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变截面半圆通道内超临界二氧化碳热工水力性能研究

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热力发电 2024年第4期53卷 43-52页

作者：彭斌孙振豪朱兵国施佳宝张朋成兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

建立了不同半圆通道的数学和物理模型,并通过与实验数据的比较,验证了所建立模型的准确性。研究了超临界二氧化碳(S-CO_(2))在等截面半圆通道、渐扩型和渐缩型通道内的热工水力换热性能,并分析了不同通道和压力对S-CO_(2)在变截面半圆... 详细信息

建立了不同半圆通道的数学和物理模型,并通过与实验数据的比较,验证了所建立模型的准确性。研究了超临界二氧化碳(S-CO_(2))在等截面半圆通道、渐扩型和渐缩型通道内的热工水力换热性能,并分析了不同通道和压力对S-CO_(2)在变截面半圆通道内的热工水力性能的影响。结果表明:相较于均匀截面半圆通道,渐扩型通道恶化传热,渐缩型通道强化传热;入口和出口半径比为1.0:0.5的渐缩型半圆通道的总体换热系数最大提升了39.93%,流动传热综合性能评价因子PEC最大为1.346;当压力越靠近临界压力或热通量较低时,传热性能越高。最后,从场协同性和湍动能分布的角度解释了渐缩型变截面通道强化传热的原因。研究结果可为S-CO_(2)循环系统冷却器的设计与优化提供新的思路和理论指导。

关键词：超临界二氧化碳渐扩型通道渐缩型通道传热强化湍流场协同

环糊精超交联聚合物纤维顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法分析植物油中的邻苯二甲酸酯

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色谱 2024年

作者：张朋成王媛刘坤玲孙亚明何丽君赵文杰 1.河南工业大学化学化工学院 2.宁夏计量质量检验检测科学研究院

邻苯二甲酸酯（PAEs）因其具有改善塑料柔软性和柔韧性的特性而被作为增塑剂广泛应用于各种食品包装材料,然而,其对人类健康的重大危害使得建立准确的分析方法显得至关重要。为了解决油性基质样品前处理费时费力的问题,我们开发了一种... 详细信息

邻苯二甲酸酯（PAEs）因其具有改善塑料柔软性和柔韧性的特性而被作为增塑剂广泛应用于各种食品包装材料,然而,其对人类健康的重大危害使得建立准确的分析方法显得至关重要。为了解决油性基质样品前处理费时费力的问题,我们开发了一种基于顶空固相微萃取（HS-SPME）结合气相色谱-质谱（GC-MS）检测的分析方法,用于快速检测植物油基质中的12种PAEs。将苄基化环糊精超交联聚合物（BnCD-HCP）涂敷在不锈钢纤维上制备了一种具有较大比表面积、良好稳定性好和较高重复性的固相微萃取探针,并对其结构、形貌进行了表征。将油脂样品以甲醇改性后以该探针顶空萃取PAEs,优化得到如下最佳萃取参数:萃取时间20 min,萃取温度50℃,解吸时间4 min,解吸温度275℃。在优化的分析条件下,12种目标PAEs在线性范围内具有良好的线性关系(相关系数（R2）均大于0.99),检出限和定量限分别为0.21～3.74μg/kg和0.69～12.34μg/kg,单针的相对标准偏差（RSD）≤11.4%,针间RSD≤13.9%。将此方法应用于大豆油、花生油和葵花油样品中PAEs的检测,加标试验结果表明该方法具有良好的精密度（RSD为1.17%～11.73）和回收率（72.49%～124.43%）。该研究建立的基于BnCD-HCP的HS-SPME方法不需要溶剂萃取和净化等繁琐操作,具有快速、灵敏、准确、环保等优点,为植物油中PAEs的灵敏筛检提供了新的方法和技术。

关键词：环糊精超交联聚合物顶空固相微萃取气相色谱-质谱邻苯二甲酸酯植物油

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变截面涡旋膨胀机几何模型分析

上海交通大学学报 2023年第3期57卷 309-315页

作者：张朋成彭斌马捷兰州理工大学机电工程学院兰州730050

提出一种由不同基圆半径的圆渐开线组成的新型变截面涡旋膨胀机,论述型线的生成方法,给出型线的一般方程,建立一系列圆渐开线变截面涡旋膨胀机的几何模型,并分析控制系数对变截面涡旋膨胀机容积变化的影响.构建传统等截面、变截面涡旋... 详细信息

提出一种由不同基圆半径的圆渐开线组成的新型变截面涡旋膨胀机,论述型线的生成方法,给出型线的一般方程,建立一系列圆渐开线变截面涡旋膨胀机的几何模型,并分析控制系数对变截面涡旋膨胀机容积变化的影响.构建传统等截面、变截面涡旋膨胀机的几何模型,对比分析几何模型的优劣.结果表明:提出的新型变截面涡旋膨胀机模型不但具有传统变截面模型的优点,而且可以大幅度减少计算量,并在一定程度上丰富了变截面涡旋膨胀机的种类,为开发高性能的涡旋膨胀机提供借鉴.

关键词：圆渐开线涡旋膨胀机变截面几何模型控制系数

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基于圆渐开线建立变截面涡旋齿的方法与理论

吉林大学学报（工学版） 2022年第4期52卷 789-798页

作者：张朋成彭斌张宇波兰州理工大学机电工程学院兰州730050

根据圆渐开线的性质,提出一种由不同圆渐开线组合的新型变截面涡旋齿的建立方法。详细论述了型线的生成方法,阐述了建立基线的基本条件,推导出型线的一般方程,给出2种计算容积的方法,讨论正确生成内、外壁型线的控制变量取值范围。根据... 详细信息

根据圆渐开线的性质,提出一种由不同圆渐开线组合的新型变截面涡旋齿的建立方法。详细论述了型线的生成方法,阐述了建立基线的基本条件,推导出型线的一般方程,给出2种计算容积的方法,讨论正确生成内、外壁型线的控制变量取值范围。根据不同要求可快速建立一系列圆渐开线变截面涡旋齿的几何模型,为变截面涡旋齿型线的研究拓宽了思路。研究结果表明:相比传统的变截面涡旋齿几何模型的建立方法,提出的新型变截面涡旋齿的建立方法不但具有传统变截面涡旋齿的优点,而且减少了建立变截面涡旋齿的计算量,在一定程度上降低了变截面涡旋齿的加工难度,扩大了变截面涡旋压缩机或膨胀机的实际应用。

关键词：机械设计圆渐开线涡旋齿变截面几何模型涡旋压缩机涡旋膨胀机

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一种由代数螺线构成的变截面涡旋机械

华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第5期49卷 56-61页

作者：张朋成彭斌马捷兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

通过将渐变壁厚涡旋模型和变截面涡旋模型相结合,尝试建立一种兼顾两者优点的变截面涡旋模型.给出不同极径的代数螺线相互替代的充要条件,阐述建立基线的基本条件,论述型线的生成方法,推导出型线的一般方程,建立一种由代数螺线组成的新... 详细信息

通过将渐变壁厚涡旋模型和变截面涡旋模型相结合,尝试建立一种兼顾两者优点的变截面涡旋模型.给出不同极径的代数螺线相互替代的充要条件,阐述建立基线的基本条件,论述型线的生成方法,推导出型线的一般方程,建立一种由代数螺线组成的新型变截面涡旋机械.给出建立几何模型的快捷方法,根据不同的要求可以快速建立一系列代数螺线变截面涡旋模型,减少建立变截面涡旋模型的计算量.研究结果表明:在相同极径、终端展角、偏心距和齿高的情况下,新型代数螺线变截面涡旋模型的排气量比圆渐开线等壁厚涡旋模型提高了21%,且以较少圈数即可实现高压缩比.

关键词：涡旋机械代数螺线变截面涡旋型线涡旋压缩机涡旋膨胀机

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圆渐开线变截面涡旋压缩机几何性能综合分析

机械工程学报 2020年第23期56卷 118-128页

作者：张朋成彭斌张宇波兰州理工大学机电工程学院兰州730050

提出一种由不同基圆半径的圆渐开线组成的新型变截面涡旋压缩机型线,组成形式为圆渐开线Ⅰ+圆渐开线Ⅱ+圆渐开线Ⅰ。论述型线的生成方法,给出型线的一般方程,建立一系列圆渐开线变截面涡旋压缩机的几何模型。针对建立的几何模型,分析控... 详细信息

提出一种由不同基圆半径的圆渐开线组成的新型变截面涡旋压缩机型线,组成形式为圆渐开线Ⅰ+圆渐开线Ⅱ+圆渐开线Ⅰ。论述型线的生成方法,给出型线的一般方程,建立一系列圆渐开线变截面涡旋压缩机的几何模型。针对建立的几何模型,分析控制系数θ、φ^(*)、R_(or)对变截面涡旋压缩机几何性能的影响。以圆渐开线Ⅰ为基础,构建圆渐开线Ⅰ+高次曲线+圆渐开线Ⅰ的变截面涡旋压缩机的几何模型,综合分析两类变截面涡旋压缩机的几何性能。结果表明:θ取中值θ_(M),φ^(*)取φ_(end)-2(n_(1)+1)π,控制系数R_(or)取较大值,对应的几何性能较优。高次曲线变截面涡旋压缩机与中值θ_(M)对应的圆渐开线变截面涡旋压缩机相似,可相互替代。

关键词：圆渐开线涡旋压缩机变截面几何模型控制系数

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三涡圈涡旋压缩机的性能研究

机床与液压 2022年第7期50卷 107-110页

作者：彭斌尹贝张朋成张有彪张宇波兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

由型线方程建立三涡圈涡旋压缩机涡旋齿的几何模型,利用积分法计算得到三涡圈涡旋压缩机工作腔容积随主轴转角的变化规律,并对其工作过程进行分析,得出6个工作腔分别以π/3为周期依次完成吸气、压缩以及排气过程。给出三涡圈涡旋压缩机... 详细信息

由型线方程建立三涡圈涡旋压缩机涡旋齿的几何模型,利用积分法计算得到三涡圈涡旋压缩机工作腔容积随主轴转角的变化规律,并对其工作过程进行分析,得出6个工作腔分别以π/3为周期依次完成吸气、压缩以及排气过程。给出三涡圈涡旋压缩机压缩过程中容积腔内压力的计算方法,在此基础上对比分析单涡圈、双涡圈以及三涡圈涡旋压缩机的工作腔容积特性、工作腔内压力的变化规律以及排气孔面积的变化规律,得出三涡圈涡旋压缩机的排气更加稳定,更适用于低压比场合。

关键词：三涡圈涡旋压缩机容积腔容积容积腔压力排气孔面积

有机朗肯循环无油涡旋膨胀机热力学特性研究及试验验证

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热力发电 2023年第8期52卷 60-69页

作者：彭斌杨宝坤巩楷刚张朋成徐建伟刘慧鑫兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730000

为详细研究无油涡旋膨胀机的热力学特性,基于热力学第一定律、能量和质量平衡方程建立了泄漏模型和热力学模型,并进一步改变不同的工况参数来研究涡旋膨胀机泄漏量的变化情况。在综合考虑传热与泄漏对热力学模型的影响下,采用欧拉法对... 详细信息

为详细研究无油涡旋膨胀机的热力学特性,基于热力学第一定律、能量和质量平衡方程建立了泄漏模型和热力学模型,并进一步改变不同的工况参数来研究涡旋膨胀机泄漏量的变化情况。在综合考虑传热与泄漏对热力学模型的影响下,采用欧拉法对建立的热力学模型进行求解,得到并分析了涡旋膨胀机在运行1个周期内工质的压力、温度、质量随主轴转角变化情况。最后,通过搭建试验平台,对所建立的涡旋膨胀机热力学模型进行试验验证,并为涡旋膨胀机的性能分析提供一定的借鉴作用。

关键词：有机朗肯循环无油涡旋膨胀机泄漏模型热力学模型试验验证

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变截面涡旋膨胀机的性能研究

变截面涡旋膨胀机的性能研究

作者：张朋成兰州理工大学

学位级别：硕士

涡旋膨胀机是有机朗肯循环(ORC)的关键设备,膨胀机性能的好坏对整个系统有着决定性的影响。变截面涡旋膨胀机结构特殊,且在工作过程中介质状态的变化更为复杂。因此定量化分析研究变截面涡旋膨胀机的性能就显得尤为重要。本文以变截面... 详细信息

涡旋膨胀机是有机朗肯循环(ORC)的关键设备,膨胀机性能的好坏对整个系统有着决定性的影响。变截面涡旋膨胀机结构特殊,且在工作过程中介质状态的变化更为复杂。因此定量化分析研究变截面涡旋膨胀机的性能就显得尤为重要。本文以变截面涡旋膨胀机为研究对象,构建整机综合数学模型,包含几何模型、泄露模型、传热模型和力学模型,运用Matlab和Fortran软件实现了变截面涡旋膨胀机整机性能的分析模拟,具体研究工作如下:(1)变截面涡旋基线由圆渐开线(40)、高次曲线和圆渐开线(40)(40)构成,齿头修正采用双圆弧加过渡直线的方法。根据涡旋齿面连续啮合基本原理和曲面共轭接触条件以及变截面涡旋齿基线的构建方法,推导出了变截面涡旋膨胀机的型线方程,详细论述了变截面涡旋膨胀机工作过程(吸气、膨胀、排气)中容积变化的计算方法,给出了完整的计算公式并建立了相关的几何模型,对比研究了不同条件下变截面和等截面涡旋膨胀机的容积变化。(2)建立了变截面涡旋膨胀机的泄露模型,并比较分析了变截面和等截面涡旋膨胀机的泄露线长度变化;分析研究了变截面涡旋膨胀机动涡旋盘的气体力变化,给出了输出功率的计算方法。构建了变截面涡旋膨胀机的热力学模型,并分析计算了工作腔内介质压力、质量等参数随主轴转角的变化。(3)根据建立的数学模型,详细分析了泄露、传热等对变截面涡旋膨胀机性能的影响。采用研制开发的变截面涡旋膨胀机搭建了测试平台,对不同进气压力下的排量和发电功率进行了测试,结果表明,构建的数学模型能够准确描述变截面涡旋膨胀机的吸气、膨胀及排气全过程,验证了模型的正确性。

关键词：变截面涡旋膨胀机数学模型热力学模型泄露传热性能