离心式冷压缩机设计及液氮低温实验

在大型氦制冷装置中,通过离心式冷压缩机来获得过冷氦和超流氦在国际上已经成为了主流趋势。为了改善EAST系统现有的过冷氦系统,等离子体物理研究所设计了冷压缩机来替代油环泵系统。介绍了离心式冷压缩机的叶轮设计,以及在低温环境下的特殊的绝热结构,并针对自主设计加工的冷压机,在液氮温度下进行了低温测试,获得离心式冷压缩机的喘振曲线。     

离心式涡轮冷压缩机叶轮的研究

对于大型氦低温系统,采用多级离心式涡轮冷压缩机在低温低压下对饱和液氦槽减压操作,获得过冷氦,是目前国际上一种比较通用的方法。文章介绍了离心式涡轮冷压缩机的国外应用情况。根据中科院等离子体物理研究所EAST超导托卡马克氦低温系统当中过冷槽的设计制冷量,进行冷压机叶轮设计,并对模型进行CFD数值模拟计算。     

冷压缩机叶顶间隙形态对气动性能的影响

冷压缩机是大冷量超流氦低温系统的关键设备.通过数值计算与实验相结合的方法,探究了低温下氦工质冷压缩机叶顶间隙变化对其性能的影响规律.结果表明:增大间隙导致压缩机压比和效率的降低,两者呈线性关系;相比前缘间隙,尾缘间隙对气动性能影响更大;增大叶顶间隙,机匣面回流区域增大且向流道前缘移动,对质量流量进行补充,喘振点向质量流...     

低温过冷测试平台冷压缩机性能的测试研究

冷压缩机具有工作温度低、尺寸小、功耗低、便于操控等特点,是大型过冷氦低温系统中的关键设备。对低温过冷测试平台的冷压缩机进行测试,方法为采用两台串联的冷压缩机在低温低压下直接抽吸饱和液氦容器,液氦容器内装有电加热器用以模拟超导磁体的热负荷,并调节氦气蒸发速率。测试表明,冷压缩机的稳定工作参数接近设计值,运行过程中冷压缩机始终保持安全运行,未出现喘振情况,液氦容器温度和压力分别达到3 K、22 kPa,满足设计要求。     

国产优化300／600MW汽轮机通流部分气动设计──第一部分：设计体系与通流设计特点

本文介绍了用于大功率汽轮机通流部分气动设计的准三维／全三维设计体系。使用该设计体系把复合倾斜叶片、可控涡流型等先进的汽轮机气动设计思想，成功地应用到了３００／６００ＭＷ汽轮机的改型设计中，以期较大程度地改进机组的热力性能。     

冷压缩机温度场仿真及其冷却参数优化分析

为明确冷压缩机整机温度场分布,寻求最优冷却设计参数,本文以理化所自主研制的冷压缩机为背景,对冷压缩机进行传热与温度场分布分析。基于流体力学与传热学基本理论建立了涵盖整个冷压缩机的物理模型进行仿真计算。在此基础上,通过CCD(中心组合设计)采样,结合最小二乘法构建系统温度场等各变量的二阶响应面近似模型。随后以向叶轮传热最小与转子焊缝处平均温度最高为优化目标,采用多目标遗传算法对整机冷却参数进行优化,探求最优Pareto解组合方案。研究结果表明:冷压缩机内部负压氦气流场复杂,转子散热能力较差,冷却参数对冷压机温度场分布影响较大。优化得到冷压缩机最优冷却参数,并发现铜热锚结构有较大优化空间,为以后冷压缩机设计加工提供必要依据。     

冷压缩机转子的优化设计

冷压缩机作为液氦/超流氦低温制冷系统的核心部件之一,为了保证其运行的安全性和高效率,冷压缩机转子设计要能同时满足转子运行速度高、隔热效果好的要求,在转子设计时既要考虑转子动力学特性,又要考虑转子隔热效果。基于大型有限元分析软件ANSYS,分析了不同结构下的冷压缩机转子的临界转速,使设计额定转速工作在一阶弯曲临界转速以下,且留有一定裕量;为减小计算复杂程度,采用了热阻分析方法。将动力学仿真和热阻分析综合考虑,结果表明,通过在转子中设计局部中空薄壁结构并选择合适的尺寸,可得到优化的转子结构。     

He冷偏滤器靶板的热应力分析和优化结构设计

采用有限元计算程序COSMOS/M-HSTAR对氦冷复合偏滤器靶板的温度和应力分布进行了分析，对靶板结构作了初步的优化设计。最后得到了较好的温度分布和基本合理的应力分布。     

制冷系统中双转子压缩机建模与性能分析

双转子压缩机主要用于热泵制冷系统中,该系统以CO2作为制冷剂,具有无毒、不易燃等特点,但是CO2体系制冷效能较低.为了提高制冷效能,有必要对双转子压缩机进行建模和分析.主要对CO2压缩机的工作过程进行了建模和分析,并编制仿真分析程序,对双转子压缩机模型第一、二级内部压力进行了连续测量,给出了详细的性能分析结果,给出了双...     

脂润滑混合陶瓷轴承在冷压缩机中的应用分析

目前冷压缩机在超流氦系统中得到广泛应用,作为冷压缩机的关键部件,轴承对冷压缩机的稳定运行至关重要。本文介绍了各类型轴承在冷压缩机上的应用现状,通过对比,阐述了混合陶瓷轴承的特点及在冷压缩机中的应用前景。简要分析了混合陶瓷轴承的脂润滑技术,并以冷压缩机实际工况为参考,进行了不同润滑脂的挥发试验。根据试验结果进行了分析,同时对润滑脂选型、轴承中实际填充量以及对系统的挥发污染进行了计算评估,进一步确证了脂润滑混合陶瓷轴承应用于冷压缩机的可行性。     

TBM子模块冷却剂流量分析及结构改进设计

采用计算流体软件FLUENT对国际热核聚变实验堆(ITER)实验包层模块(TBM)的子模块冷却剂流量分配进行三维数值模拟。结果表明,原有子模块冷却管道内氦气流量分配具有严重的不均匀性,导致冷却剂传热效率降低。为此,在对冷却剂流量进行三维数值模拟的基础上对相应的结构做了合理的改进设计,保证了实验包层模块及ITER的安全运行。     

时间推进通流气动设计方法的探索和分析

本文在时间推进法与风扇气动设计相结合方面进行了探索,初步形成时间推进通流气动设计方法及相应设计程序。该方法根本上克服了流线曲率法不能解决混合型方程组的困难,能适用于超音来流风扇的气动设计。采用该方法对高负荷亚音来流风扇、超音通流风扇和超音来流风扇进行气动设计,证实了该方法相对流线曲率法具有很大的优越性。     

冻干机冷阱室内流场数值模拟与分析

分析了冻干机冷阱的工作特点和要求,建立冷阱室的物理模型和冷阱室内流体流动的控制方程;采用F luent模拟软件对冷阱室内的气流组织进行了模拟分析。通过比较分析采用导流板和不采用导流板的冷阱室内的气流组织,得到采用导流板能有效的改善室内的气流组织,使室内的流场趋于均匀。     

超临界二氧化碳循环离心压缩机性能与流场分析

压缩机是超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环的核心部件之一。本文以多级回热过程的热力学分析为基础,完善适用于S-CO₂Brayton循环热力设计,为不同循环结构的压缩机选择等熵效率合理适用范围。通过对叶轮内部流场模拟,分析压缩机性能,发现本文设计的叶轮模型在转速60000 r/min时具有最高的等熵效率。存在一个最佳的进口温度和压力使叶轮内的低温低压区域最小。随着流量和转速的增加,相变或冷凝区域范围会进一步增加,为超临界二氧化碳离心压缩机内部流场数值模拟的准确性和S-CO₂循环机组中压缩机的初步设计提供参考。     

离心压缩机级的设计及三维粘性流场分析

本文给出了一由半开式离心叶轮和叶片扩压器组成的模型级的设计及其三维粘性流场分析。设计采用S_1/S_2流面迭代的准三维方法,数值分析采用对N-S时均方程求解的Euranus程序,计算中采用中心差分格式和Baldwin-Lomax代数紊流模型。文中对从喘振点到堵塞点的八个工况进行了数值模拟,分析不同工况下流场的变化规律,为模型级的优化设计打下基础。     

基于三维粘性流动分析的离心压缩机叶轮设计方法

本文尝试了一种以三维粘性分析为参考准则设计离心压缩机三元叶轮的实用方法.以角动量为控制手段对Krain实验叶轮进行了变型设计,并对Krain原始叶轮与新设计叶轮进行了三维粘性流场计算,对典型通流截面的子午速度与转子焓分布做了分析,并对三种叶轮的总体性能进行了比较。结果表明,角动量的不同分布对所设计叶轮的压比和效率有明显的影响。     

低温阀门冷态试验的稳态传热模拟与分析

利用有限元分析软件ANSYS对为控制20 K温度的氦气而设计的低温阀门在正常运行和冷态试验状态下的温度场进行模拟与分析。针对冷态试验状态下拉杆处出现冻结的问题,提出在上阀体处添加绝热层的方案,通过进一步的模拟计算预测其改进的效果。     

铜导体CFETR氦冷固态包层及屏蔽中子学设计与分析

根据铜导体CFETR设计要求,对铜导体CFETR固态包层和屏蔽进行了中子学设计与分析,提出了套管结构的氦冷固态包层设计方案。包层设计和屏蔽分析结果表明,基于套管的氦冷固态包层的氚增殖比(TBR)达到了1.25, 满足铜导体CFTER氚自持设计要求;环向场线圈绝缘层在堆寿期内不会出现显著的辐射感应电导率(RIC)与辐射引起的电气性能退化(RIED)效应。     

燃烧器四角切圆布置炉膛内非对称冷态流场的数值模拟

以燃烧器四角切圆布置的超超临界塔式锅炉炉膛内的流动换热为背景,利用Fluent软件通过数值模拟研究了一个物理和几何结构完全对称的三维炉膛内冷态流场变化情况,选用6个燃烧器喷嘴出口速度作为不同的工况来计算炉内的流场,速度变化范围为5~30 m/s,湍流模型采用雷诺应力模型。计算结果表明,随着出口气流速度的增大,流动呈现出的切圆半径越来越大;当喷嘴出口速度小于等于10 m/s时,在所用计算模型下,流体速度场呈中心对称结构,切圆中心位于中央;随着出口速度的持续增加,流场从中心对称结构逐步转变成非中心对称结构,切圆中心发生明显偏斜.数值结果表明,即使几何结构完全对称且边界物理条件也完全对称的燃烧器四角切圆布置的炉膛中的流动,仍然可能是非对称的,这是造成烟气侧热偏差的可能的原因之一。     

基于流场模拟的涡旋压缩机涡齿应力变形分析

为了更准确地计算涡旋压缩机涡旋齿的应力和变形,提出一种基于流场模拟的应力变形计算方法。通过对涡旋压缩机工作过程进行气体流动的数值模拟,得到其压力场和温度场分布。将流场分布作为载荷边界条件进行涡旋齿的受力变形计算,得到涡旋齿在气体压力、热载荷及其同时作用下的应力分布和变形规律。分析了涡旋齿的径向变形和轴向变形,讨论了不同主轴转角下的涡旋齿应力和变形,比较了动涡旋齿和静涡旋齿的变形。结果表明:在压缩结束时刻动涡旋齿的应力和变形最大,最大应力位于齿头根部,最大变形位于齿头顶部。