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预冷通道中超临界甲烷换热特性分析

化工进展 2024年第4期43卷 1690-1699页

作者：王彦红蒋雷薛帅李洪伟贾玉婷东北电力大学能源与动力工程学院吉林吉林132012

为了研究甲烷预冷器的预冷性能,本文基于Realizable k-ε湍流模型开展了预冷通道中超临界甲烷换热特性数值研究。探究了甲烷压力和预冷器结构参数对换热的影响机制。讨论了通道截面温度场和流场特征,探究了离心力及二次流对换热的影响,... 详细信息

为了研究甲烷预冷器的预冷性能,本文基于Realizable k-ε湍流模型开展了预冷通道中超临界甲烷换热特性数值研究。探究了甲烷压力和预冷器结构参数对换热的影响机制。讨论了通道截面温度场和流场特征,探究了离心力及二次流对换热的影响,分析传热过程熵产。考察了热加速对换热的影响,提出了新的热加速量纲为1因子和判别准则,综合离心力项和热加速项建立了换热关联式。结果表明:进口段热边界层低热导率引起传热恶化问题,离心力造成周向换热差别。通道截面出现较强二次流,其传热熵产显著。甲烷压力提高有利于抑制传热恶化且削弱离心力作用;预冷器外径增大会增强离心力且使传热恶化加剧。当热加速因子Ac高于8.19×10^(-7)时,热加速对传热恶化发挥作用。提出的换热关联式可以有效实现预冷通道中超临界甲烷的换热预测。

关键词：微通道超临界甲烷传热离心力熵产数值分析

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污水泵内颗粒通过性能及流动损失特性研究

流体机械 2024年第4期52卷 28-35页

作者：刘梁成倪子建刘栋范佳宁尤保健江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 上海凯泉泵业(集团)有限公司上海201804

为了研究柱状颗粒参数对污水泵内固液两相流动特性以及通过性能的影响规律,采用CFD-DEM耦合方法计算了离心泵内固液两相流动,基于熵产理论分析了不同颗粒物性条件下泵内的流动损失特性,并通过试验对其进行了验证。结果表明:柱状颗粒长... 详细信息

为了研究柱状颗粒参数对污水泵内固液两相流动特性以及通过性能的影响规律,采用CFD-DEM耦合方法计算了离心泵内固液两相流动,基于熵产理论分析了不同颗粒物性条件下泵内的流动损失特性,并通过试验对其进行了验证。结果表明:柱状颗粒长径比、体积分数和密度影响了污水泵内颗粒的通过性能以及流动损失;固相浓度从1%增大至5%,泵的扬程降低1.97 m,效率降低2.2%,颗粒通过能力逐渐降低;颗粒密度从1000 kg/m^(3)增大至2500 kg/m^(3),泵的扬程降低1.63 m,效率降低3.76%,颗粒通过能力略有增强;在各工况下,总熵产变化规律与泵性能变化规律一致,高熵产区域主要集中在叶片进口边附近,说明熵产分析能够有效反映泵内的流动损失特性。研究结果可为污水泵的优化设计提供理论依据。

关键词：污水泵柱状颗粒 CFD-DEM 通过性能熵产

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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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航空燃油离心泵高空吸油特性数值研究

推进技术 2024年

作者：李婉琦黎义斌汪波张生福陈静波李锦越兰州万里航空机电有限责任公司兰州理工大学能源与动力工程学院兰州理工大学特种泵阀及流控系统教育部重点实验室

为研究不同工作高度下航空煤油特性对燃油离心泵内部流场的影响程度，引入替代模型。基于修正的SST k-ω 湍流模型和Zwart空化模型，对比分析燃油泵吸油特性在不同介质温度和工作高度下的压力分布、速度流场、气体体积分数、涡量、熵产... 详细信息

为研究不同工作高度下航空煤油特性对燃油离心泵内部流场的影响程度，引入替代模型。基于修正的SST k-ω 湍流模型和Zwart空化模型，对比分析燃油泵吸油特性在不同介质温度和工作高度下的压力分布、速度流场、气体体积分数、涡量、熵产和压力脉动分布情况。研究结果表明，工作高度在0～8 km条件下介质温度对燃油泵吸油性能影响很小。大于8 km时，同一工作高度下，随着介质温度升高，燃油泵吸油能力减弱，导致内部机械能耗散效应增强。叶轮内部集中连贯的高强度涡量团破裂成为分散涡量片，叶轮前盖板区高熵产率分布面积变大。通过对蜗壳域进行压力脉动分析，叶轮对隔舌的干涉作用强度与介质温度呈正相关。当工作高度大于16 km时，空泡堵塞叶轮流道，导致燃油泵输出功率骤降。该研究验证了介质温度和工作高度对燃油泵吸油性能具有显著影响。

关键词：燃油离心泵高空性能涡量熵产压力脉动

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基于热力学熵镁合金疲劳裂纹扩展行为研究

太原理工大学学报 2024年

作者：雷鹏飞闫志峰贺秀丽张红霞王卓然太原工业学院机械工程系一汽解放汽车有限公司太原理工大学材料科学与工程学院

基于裂纹扩展过程中的复杂性，本文采用红外热像仪监测AZ31镁合金疲劳裂纹扩展过程温度变化，探究其热力学熵变化规律。结果表明，疲劳裂纹扩展过程中熵产表现出初期平缓下降后突然增加的变化趋势，曲线存在明显的拐点，可用作低速区和... 详细信息

基于裂纹扩展过程中的复杂性，本文采用红外热像仪监测AZ31镁合金疲劳裂纹扩展过程温度变化，探究其热力学熵变化规律。结果表明，疲劳裂纹扩展过程中熵产表现出初期平缓下降后突然增加的变化趋势，曲线存在明显的拐点，可用作低速区和高速区的临界值判断，与试验测得的拐点平均误差为7.8%，为判断疲劳裂纹扩展低、高速区临界值提供了可靠的测试方法。此外，相同循环次数下熵流与裂纹扩展速率变化趋势呈线性关系，表明采用单根熵流拟合曲线是可代替Paris公式测量疲劳裂纹扩展速率的有效参数。

关键词： AZ31B镁合金疲劳裂纹扩展熵产熵流

航空发动机篦齿流动熵产分析及系统低熵产篦齿构造

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航空动力学报 2023年第9期38卷 2107-2115页

作者：刘晓静丁水汀邱天刘传凯李果赵志高北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中国民航大学天津300300 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 中国航空研究院技术研究四部北京100012

建立篦齿熵产分析的数值模拟方法并经试验验证方法的准确性,进而揭示了台阶式篦齿的倾角、齿顶宽度、齿高、台阶高度变化下的流动熵产机理及导致熵产的主要流动特征。在此基础上最终从系统熵产视角对篦齿进行优化和特性分析。结果表明:... 详细信息

建立篦齿熵产分析的数值模拟方法并经试验验证方法的准确性,进而揭示了台阶式篦齿的倾角、齿顶宽度、齿高、台阶高度变化下的流动熵产机理及导致熵产的主要流动特征。在此基础上最终从系统熵产视角对篦齿进行优化和特性分析。结果表明:篦齿齿顶区域相对耗散强度较大,导致该区域存在的齿顶涡具有较强增阻作用,对于提升篦齿局部熵产,降低系统熵产有重要作用。通过主动构造齿顶涡(增阻涡)可以实现增强篦齿局部熵产、减小泄漏量的设计目标。优化后的台阶式篦齿结构较初始台阶齿的封严性能提升24%。

关键词：篦齿熵产增阻涡构型封严性能

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扭带结构影响管内传热与熵产的研究进展

化工进展 2022年第11期41卷 5709-5721页

作者：林清宇王祝冯振飞凌彪陈镇广西大学机械工程学院广西南宁530004 广西大学广西石化资源加工及过程强化技术重点实验室广西南宁530004

随着工业技术不断发展,传统换热管的传热方式已经无法满足高热流密度下的热量输运要求。扭带插入物是一种能够有效提高换热管传热效率的强化传热元件,以其结构简单、加工容易的特点受到了很多学者的关注和研究。管内流体的传热性能及熵... 详细信息

随着工业技术不断发展,传统换热管的传热方式已经无法满足高热流密度下的热量输运要求。扭带插入物是一种能够有效提高换热管传热效率的强化传热元件,以其结构简单、加工容易的特点受到了很多学者的关注和研究。管内流体的传热性能及熵产往往作为评价换热管性能的重要参数,因此扭带结构与流动工质对这些参数的影响成为近年来研究的重点。本文主要综述了近十年来不同结构扭带对管内传热与熵产影响的研究进展。首先,将文献中研究的扭带按照几何结构进行分类,阐述和分析了不同类型扭带对换热管的传热、熵产以及综合性能的影响,试图找出几何结构与换热管传热性能以及熵产之间的联系。其次,介绍了扭带与纳米流体复合传热技术的研究进展。最后,归纳了研究人员为达到传热性能最大化以及熵产最小化而建立的传热和熵产模型,并对模型的优缺点进行了评价。

关键词：扭带纳米流体强化传热综合性能熵产

基于熵产-涡量的水泵水轮机转轮能量损失特性

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排灌机械工程学报 2023年第6期41卷 541-548页

作者：李正贵王冬李德友李琪飞西华大学流体及机械工程省重点实验室四川成都610000 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150000 兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730000

为探究水泵水轮机组因频繁改动活动导叶开度而引起的机组不稳定运行机理,基于熵产理论与涡量理论,采用数值模拟与试验相结合的方法,针对水泵水轮机小流量、高效率和大流量这3种工况开展能量损失特性分析.结果表明:随着活动导叶开度的增... 详细信息

为探究水泵水轮机组因频繁改动活动导叶开度而引起的机组不稳定运行机理,基于熵产理论与涡量理论,采用数值模拟与试验相结合的方法,针对水泵水轮机小流量、高效率和大流量这3种工况开展能量损失特性分析.结果表明:随着活动导叶开度的增加,转轮区域总涡量值增大,高涡量值分布区域及主流区熵产率先减小后增大,壁面熵产率增大;能量损失与流态紊乱程度呈正相关,转轮区域的旋涡流、冲击、摩擦等现象是引起能量损失的重要原因.对相同工况模型进行试验,其结果与数值模拟结果类似,此研究结果为水泵水轮机的设计与效率提升提供了重要依据.

关键词：水泵水轮机涡量熵产非设计工况能量损失

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基于熵产理论的导管桨流动损失特性

中国舰船研究 2022年第2期17卷 91-97页

作者：宋科杨邦成昆明学院机电工程学院云南昆明650214 昆明理工大学建筑工程学院云南昆明650504

[目的]为了准确定位导管桨在运行时流动损失发生的位置与损失大小,从能量角度对导管桨的流动损失特性进行分析。[方法]通过求解雷诺时均N-S方程并结合熵产理论,对导管桨在不同转速与进速条件下进行三维定常模拟研究,据此对导管桨进行加... 详细信息

[目的]为了准确定位导管桨在运行时流动损失发生的位置与损失大小,从能量角度对导管桨的流动损失特性进行分析。[方法]通过求解雷诺时均N-S方程并结合熵产理论,对导管桨在不同转速与进速条件下进行三维定常模拟研究,据此对导管桨进行加装毂帽鳍的优化改进。[结果]结果表明:在相同转速下,黏性耗散熵产值随进速的增大而增大,而湍流耗散熵产值随进速的增大而减小;在相同进速下,黏性耗散熵产值和湍流耗散熵产值均随转速的增大而显著上升;不同工况条件下的湍流耗散熵产的占比均大于黏性耗散熵产,导管桨的不可逆流动损失的主要原因在于湍流耗散;导管桨的流动损失区域主要位于导管后缘附近区域和桨毂后方,其中桨毂后方所形成的大范围的毂涡区正是流动损失的高位集中区。此外,改进后的导管桨能够显著改善桨尾部的涡流分布,降低由毂涡所引起的流动损失。[结论]研究揭示了导管桨运行时流动损失的特点,并准确定位了流动损失集中区,结果可为导管桨节能优化设计及流动损失识别分析提供新的思路。

关键词：熵产导管桨流动损失数值模拟