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超临界二氧化碳干气密封实际气体效应和湍流效应分析

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热力发电 2023年第6期52卷 63-72页

作者：韩煜航李红智张一帆杨玉李凯伦西安热工研究院有限公司陕西西安710054

实际气体效应和湍流效应对超临界二氧化碳(S-CO_(2))干气密封性能影响很大。建立了典型的螺旋槽干气密封计算模型,采用CFD软件求解S-CO_(2)干气密封端面流动方程,获取流体在密封槽间隙间的流动状态,研究了不同转速下实际气体效应和湍流... 详细信息

实际气体效应和湍流效应对超临界二氧化碳(S-CO_(2))干气密封性能影响很大。建立了典型的螺旋槽干气密封计算模型,采用CFD软件求解S-CO_(2)干气密封端面流动方程,获取流体在密封槽间隙间的流动状态,研究了不同转速下实际气体效应和湍流效应对密封性能的影响。结果表明:实际气体效应和湍流效应使气膜端面压力分布发生显著变化;实际气体效应会提高气膜开启力和泄漏量,对开启力的增强作用随转速增大而变强,但对泄漏量的影响程度几乎不随转速变化;低转速时,湍流效应对开启力影响微弱,随着转速增大,湍流效应使得开启力急剧增大,且增幅随转速增大而增大;在高转速S-CO_(2)干气密封中,实际气体效应和湍流效应的共同作用使得气膜端面的开启力显著提高,且湍流效应的影响程度大于实际气体效应。

关键词：超临界二氧化碳干气密封实际气体效应湍流效应

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实际气体效应在宽压力范围内液氦温区的回热式制冷规律研究

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真空与低温 2024年

作者：葛立春曹强王苗苗王智平陈昱吉王鹏程王博赵钦宇甘智华同济大学机械与能源工程学院制冷与低温工程研究所浙江大学城市学院低温中心浙江大学能源工程学院制冷与低温工程研究所

相关研究分析了实际气体效应对回热器的影响，并推导出了回热器COP(理论冷循环效率)的表达方式。以往研究一般限于1～2 MPa压力范围，缺乏在更高和更低压下COP的变化及损失情况。在拓宽的压力范围，计算了变压力下回热器的COP及rCOP（... 详细信息

相关研究分析了实际气体效应对回热器的影响，并推导出了回热器COP(理论冷循环效率)的表达方式。以往研究一般限于1～2 MPa压力范围，缺乏在更高和更低压下COP的变化及损失情况。在拓宽的压力范围，计算了变压力下回热器的COP及rCOP（相对卡诺效率）。结果表明，冷端温度在5～25 K时，随着压力的降低，rCOP呈U形变化，例如在5 K时，当压力为2.5 MPa、1.0 MPa、0.01 MPa，rCOP分别为19.6%、15.32%、97.64%，rCOP取最小值时所对应的压力接近临界压力0.228 MPa（0.19～0.23 MPa）。在25 K之上，压力减小时，rCOP上升。例如热端温度固定在40 K，当冷端温度为20 K时，当压力为2.5 MPa、1.0 MPa、0.01 MPa，rCOP分别为65.7%、81.7%、99.4%。但5 K之下且压力较大时，规律相反。评估了低压带来的问题，如功率密度小、损失较大。压力较大时理论计算、REGEN模拟的rCOP都比较高。计算和模拟得到的rCOP相比于实验数据更大，证明实际过程损失更大。

关键词：实际气体效应宽压力回热式 rCOP

实际气体、阻塞和湍流效应对超临界CO_(2)干气密封性能的影响

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中国电机工程学报 2022年第20期42卷 7563-7573页

作者：章聪彭旭东江锦波李纪云浙江工业大学机械工程学院浙江省杭州市310023

超临界CO_(2)(supercritical CO_(2),SCO_(2))干气密封是SCO_(2)布雷顿循环系统中的关键零部件之一,但高压差、高转速和临界点附近CO_(2)的非常规物性仍使其设计极具挑战。综合考虑实际气体效应、阻塞效应和湍流效应,该文建立SCO_(2)干... 详细信息

超临界CO_(2)(supercritical CO_(2),SCO_(2))干气密封是SCO_(2)布雷顿循环系统中的关键零部件之一,但高压差、高转速和临界点附近CO_(2)的非常规物性仍使其设计极具挑战。综合考虑实际气体效应、阻塞效应和湍流效应,该文建立SCO_(2)干气密封稳态性能求解模型,研究不同压力、温度、转速和膜厚下各实际效应对SCO_(2)干气密封开启力和泄漏率的影响规律,探讨各实际影响对密封性能的影响机制,获得了不同运行参数下的关键影响因素。结果显示:湍流效应和实际气体效应对SCO_(2)干气密封的稳态性能影响显著,阻塞效应影响较弱。湍流下密封开启力随转速的变化与层流下完全不同,这是由湍流效应对静压和动压开启力共同作用的结果。表明实际气体效应和湍流效应是SCO_(2)干气密封设计中需要重点关注的因素。

关键词：超临界CO_(2) 干气密封湍流效应实际气体效应阻塞效应

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超临界二氧化碳柔性坝箔片端面气膜密封运行机理及性能分析

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摩擦学学报 2024年

作者：潘永健陈源李运堂彭旭东江锦波章聪中国计量大学机电工程学院浙江工业大学机械工程学院

基于气体润滑和弹性力学理论，考虑实际气体效应和湍流效应，建立超临界二氧化碳柔性坝箔片端面气膜密封气弹耦合润滑模型，研究密封端面膜压与箔片变形之间的耦合作用关系，揭示密封变形协调运行机理。在此基础上，对比分析4种不同密... 详细信息

基于气体润滑和弹性力学理论，考虑实际气体效应和湍流效应，建立超临界二氧化碳柔性坝箔片端面气膜密封气弹耦合润滑模型，研究密封端面膜压与箔片变形之间的耦合作用关系，揭示密封变形协调运行机理。在此基础上，对比分析4种不同密封坝模型的性能差异，进一步研究了工况参数以及箔片结构参数对密封性能的影响。结果表明：柔性坝箔片端面气膜密封因密封坝端面具有弹性变形协调能力，相较于刚性坝结构，具有更好的抗冲击和自适应能力；柔性坝上的箔片间隙虽使泄漏率有小幅增大，但因间隙产生的流体动压效应以及动压力引发的箔片端面波度变形所产生的二次动压效应，可使开启力和气膜刚度明显提高；通过箔片端面结构的合理设计，可有效提高密封综合性能。

关键词：柔性坝箔片端面气膜密封超临界二氧化碳实际气体效应湍流效应密封性能

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页岩吸附气壁面扩散机理及现场应用

科学技术与工程 2021年第4期21卷 1362-1366页

作者：赵可英内江师范学院发展规划处内江641000

与常规天然气藏开发不同,页岩气藏无机质与有机质孔隙中的吸附气对开发的影响不可忽略。为准确表征混合气体吸附解析过程中的真实气体效应,建立了页岩气壁面扩散模型。将模型与现场数据结合,分析表明:吸附位点覆盖率与气藏压力呈正向关... 详细信息

与常规天然气藏开发不同,页岩气藏无机质与有机质孔隙中的吸附气对开发的影响不可忽略。为准确表征混合气体吸附解析过程中的真实气体效应,建立了页岩气壁面扩散模型。将模型与现场数据结合,分析表明:吸附位点覆盖率与气藏压力呈正向关系,即随着压力升高,吸附厚度平均值增大。在现场实践中,应适当进行降压开发,维持壁面吸附气向游离气的转化;对于现场实践而言,注入二氧化碳等分子直径较小的工作气体可有效降低吸附层厚度,进而减小体相气体扩散过程中的堵塞系数,提高页岩气井产能;在矿场对气井产能的评价当中,不考虑实际气体在高压条件下的短程排斥力作用,将导致气井产能预测值偏低。

关键词：页岩气混合气表面扩散实际气体效应现场预测

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T槽干气密封动力学性能研究

T槽干气密封动力学性能研究

作者：胡晓鹏昆明理工大学

学位级别：硕士

干气密封(Dry gas seal)又称为机械端面气膜密封,是在气体动压轴承的基础上发展起来的一种新型非接触式密封。它具有无磨损运转、低泄漏率、寿命长等特点,近些年来广泛用于化工行业高速、高压流体机械的轴封。但是干气密封的动力学研究... 详细信息

干气密封(Dry gas seal)又称为机械端面气膜密封,是在气体动压轴承的基础上发展起来的一种新型非接触式密封。它具有无磨损运转、低泄漏率、寿命长等特点,近些年来广泛用于化工行业高速、高压流体机械的轴封。但是干气密封的动力学研究一直滞后于干气密封的生产实践,无法为干气密封系统的稳定运行提供完整坚实的理论基础。T槽干气密封以槽型结构对称,产生较好的流体动压,能够适应需要双向旋转工况,应用日渐广泛。目前对T槽干气密封的动力学研究较少,本文对T槽干气密封动力学性能进行理论探讨,期望获得干气密封系统中各因素影响干气密封系统稳定运行的规律。研究T槽干气密封动力学性能的基础是首先掌握T槽干气密封的稳态性能,T槽干气密封气膜动态特性。虽然干气密封的稳态性能研究已经比较深入,但是考虑实际气体效应对干气密封稳态性能的研究很少。本文用维里方程表达实际气体,采用有限差分对稳态气膜控制方程进行离散,讨论分析了实际气体效应对T槽,直线槽,螺旋槽干气密封开启力、泄漏量的影响。T槽干气密封的气膜动态特性目前已有了一些研究,但是还不够深入,本文详细推导了气膜动态控制方程,且以小扰动法求解轴向气膜刚度和气膜阻尼,给出了气膜动态特性求解差分格式,并结合算例对差分格式进行验证,并对实际气体效应影响干气密封动态特性的规律以二氧化碳、氢气、氮气为例进行了讨论,拟合了特定T槽参数和操作参数下不同气膜厚度的气膜刚度曲线方程和气膜阻尼曲线方程。本文建立了干气密封轴向动、静环双自由度动力学模型,并利用复模态理论对动力学模型求解,并对自由振动和动环受到简谐激励的响应进行分析,得到相应的动环及静环振动方程、气膜厚度变化△h表达式。分析了弹性支承刚度,弹性支承阻尼,气膜平衡位置,动环质量、静环质量,动静环质量比对T槽干气密封动力学性能的影响。结果表明：在干气密封系统中,可以通过调节弹性支承刚度、动环质量、静环质量、动静环质量比调节动环与静环振动频率。通过调节弹性支承刚度、弹性支承阻尼、密封环质量、动静环质量比、调节动、静环的振动幅度。通过调节气膜平衡位置、密封环质量、动静环质量比调节气膜厚度变化△h的振幅,而通过对动静环质量比的调节可以改变气膜厚度变化△h的振动频率、振动周期。

关键词： T槽干气密封实际气体效应动态特性动力学复模态理论

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仿树形微槽机械密封流场稳态性能研究

仿树形微槽机械密封流场稳态性能研究

作者：莫陇刚兰州理工大学

学位级别：硕士

在端面微槽机械密封中,螺旋槽密封装置因具有运转寿命长和抗干扰能力强等优点,备受研究人员的青睐。而在实际生产中,经典螺旋槽机械密封受单向旋转的限制,在设备反向旋转时无法提供良好的动压效应,由密封失效导致的生产事故屡见不鲜,为... 详细信息

在端面微槽机械密封中,螺旋槽密封装置因具有运转寿命长和抗干扰能力强等优点,备受研究人员的青睐。而在实际生产中,经典螺旋槽机械密封受单向旋转的限制,在设备反向旋转时无法提供良好的动压效应,由密封失效导致的生产事故屡见不鲜,为解决该问题,学者们提出了双向旋转密封槽型。本文基于机械密封原理提出一种新型的双向旋转式仿树形槽密封槽型,并对其密封性能进行研究与探讨,主要研究工作如下:对同工况参数下的仿树形槽和螺旋槽密封装置气膜流场分别进行数值模拟计算,考察不同参数下两类槽型密封装置的密封性能,结果表明:膜厚和槽深对密封性能影响较大,仿树形槽所产生的动压效应更佳,开启力更高,同时,泄漏率也较大。当仿树形槽的气膜厚度为2μm,槽深为5μm～7μm时,密封性能较好。两类槽型密封装置的开启力都随气膜入口压力和转速的增大而增大;对于泄漏率而言,压力的增大对两类槽型密封装置的泄漏率都趋于线性增大,但转速对仿树形槽密封泄漏率影响较小。相比而言,同工况参数下仿树形槽具有更好的密封效果。考虑温度对气体物性参数的影响,计算气体在特定工况参数下的导热系数进行模拟计算,从而分析实际气体效应对仿树形槽密封性能的影响规律。研究结果发现:对比不考虑实际气体效应的计算模型,实际气体效应对于干气密封的泄漏率影响较大,但对气膜开启力的影响较小。空气、氮气和二氧化碳在考虑实际气体效应时,其密封性能计算结果均大于理想状态下的值,对于密封性能的影响排列为:二氧化碳>空气>氮气。对于氢气而言,理想气体状态下的密封性能数值均小于实际气体状态。研究四种介质气体对端面微槽机械密封的气膜温度影响变化规律,发现考虑实际气体效应对气膜温度影响较小。通过在气体中加入“油滴”,选用Mixture两相流计算模型,研究气液两相状态下不同参数对仿树形槽密封性能的影响。研究结果表明:对于仿树形槽动压效应而言,气液两相明显强于纯气相,但泄漏率也随之增大。对于开启力而言,两种介质状态下都随压力和转速的增大而增大,且油气两相开启力明显大于纯气相。对于泄漏率而言,气液两相状态下,随压力增大而增大,随转速的增大而减小。纯气相状态下,随压力和转速增大均增大。且气液两相状态下泄漏率也远大于纯气相。在气液两相状态下,开启力和泄漏率均随液气比和油滴直径的增大而增大,其中油滴直径对密封性能的影响不大。本文系统的研究了新型仿树形槽机械密封的静态特性变化、考虑实际气体效应和研究气液两相状态下密封装置的密封性能。对于服役过程中的端面微槽机械密封,仿树形槽在实现双向旋转的同时,其密封性能也较好。论文的研究成果为今后新型仿树形槽机械密封在槽型设计、润滑性能分析、工程应用推广等方面奠定了夯实的基础。

关键词：仿树形槽机械密封实际气体效应两相流数值模拟

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超临界二氧化碳动压轴承紊流润滑模式研究

工业控制计算机 2023年第8期36卷 88-90,93页

作者：易书翔王小静陈胜朱丽明上海大学机电工程与自动化学院上海200444

高速、大功率的机组工况条件使得超临界二氧化碳(S-CO_(2))轴承工作在紊流润滑状态。以S-CO_(2)动压轴承为研究对象,基于Fluent软件建立轴承气膜仿真分析模型,采用广泛使用的两方程standard k-ε紊流模型,分析不同轴承偏心对气膜压力和... 详细信息

高速、大功率的机组工况条件使得超临界二氧化碳(S-CO_(2))轴承工作在紊流润滑状态。以S-CO_(2)动压轴承为研究对象,基于Fluent软件建立轴承气膜仿真分析模型,采用广泛使用的两方程standard k-ε紊流模型,分析不同轴承偏心对气膜压力和承载力的影响,同时用经典的Ng-Pan紊流润滑模式进行计算对比。研究结果表明,两种紊流模式下S-CO_(2)轴承的压力分布在正压区更为吻合,并在此基础上分析了standard k-ε紊流模型下实际气体效应对轴承特性的影响。

关键词：超临界二氧化碳紊流润滑实际气体效应静态特性

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