicted in theory, a voltage variation up to 300 mV is observed by using pipes having mm-diameter and pure water with 45 cm³ s^?1 flow rate. Finally, an application for the risk prevention caused by the explosion for the gas filling of engine fuel tank is discussed.     

Applicability of molecular dynamics method to the pressure-driven gas flow in finite length nano-scale slit pores

This study investigates the applicability of the molecular dynamics (MD) method to the pressure-driven gas flow in finite length nano-scale slit pores. The reflecting particle membrane is introduced to induce a pressure difference between the inlet and outlet. The flow properties are compared with those of the Burnett equations. The inlet and outlet pressures, as well as the mass flow rate in these two simulations are maintained the same by adjusting the tangential momentum accommodation coefficient in the Burnett simulation, which is found to be between 0.4 and 0.5. Qualitative and quantitative agreements are observed between the MD and Burnett simulation results in the bulk of the pore for both streamwise distributions and cross-section profiles. The MD simulation shows an advantage in the near-wall region, in which the wall force field dominates flow behaviour. This study indicates that MD simulation can be used to describe the pressure-driven gas flow characteristics in finite length nano-scale slit pores.     

基于格子玻尔兹曼的两相闭式环路热虹吸研究

两相闭式环路热虹吸(CLTPT)形成定向循环的动力来源是重力在蒸发器和冷凝器之间形成的压力差。本文通过修改Gong-Cheng相变LBM模型中重力项计算方式,成功模拟了CLTPT在沸腾和凝结相变共同作用下产生的自驱动现象,揭示了不同充液率下的多种两相流型的存在。发现对于本文设计的热虹吸管结构,在初始状态液相覆盖全部蒸发段的前提下,充液率越小,CLTPT的周期性越复杂,越难达到稳定运行状态,系统自循环时均质量流量更小,同时蒸发段时均温度更低。     

乳品行业低温余热回收系统性能分析

针对乳品行业排风风量大但品位低的特点,本文提出利用排风余热代替蒸汽来预热干燥空气的余热回收系统.在构建预热器、回热器和主加热器等部件热量流模型的基础上,建立了不包含中间节点参数的系统整体热量流模型.结合某奶粉厂运行数据对模型进行求解,结果表明,该系统将排风温度由90℃降低到42.58℃.在给定热负荷下,通过匹配中间回路...     

双转子涡喷发动机气动性能优化控制研究

航空发动机的控制规律作用巨大,它决定了发动机能否获得设定的稳态工作下性能指标,同时保证工作过程中的压气机和涡轮的气动稳定性。双转子涡喷发动机气动性能优化控制的目的就是有效地挖掘发动机的使用潜力。研究方法采用部件特性法对发动机进行稳态建模,并针对某双转子涡喷发动机的稳态模型进行三种不同稳态控制规律下的仿真,得到发动机性能参数的不同变化趋势,并对其进行了详细的分析。结果表明：保持低压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的增加,高压转子转速上升,涡轮前温度升高,发动机推力增加;保持涡轮前温度不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,低压压气机气动负荷变重,低压转子转速降低;高压转子转速也下降,但是下降幅度很小;燃油流量增加;保持高压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,燃油流量有一定的增加,低压转子转速有所降低;推力受多重因素的影响,推力值变化趋势较为复杂。     

6110柴油机进气过程流动的多维瞬态数值模拟研究

柴油机进气过程中气体流动是强瞬变的非定常三维湍流运动,直接影响到充气效率、缸内气流状态及进气道和缸内壁面换热,因而也影响到燃油雾化、燃烧及有害废气生成等,对柴油机的动力性、经济性起着重要作用。因此,本文利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机进气过程的气体流动进行多维瞬态数值模拟研究,通过计算可以得到不同时刻进气道和缸内流场分布,为柴油机进气系统的优化设计提供重要的理论依据。     

高压煤粉密相气力输送实验研究

在输送压力可达4 MPa的气力输送实验台上,进行不同平均粒径煤粉的密相输送实验。研究总输送差压、发送压力对煤粉的质量流量、固气比等输送参数的影响。结果表明;煤粉质量流量随总输送差压的增加而增加;相同总输送差压下,煤粉平均粒径越大,煤粉质量流量越低;煤粉质量流量随发送压力的增加而增加。研究表明,相同煤粉质量流量下固气比随着表观气速的增加而降低;相同表观气速下,煤粉质量流量的增加会导致固气比的增加。