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基于Q-POD的脉动背压下压气机流场特性

内燃机学报 2024年第4期42卷 334-342页

作者：陈雪康施新胡晨星北京理工大学机械与车辆学院北京100081

针对一台自由活塞发动机(FPEG)匹配的电动压气机,研究了脉动背压条件下压气机的瞬态特性,并将脉动背压和稳定背压工况进行对比,揭示了压气机内部不同形成机理的非定常特征.采用四重本征正交模态分解(Q-POD)法,对压气机非定常流场进行了... 详细信息

针对一台自由活塞发动机(FPEG)匹配的电动压气机,研究了脉动背压条件下压气机的瞬态特性,并将脉动背压和稳定背压工况进行对比,揭示了压气机内部不同形成机理的非定常特征.采用四重本征正交模态分解(Q-POD)法,对压气机非定常流场进行了降阶重构.基于局部熵产率,对分解后的四重流场结构逐一分析,量化并定位了压气机非定常流动中的不可逆损失.结果表明:有/无脉动背压的熵产差异在叶轮中接近17%,在压壳中仅为1%.叶轮中的大尺度结构扰动耗散熵产占主导,扩压器中直接湍流耗散熵产占比超过92%.脉动背压通过改变压气机中大尺度相干结构进而影响瞬时流场结构.大尺度涡结构在环形通道内周向发展是造成扩压器中不可逆损失的主要因素.

关键词：压气机脉动背压四重本征正交模态分解不可逆损失熵产

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进气增压对自由活塞内燃发电机性能影响

北京理工大学学报 2023年第9期43卷 933-941页

作者：施新陈雪康胡晨星北京理工大学机械与车辆学院北京100081

采用增压技术可以提高现有自由活塞内燃发电机功率密度.文中针对一台自由活塞内燃发电机,建立了其一维仿真模型并根据试验数据进行了校核.通过模拟增压方式研究了进排气压力、配气相位、进排气管几何尺寸等参数对其性能的影响.设计了电... 详细信息

采用增压技术可以提高现有自由活塞内燃发电机功率密度.文中针对一台自由活塞内燃发电机,建立了其一维仿真模型并根据试验数据进行了校核.通过模拟增压方式研究了进排气压力、配气相位、进排气管几何尺寸等参数对其性能的影响.设计了电动增压方案并确定了匹配参数,依据此选型了一台电动压气机.研究结果表明:当进气压力超过0.18 Mpa时,自由活塞内燃发电机有效功率超过了10 kW,给气比需保持1.3左右,扫气效率接近90%.此时扫气口需提前约0.74 ms开启,进气管容积也需适当扩大以此来保证充足的进气量和良好的换气品质.匹配结果表明在额定运行频率时自由活塞内燃发电机流通特性线穿过压气机高效区,设计点工况压气机效率超过73%.

关键词：自由活塞内燃发电机二冲程进气压力电动压气机增压匹配

Wells透平失速特性及微圆柱流动控制研究

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工程热物理学报 2023年第2期44卷 358-367页

作者：耿开贺胡晨星施新杨策北京理工大学机械与车辆学院北京100081

振荡水柱装置作为海浪能转换的重要手段,其转换能力受Wells透平失速特性的限制。本文以带有NACA 0015叶型的单排Wells透平为研究对象,讨论了叶片前缘展向微圆柱参数在稳定入流下对透平性能的影响,揭示了微圆柱对透平失速特性和损失的作... 详细信息

振荡水柱装置作为海浪能转换的重要手段,其转换能力受Wells透平失速特性的限制。本文以带有NACA 0015叶型的单排Wells透平为研究对象,讨论了叶片前缘展向微圆柱参数在稳定入流下对透平性能的影响,揭示了微圆柱对透平失速特性和损失的作用机制。结果表明,微圆柱的尾迹增强了转子吸力面侧边界层内湍流强度和动量混合,有效地抑制了尾缘轮毂附近的初始分离。同时,叶顶间隙泄漏涡强度减小,削弱了叶顶泄漏流与吸力面侧流动的相互作用。随着圆柱半径增大,其尾迹涡涡量增大,能够进一步抑制流动分离,但圆柱尾迹耗散损失增大,导致透平效率进一步降低。当圆柱距前缘为10%C (叶片弦长),圆柱半径为1%C时,峰值扭矩系数提高26.57%,对应流量系数增大19.15%。

关键词： Wells透平波浪能微圆柱振荡水柱装置

SCO_(2)离心压气机非定常凝结特性及DMD分析

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工程热物理学报 2023年第3期44卷 623-633页

作者：包文瑞杨策符丽胡晨星北京理工大学机械与车辆学院北京100081

本文采用雷诺平均Navier-Stoke方程对离心压气机进行了非定常数值模拟,获得了叶轮内凝结的非定常演化过程。结果表明,受蜗壳非对称结构影响,在一个叶轮旋转周期内叶片前缘压力面凝结区出现了三角形分布。与叶顶间隙内凝结相关的高能量... 详细信息

本文采用雷诺平均Navier-Stoke方程对离心压气机进行了非定常数值模拟,获得了叶轮内凝结的非定常演化过程。结果表明,受蜗壳非对称结构影响,在一个叶轮旋转周期内叶片前缘压力面凝结区出现了三角形分布。与叶顶间隙内凝结相关的高能量比模态主要有:平均流动模态、与叶频(BPF)相关的三种模态(0.5BPF,1.0BPF,1.5BPF)。低静压条带LP1引起了这四种模态的局部扰动,模态扰动区与凝结区位置对应,进而从流场结构表明低静压条带LP1对叶顶间隙内凝结的影响。

关键词：超临界二氧化碳离心压气机 DMD 非定常凝结

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离心压气机突尖失速预测与模态识别方法

工程热物理学报 2022年第3期43卷 669-678页

作者：符丽杨策胡晨星耿开贺北京理工大学机械与车辆学院北京100081

本文以带有蜗壳的离心压气机为研究对象,首先采用压缩动态模态分解方法对叶轮失速扰动结构进行提取和分析;其次,基于线性稳定性理论,建立叶轮入口z–θ圆柱面的二维稳定性分析方法,对失速诱发的流动失稳扰动传播进行研究。结果表明,由... 详细信息

本文以带有蜗壳的离心压气机为研究对象,首先采用压缩动态模态分解方法对叶轮失速扰动结构进行提取和分析;其次,基于线性稳定性理论,建立叶轮入口z–θ圆柱面的二维稳定性分析方法,对失速诱发的流动失稳扰动传播进行研究。结果表明,由叶片前缘溢流引起的失速扰动可以分解为四种形式:基本流场扰动、叶频和转频引起的扰动、压气机在失速先兆稳定运行产生的周期性扰动以及在扰动初始位置原地振荡的扰动结构,且其振荡频率约为转频的40%。而叶片前缘形成的失速扰动传播分为两部分:一是向叶轮上游的逆向传播;二是在向叶轮上游传播的过程中,受主流的影响同时传向叶片前缘的二次传播。而扰动的两部分传播会在叶轮上游以形成一个不稳定的三角区域。

关键词：离心压气机失速预测流动稳定性模态分解

SCO_(2)再压缩循环的非设计性能及控制策略研究

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工程热物理学报 2023年第12期44卷 3213-3219页

作者：杜亚东杨策余志毅张涵之胡晨星北京理工大学机械与车辆学院北京100081

SCO_(2)循环的部件性能随系统负载降低会发生显著变化。因此,本文首先建立了10 MW输出功率的SCO_(2)再压缩循环。然后分别在库存控制和涡轮旁通控制下研究了系统的非设计性能。结果表明,当系统负载减小到10%时,库存控制的热效率降至21.0... 详细信息

SCO_(2)循环的部件性能随系统负载降低会发生显著变化。因此,本文首先建立了10 MW输出功率的SCO_(2)再压缩循环。然后分别在库存控制和涡轮旁通控制下研究了系统的非设计性能。结果表明,当系统负载减小到10%时,库存控制的热效率降至21.04%,再压气机趋向失速;涡轮旁通控制的热效率至13.56%,压气机发生堵塞。基于此,提出了库存–旁通混合控制策略。该混合策略的使用改善了两单一策略下的压气机运行状态,且系统性能介于两单一策略的之间。

关键词： SCO_(2)再压缩循环负载降低非设计控制策略压气机性能

大侧基链接剂制备嵌段磺化聚芳醚砜质子交换膜及其性能研究

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高分子学报 2023年第4期54卷 496-508页

作者：胡晨星陈星吴芹史大昕张耀远黎汉生陈康成北京理工大学化学与化工学院北京102488

以含苯侧基的对二(苯羰基四氟苯)为链接剂,以4,4’-二氟二苯砜分别与4,4’-二羟基二苯砜和4,4’-联苯二酚作为疏水和亲水嵌段前体,合成一系列高分子量的有序和无序的嵌段磺化聚芳醚砜(SPAES).1H-NMR显示所制备的嵌段型SPAES的磺化位点... 详细信息

以含苯侧基的对二(苯羰基四氟苯)为链接剂,以4,4’-二氟二苯砜分别与4,4’-二羟基二苯砜和4,4’-联苯二酚作为疏水和亲水嵌段前体,合成一系列高分子量的有序和无序的嵌段磺化聚芳醚砜(SPAES).1H-NMR显示所制备的嵌段型SPAES的磺化位点和预测的一致,且离子交换容量(IEC)的滴定值是理论值的95%以上,说明磺化位置和磺化度精确可控.SPAES质子交换膜的杨氏模量、拉伸应力和断裂伸长率高达1.92 GPa、75 MPa和58%.TGA结果表明嵌段SPAES具有两段失重,分别对应320℃左右磺化基团脱出,以及500℃以上聚合物骨架分解.相似IEC,具有苯环大侧基链接剂的SPAES的吸水率随温度变化要明显小于无链接剂SPAES,在膜面方向尺寸变化率两者相当,均为8%左右.具有相似IEC的有链接剂的有序嵌段型SPAES,如MB9(IEC=1.68 mmol·g^(-1))的质子传导率为无链接剂嵌段型SPAES B2(IEC=1.70 mmol·g^(-1))的1.2倍以上.这是由于链接剂苯环侧链结构使得膜内自由体积增加有利于质子传导.同样,有序嵌段型SPAES PEM的质子传导率高于相同IEC的无序嵌段型.

关键词：磺化聚芳醚砜链接剂质子交换膜后磺化法可控磺化度

采用不同黏性处理方法的宽无叶扩压器不稳定流动研究

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力学学报 2019年第6期51卷 1775-1784页

作者：胡晨星杨策北京理工大学机械与车辆学院

径向无叶扩压器的全局稳定性可能受到核心主流失稳,出口回流与壁面边界层分离等因素影响,对于宽无叶扩压器,无黏核心主流与壁面边界层流动对不稳定扰动诱发的作用机理是当前研究的重点.本文首先通过数值计算获得了大宽度比孤立无叶扩压... 详细信息

径向无叶扩压器的全局稳定性可能受到核心主流失稳,出口回流与壁面边界层分离等因素影响,对于宽无叶扩压器,无黏核心主流与壁面边界层流动对不稳定扰动诱发的作用机理是当前研究的重点.本文首先通过数值计算获得了大宽度比孤立无叶扩压器平均流动,然后基于小扰动理论和周向均质假设,分别对欧拉方程与Navier-Stokes方程进行线性化,建立了基于无黏核心流动的稳定性分析方法,以及基于涡黏性与分子黏性的混合稳定性分析方法;通过与实验结果的对比,验证了混合稳定性分析方法预测所得流动失稳频率和全局直接模态的准确性;最后基于伴随方法获得了特征值的结构敏感性,揭示了不同黏性处理条件下宽无叶扩压器内全局不失稳扰动的源发区域.在只考虑核心主流的无黏条件下,宽无叶扩压器内流动不稳定扰动来源于流场中部,为二维的离心失稳;在同时考虑核心主流与边界层的作用时,宽无叶扩压器不稳定扰动不仅来源于扩压器流场中部的核心主流,壁面回流对于不稳定扰动的产生了重要影响.

关键词：宽无叶扩压器不稳定流动特征值敏感性分析

周向非均匀人流/出流条件下无叶扩压器敏感性分析

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工程热物理学报 2020年第1期41卷 68-76页

作者：胡晨星杨策北京理工大学机械与车辆学院

不稳定流动是高速离心压缩机内部流动的本质特征,其诱发机制往往受到关键结构参数与边界处流动条件的影响.本文以带有无叶扩压器的离心压缩机为研究对象,基于线性的全局稳定性理论,同时考虑涡黏性与分子黏性的作用,建立了基于无叶扩压... 详细信息

不稳定流动是高速离心压缩机内部流动的本质特征,其诱发机制往往受到关键结构参数与边界处流动条件的影响.本文以带有无叶扩压器的离心压缩机为研究对象,基于线性的全局稳定性理论,同时考虑涡黏性与分子黏性的作用,建立了基于无叶扩压器r-θ平面的二维稳定性分析方法,获得了流动失稳的直接全局模态;然后基于伴随方法获得了对应最不稳定特征值的伴随全局模态,结合直接与伴随模态构建了流场特征值的结构敏感性。最后考虑了射流-尾流流动结构,以及蜗壳非对称几何结构的影响,分别对周向非均匀入流/出流条件下的无叶扩压器流动进行了稳定性与敏感性分析。分析结果表明机匣侧出口回流对无叶扩压器全局稳定性具有关键作用;在无蜗壳时,射流-尾流结构对于全局稳定性的影响主要体现在失速团个数,而对失稳机理的影响较小;蜗壳的非对称结构导致流场重新分布,在距离蜗舌顺时针90°~135°位置出口壁面回流与入口回流相互作用,是诱发失稳扰动产生的主要因素。

关键词：无叶扩压器流动稳定性结构敏感性蜗壳