低温管路水击现象仿真研究

为研究低温管路水击现象,利用SINDA/FLUINT软件对典型低温管路关阀过程进行仿真计算,得出了关阀速度、管长、管径、贮罐压力与水击压力之间的关系,结果表明关阀速度、管长、贮罐压力对水击压力有显著影响,管径对水击压力无显著影响。     

阀门关闭对低温盲支管水击的影响分析

采用SINDA/FLUINT软件建立了具有盲支管的低温加注管路模型,仿真计算得到了不同阀门关闭时间、盲支管长度、阀门关闭顺序、管径下的水击压力变化情况。结果显示,阀门关闭时间越短,造成盲支管内的压力变化越剧烈,形成较大的压力峰值,容易对管路造成损坏;在低温管路处于冷态的情况下,盲支管长度对盲支管内压力峰值影响不大;某一支路阀门关闭使得该阀前压力出现变化,对另一支路压力影响不大,在整个管路形成封闭腔后,阀门关闭造成系统压力急剧变化,影响较大;管径越大,阀门关闭时的水击压力峰值越大。     

低温盲支管诱发水击振动的实验研究

低温加注管路系统难以避免存在盲支管结构,当系统中发生参数突变时,会存在诱发低温盲支管填充水击振动现象。本文从实验角度探索诱发低温盲支管填充水击振动的成因,结果表明:当盲支管处于热态时,通过对盲支管进行排气扰动,可诱发低温液体填充盲支管水击振动;管路系统的背压越高,盲支管水击振动压力值越大。     

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。     

被动式冷却系统热阻及响应时间的研究

本文对取热器与冷凝器分离的被动式相变冷却系统的热阻及响应时间进行了研究.热阻与响应时间分别是冷却系统在稳态及非稳态条件下的表征参数.通过建立热输运管路内的换热模型,着重分析了管径、管长、倾斜角度对这两个参数的影响.实验研究表明:整个冷却系统在负荷突然增加时,响应特性良好;管径与管长的减小、倾斜角的降低均有利于热阻的减小,而且热阻随着负荷的增加而减小;热阻较小时,热输运管内冷凝换热较弱,管路沿程温度场的均匀性较好,相应的响应时间较短.     

单壁碳纳米管晶格热导率的理论计算

基于线性波尔兹曼输运方程和碳纳米管的色散关系,本文研究了声子散射的Umklapp和Normal过程同时存在时单壁碳纳米管的晶格热导率,以及温度、管长和管径对它的影响.结果表明:N过程的影响在高温不能忽略;对(10,0)管而言,在低温下其导热率随温度升高迅速增大,在90 K附近达到最大值,然后逐渐开始下降;热导率与管长L的关系是κ∝ L1/2;在相同管长和温度下,热导率随管径的减小而增大.     

基于浸入实体法的氮气式水击泄压阀动态仿真

以氮气式水击泄压阀阀内流道流场为研究对象,运用浸入实体法模拟氮气式水击泄压阀启闭过程,建立流体域及浸入实体域三维几何模型,结合阀芯运动轨迹,建立阀芯动力学方程,针对阀芯锥面不等面积的特殊设计,分析了泄压阀在水击脉动压力作用下启闭过程中阀芯各个端面上的受力状态,同时对比分析了泄压阀在不同入口恒压和水击脉动压力作用下阀芯各个端面受力及泄放量大小的影响规律。结果表明,阀芯在启闭过程中是一个震荡过程,存在一定的不平衡受力,阀芯各端面受力不均匀,且都发生方向相反、不同幅度的震荡,阀芯圆柱面受力可忽略。     

顶部漏热低温贮罐温度分层研究

通过实验研究了顶部受热低温贮罐中低温流体温度分层、压力变化情况,并进行了理论计算。研究结果显示,在静置过程中贮罐在顶部漏热时气相空间温度分层较为显著,且由于顶部的持续漏热,气相空间的温度梯度一直存在;液相的温度梯度曲线与误差函数曲线一致;贮罐的压力可分为两部分:初始的快速增压和之后的稳定增压阶段;随着静置时间的增加,液体温度分层更加明显,贮罐气枕压力逐渐变大。该研究为确定贮罐安全贮存增压压力和贮存时间提供技术依据,为工程实际应用提供支撑。     

低温管路阀门开启时不稳定过程的实验研究

搭建了低温管路阀门开启过程的实验台,并对不同液氮压力和阀门气源压力下低温管路阀门开启时不稳定过程中的压力变化情况进行了实验研究。结果表明,阀门开启后阀门前的气腔空间被填充,因而产生压力的振荡。阀门开启速度越快,压力峰值越小。     

低温液体充填管路的数值计算

在低温液体的管路输送中,充填过程是一个使管路热负荷大幅减少的预冷却阶段,了解其特征规律非常重要。本文通过建立一维模型,对水平液氢加注管的预冷过程进行了数值计算,求得了各时刻管路的壁温分布,以及预冷却过程所用的时间。初步分析了低温液体充填管路过程中,管壁与工质的温度分布特点,以及管路长度、管径与加注流量对预冷却时间的影响。     

二级树状管路的优化分析

本文讨论了Y型二级管路分别在占地面积、体积以及占地面积、表面积约束下的最优管径比、最优管长比、最优分岔角度。优化方法采用拉格朗日乘子法和虚功原理方法。通过分析发现;最优树状管路的结构参数随约束条件和流动状态的变化而变化.这意味着对层流流动和湍流流动的情况,树状结构最优参数会表现出差异。本文的忧化结果为不同情况下的树状结构设计提供了基本参考。     

倾斜管内低温两相弹状流特性实验研究——液弹运动速度

使用高速动态分析仪对低温倾斜上升管内不同位置处弹状汽泡进行了可视化实验研究。对获得的液弹的运动速度进行了统计分析,研究了液弹运动速度的变化规律。结果表明:对于两个不同管径的管路,当倾斜角θ(相对水平方向的夹角)发生变化时,液弹的运动速度随着管径的不同呈现出不同的变化规律;随着倾斜角度的减小,液弹上升速度先增大后减小,在θ=60°和70°处达到最大值,且在管出口处,液弹的上升速度几乎不变。为进一步研究低温液氮沸腾两相弹状流发展过程中弹状汽泡运动速度提供参考依据。     

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。     

增压输送过程中卧式贮罐液氢温度分层研究

分析了大型卧式液氢贮罐增压输出过程中低温介质传热数学模型,揭示了贮罐内液氢温度分布规律,说明了液氢温度分层形成的原因及过程,给出了输出液氢品质保障方法。研究表明:大型卧式液氢贮罐输出过程中液氢温度分布可用修正后的半无限大平板非稳态导热方程描述;在增压压力一定情况下,热液层厚度随着输送时间的增加而增大,且热液层厚度及其温度分布受卧式贮罐截面形状影响;液氢贮罐输出品质与贮罐内热液层厚度密切相关,可通过计算热液层厚度从而确定贮罐留底余量的方法,保证贮罐输出品质。     

基于等效电路低温推进剂加注系统固有频率分析

系统的固有频率的研究对流固耦合振动具有重要意义,本文基于等效电路的方法,对低温推进剂加注系统固有频率开展研究,利用MATLAB/SIMULINK仿真软件搭建等效电路进行固有频率求解,最后计算了典型加注系统管路在不同管路参数以及流体物性参数下的系统一阶固有频率,该方法更为直观地获得管路参数和流体物性参数对系统固有频率的影响规律。研究表明,加注系统的固有频率与加注管道长度有关,在管径为0.15 m下当加注管从5 m增加到25 m时其固有频率减小了22.5%,且增加蓄压器后系统的固有频率也会减小。研究结果可为低温推进剂管路设计和减振防护提供技术依据。     

HIAF项目超导二极磁铁样机测试低温阀箱的设计

强流重离子加速器装置(HIAF)二极磁铁样机要在流量、温度均可调节的低温环境中进行试验,研制满足试验要求的阀箱是保证低温真空试验环境的关键。设计的阀箱系统在满足二极磁铁样机降温的同时还具备实现磁体温度在4.3K—8K的范围内调节、对高温电流引线进行冷却的功能。液氦管路系统自身带有一定压力,阀箱内部配有一台液氦换热器用于满足试验温度要求。通过理论计算得出,该阀箱液氦过冷换热器需盘管20m,80K—4K总漏热为6.105W,满足设计要求;通过有限元分析得出,阀箱外壳最大变形在上法兰中心处,约为0.533mm,外壳应力也满足强度要求,冷屏温度主要分布于77.3K—77.8K之间,整体温度均匀性良好。     

燃烧室冷却通道液态甲烷两相充填过程数值模拟

液氧甲烷发动机启动过程中,相比管路充填,液态甲烷充填燃烧室冷却通道存在更加剧烈的非稳态换热和相变过程。通过追踪充填界面,建立一维分相集总参数充填模型,采用满足扩散条件的相变模型和界面换热模型计算低温推进剂两相非稳态传质传热过程。基于燃烧室冷却通道挤压试验系统建立了仿真计算模型,进行了甲烷两相充填过程仿真计算。燃烧室喷注器前腔压力在充填过程中形成类似水击的压力峰,压力峰值为3.5 MPa。仿真结果与甲烷充填燃烧室冷却通道试验结果一致。通过降低冷却通道初始壁面温度和降低甲烷入口初始温度均能有效降低压力峰值。     

低温输送系统的CO_2冷凝真空绝热方案研究

采用在真空夹层中充注纯度不高的一般工业用 CO2 的方法 ,来研究不同充注压力及不同绝热层材料下低温输送管路中的 CO2 冷凝真空绝热问题 ;分析了 CO2 纯度对绝热层真空度的影响。测量并计算了管路内充满液氮后真空绝热层的真空度、真空绝热层外壁壁温和绝热层的表观导热率。结果表明 ,在低真空绝热夹层中充注工业用 CO2 后 ,得到的真空绝热层绝热效果良好 ,能够满足一般的低温输送管路需求。     

基于线性摩擦模型的水力机械测压管路特性

针对水力机组压力及压力脉动监测过程中传感器示值不能真实反映流道内真实情况的问题,模拟电路理论对测压管路进行建模,获得了测压管路末端与实际测点始端位置处的传递函数。在此基础上,采用线性摩擦模型对参数进行计算,研究了不同管路长度、不同管路半径情况下的测压管路的频率幅值响应特性,研究结果表明:目前水力机械长测压管路对实际测点的压力具有明显的放大效应;随着管长的增大,特征频率的阶数明显增多;一阶临界频率与管长成反比例关系;测压管路内径不影响频率幅值响应关系。研究结果为测压管路的设计提供了指导,解释了目前调保计算验证时测量值误差大的原因。     

凹形液氮管道排空过程分析

低温液体的管路排空为低温工程界常见问题,对安全产生重要影响。为了解低温液体管路排空过程,文中使用常温的氮气对充满液氮的管道进行吹除排空。采用流体力学与两相流的理论计算得到液氮排空过程的参数变化,并分析了不同的氮气温度、流量对液氮排空的影响。结果表明,对于复杂管路建议采用较大质量流量以及较高温度的气源进行低温液体的排空。