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液环式航空燃油离心泵自吸性能

排灌机械工程学报 2024年第4期42卷 342-349页

作者：张岭杨兴李一鸣王凯龚永祥刘厚林航空工业新乡航空工业(集团)有限公司河南新乡453049 江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

基于Mixture模型对液环式航空燃油泵进行自吸阶段的非稳态数值计算,研究自吸过程中燃油泵内气液两相分布的变化过程,对不同时刻下燃油泵内部含气率、气液两相分布、压力及速度流线、熵产率和湍动能变化规律进行分析.结果表明:燃油泵的... 详细信息

基于Mixture模型对液环式航空燃油泵进行自吸阶段的非稳态数值计算,研究自吸过程中燃油泵内气液两相分布的变化过程,对不同时刻下燃油泵内部含气率、气液两相分布、压力及速度流线、熵产率和湍动能变化规律进行分析.结果表明:燃油泵的吸气和排气主要集中在自吸过程的前期和中期;随着自吸时间的增加,各监测面的含气率逐渐降低,当自吸时间为3.00 s时,蜗壳出口含气率接近于0,自吸过程结束;泵内压力随相对距离的增加而增大,泵内同一相对距离平面压力随自吸时间的增加而增大;在气液混合时,高速区域主要集中在叶轮中间流道和蜗壳壁面处,低速区域则集中分布在隔舌附近和导叶出口;随着自吸过程的进行,泵内湍动能和熵产率也随之增大,泵内能量损失增大,主要集中在叶轮叶片、导叶叶片和蜗壳出口处.

关键词：液环式航空燃油离心泵自吸性能含气率熵产率

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轴流压气机叶片与机匣处理一体化优化设计

航空动力学报 2024年第7期39卷 205-216页

作者：范忠岗巴顿邱佳慧杨晨杜娟中国科学院工程热物理研究所先进燃气轮机实验室北京100190 中国科学院先进能源动力重点实验室北京100190 中国科学院轻型动力创新研究院北京100190 中国科学院大学航空宇航学院北京100049

针对一台低速轴流压气机搭建了叶片与机匣处理一体化优化设计平台,基于自由变形技术关联设计参数与工程参数,实现多目标优化.综合考虑效率和裕度指标,在峰值效率不降的情况下获得了7.21%的裕度拓宽量.针对最优方案,分析了叶顶堵塞及损... 详细信息

针对一台低速轴流压气机搭建了叶片与机匣处理一体化优化设计平台,基于自由变形技术关联设计参数与工程参数,实现多目标优化.综合考虑效率和裕度指标,在峰值效率不降的情况下获得了7.21%的裕度拓宽量.针对最优方案,分析了叶顶堵塞及损失分布,探讨了叶片与机匣处理一体化优化设计的扩稳机理.研究发现:叶片弯掠和机匣处理组合作用下,最大堵塞位置由24.7%叶顶轴向弦长后移至33.6%叶顶轴向弦长,最大损失位置由21.4%叶顶轴向弦长后移至30.6%叶顶轴向弦长,叶顶泄漏涡的抑制和低能堵塞区的消除是一体化优化设计扩稳的主要原因.

关键词：轴流压气机自由变形技术一体化优化设计裕度拓宽堵塞熵产率

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超临界二氧化碳轴流透平级流动损失评估

热力发电 2024年第1期53卷 134-144页

作者：张磊石赜舒伟林杨锐杨国英邓清华国能国华(北京)电力研究院有限公司北京102209 国家能源集团新能源技术研究院有限公司北京102209 上海汽轮机厂有限公司上海200240 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

为进一步探究超临界二氧化碳透平内部的损失机制,针对某透平级采用数值方法研究了其流动特性,将静叶与动叶通道内的损失进行分解,定量计算了各项损失大小及其占比,明晰了超临界二氧化碳透平级的损失大小序列。结果表明,超临界二氧化碳... 详细信息

为进一步探究超临界二氧化碳透平内部的损失机制,针对某透平级采用数值方法研究了其流动特性,将静叶与动叶通道内的损失进行分解,定量计算了各项损失大小及其占比,明晰了超临界二氧化碳透平级的损失大小序列。结果表明,超临界二氧化碳介质密度大和透平叶高小导致其隔板密封和叶顶密封的泄漏损失巨大,级负荷为0.93,静叶间隙相对高度为0.012,动叶间隙相对高度为0.010时,泄漏损失占级总损失的38.23%,其中隔板密封泄漏损失占比为21.94%,叶顶密封泄漏损失占比为16.29%。除泄漏损失外:静叶栅通道内,叶片平均最大厚度比弦长为0.33,展弦比为2.07时,型面损失远高于端壁损失和尾迹损失,占级总损失的9.68%;动叶栅通道内,叶片平均最大厚度比弦长为0.28,展弦比为1.73时,型面损失、端壁损失和尾迹损失相差不大,型面损失仍然占比最高,达到级总损失的15.39%;动叶通道内的二次流影响范围更大,导致其端壁损失远高于静叶端壁损失,其壁面附近流体的黏性耗散和马蹄涡、通道涡等造成的二次流损失是端壁损失的主要来源。研究结果可为超临界二氧化碳透平的优化设计提供方向指引和数据支撑。

关键词：二氧化碳透平级熵产率流动损失

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叶片数对离心泵内部能量流动损失的影响

机电工程 2024年第6期41卷 1050-1057,1094页

作者：苏永红尹久张杰山西开放大学理工与农医学院山西太原030024 湖北轻工职业技术学院机电工程学院湖北武汉430070 武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

针对不合适的离心泵叶片数会降低其输送流体效率,导致离心泵性能难以提升的问题,研究了叶片数对于离心泵内流动能量损失的影响。首先,采用UG建立了叶片数为4、5、6的离心泵流体域模型,并对各叶片数的离心泵流体域进行了六面体结构化网... 详细信息

针对不合适的离心泵叶片数会降低其输送流体效率,导致离心泵性能难以提升的问题,研究了叶片数对于离心泵内流动能量损失的影响。首先,采用UG建立了叶片数为4、5、6的离心泵流体域模型,并对各叶片数的离心泵流体域进行了六面体结构化网格划分;然后,采用ANSYS Fluent进行了数值模拟,研究了各叶片数的离心泵在0.6~1.4倍额定流量下的扬程、效率以及轴功率;采用熵产理论研究了不同叶片数在各流量下直接熵产(EGDD)、湍流熵产(EGTD)和壁面熵产(EGWS)的值与占比;最后,研究了进口域、出口域、叶轮域以及蜗壳域的熵产值(EGV)情况,还研究了熵产率(EGR)的空间位置分布。研究结果表明:叶片数越多,泵的扬程、效率与轴功率越大;额定流量下熵产值最低;叶轮域熵产值占最大比例,蜗壳域次之;黏性尾流区域熵产率较大,叶片压力面尾缘处的壁面熵产率最高。

关键词：离心泵熵产理论直接熵产湍流熵产壁面熵产熵产值熵产率

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液环式航空燃油离心泵内流动特性分析

工程机械 2024年第6期55卷 72-79+10页

作者：王晓宇杨兴王航王凯刘厚林空装驻新乡地区军事代表室新乡航空工业(集团)有限公司江苏大学流体机械工程技术研究中心

以液环式航空燃油离心泵为研究对象，对其内部流动特性进行数值分析，研究不同流量下航空燃油泵的熵产率、湍动能及涡核分布。结果表明：在不同流量下，液环泵熵产均占全部燃油泵熵产的50%以上，液环泵是整个燃油泵耗能的主要部位；设... 详细信息

以液环式航空燃油离心泵为研究对象，对其内部流动特性进行数值分析，研究不同流量下航空燃油泵的熵产率、湍动能及涡核分布。结果表明：在不同流量下，液环泵熵产均占全部燃油泵熵产的50%以上，液环泵是整个燃油泵耗能的主要部位；设计流量下，总熵产值最小；熵产从大到小依次为湍流耗散熵产、壁面附近熵产、直接耗散熵产；随着流量的增大，湍动能的大小和分布区域都是先减小后增大，与熵产率分布规律相似；设计流量下，燃油泵内能量损失最小。

关键词：燃油离心泵内流分析熵产率涡核

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水泵水轮机流场脉动与熵产率的关系

排灌机械工程学报 2022年第8期40卷 777-784页

作者：曾鸿基李正贵李德友李琪飞西华大学流体及动力机械教育部重点实验室四川成都610039 哈尔滨工业大学能源科学与动力工程学院黑龙江哈尔滨150006 兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050

为了研究水泵水轮机不同工况下的运行稳定性,采用FLUENT软件对模型水泵水轮机转轮和无叶区的流态、熵产率分布、压力脉动进行了数值模拟,并将数值模拟结果与试验进行了对比.结果表明:数值计算的压力脉动数据与试验值吻合较好,旋涡引起... 详细信息

为了研究水泵水轮机不同工况下的运行稳定性,采用FLUENT软件对模型水泵水轮机转轮和无叶区的流态、熵产率分布、压力脉动进行了数值模拟,并将数值模拟结果与试验进行了对比.结果表明:数值计算的压力脉动数据与试验值吻合较好,旋涡引起的速度梯度和压力梯度剧烈变化是水泵水轮机内部高能量损失的根本原因.相较于设计工况,小流量工况时转轮叶片吸力面水流的流动分离和旋转失速会导致此处熵产率较高,叶片吸力面压力脉动主频和第2主频幅值最大;大流量工况时动静干涉作用占主导,无叶区的熵产率最大,相应的无叶区压力脉动主频幅值也最大.由此可见,各工况下主流区熵产率和压力脉动具有强相关性,熵产率大的区域,压力脉动也较大.

关键词：水泵水轮机熵产率压力脉动流态强相关性

基于熵产率分析的折流板式光合生物制氢反应器结构与工艺优化

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基于熵产率分析的折流板式光合生物制氢反应器结构与工艺优化

作者：高飞河南农业大学

学位级别：硕士

光合生物能源转化凭借其生产能耗低、环境友好等优点,被认为是最具有潜力的能源转化方式之一。然而目前生物能源转化仍面临着转化效率低等瓶颈问题,其中生物反应器效率对转化过程起着重要作用。因此,对光生物反应器进行优化,提高转化效... 详细信息

光合生物能源转化凭借其生产能耗低、环境友好等优点,被认为是最具有潜力的能源转化方式之一。然而目前生物能源转化仍面临着转化效率低等瓶颈问题,其中生物反应器效率对转化过程起着重要作用。因此,对光生物反应器进行优化,提高转化效率,显得十分必要。本文基于折流板式光合生物制氢反应器(ABR)运行过程中流场特性、热量传递、物质转化以及化学反应过程特性,获得了ABR反应器的速度场、温度场和浓度场,并采用非平衡热力学熵产率分析方法,以综合熵产率和反应速率两因素的熵产最小化分析方法为原则,对ABR反应器的结构与运行工艺条件进行了优化。主要研究结果和结论如下:(1)建立了ABR反应器非平衡热力学熵产率优化模型。结合光合细菌Monod方程、底物降解模型Logistic模型与光合细菌产氢动力学Luedeking-Piret方程计算光合细菌底物降解速率与产氢速率,并根据传热传质学理论与反应动力学方程,应用非平衡热力学理论,建立了ABR反应器熵产率模型。该模型考虑了ABR反应器中存在的光合细菌生化反应,将非平衡热力学熵产率分析应用于复杂的光合产氢过程。(2)采用非平衡热力学熵产率模型优化了ABR反应器结构,获得了优化的反应器关键结构尺寸。对预设的ABR反应器模型进行了网格无关性验证与模型验证,并对ABR反应器不同结构进行数值模拟,获得了不同结构对反应器运行时非平衡热力学熵产率分布的影响,根据单位氢气生成量的熵产(S/R)最小原则,得到该反应器模型的最佳结构为:上下流室宽度比为3:1,折流板底端距底面距离为30 mm。(3)通过熵产率优化了反应器运行的关键工艺条件,以单位氢气生成量的熵产(S/R)最小作为指标优化ABR反应器的运行工艺可行。研究了入口溶液温度、壁面温度、光照强度、水力滞留期(HRT)和底物葡萄糖初始浓度对反应器内熵产率分布、单位葡萄糖消耗量和单位氢气生成量的熵产的影响规律;通过分析比较,以单位氢气生成量的熵产(S/R)最小作为优化原则得出反应器最佳运行工艺条件为:培养液入口温度为30℃,反应器壁面温度为30℃,光照强度为6000 lx,反应器HRT为12 h,培养液入口葡萄糖浓度为150 mol·m;对优化后ABR反应器的熵产率分布进行分析,工艺条件影响的主次顺序为:光照强度>入口溶液温度>壁面温度>底物初始浓度>水力滞留期。(4)获得了最佳工艺条件下反应器运行中的速度场、温度场与浓度场分布规律。通过模拟得到在最佳工艺条件下,ABR反应器在稳定运行时湍流为流体的主要流动状态;反应器内溶液平均温度为304.04K,出口溶液温度相较入口溶液温度上升了1.37K,最高温度位于反应器顶部受光面附近为305.08K;葡萄糖浓度在主流区随着溶液的流动浓度逐渐降低,而氢气的浓度与之相反沿着流动方向浓度逐渐升高。葡萄糖光合产氢实验的产氢速率结果与采用建立的模型模拟结果相比,在0-84 h期间,二者的相对误差最大为9.1%,验证了模拟结果的可靠性。

关键词：光合生物制氢 ABR反应器非平衡热力学熵产率传热传质

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光生物反应器内传递及转化过程的熵产率分析

工程热物理学报 2016年第3期37卷 573-580页

作者：曹刚黄云廖强付乾朱恂低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆大学工程热物理研究所重庆400044

熵产率分析在能量转化系统的优化中有着广泛的应用,本文利用熵产率分析探究了光合细菌生物膜反应器运行条件的方法,通过模拟得出了光合细菌生物膜反应器内光合细菌葡萄糖消耗速率和氢气生成速率以及产氢过程中流动、传热、传质等因素引... 详细信息

熵产率分析在能量转化系统的优化中有着广泛的应用,本文利用熵产率分析探究了光合细菌生物膜反应器运行条件的方法,通过模拟得出了光合细菌生物膜反应器内光合细菌葡萄糖消耗速率和氢气生成速率以及产氢过程中流动、传热、传质等因素引起的熵产率,分析了培养液流速、温度、底物初始浓度等运行条件对熵产率大小和反应速率的影响,最后提出了一个评价光生物反应器性能的方法——单位氢气生成速率熵产率最小,并以此为原则对反应器的运行条件进行优化,得到反应器的最佳运行条件为:培养液入口温度为30℃、流量为70 mL·h^(-1)、葡萄糖浓度为70 mol.m^(-3)。

关键词：光生物反应器传热传质不可逆性熵产率

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含蜡原油管道输送过程的熵产率分析

工程热物理学报 2013年第3期34卷 488-492页

作者：成庆林孙晓丽高东宇东北石油大学提高油气采收率教育部重点实验室黑龙江大庆163318

原油管道输送是同时存在扩散、传热和流动等多种不可逆现象的复杂过程。本文在已有普适性熵产率方程的基础上,推导了传热与黏滞两种不可逆现象耦合作用的"力"和"流",给出了含蜡原油管输过程的熵产率计算方法。对大庆油田某输油管道的应... 详细信息

原油管道输送是同时存在扩散、传热和流动等多种不可逆现象的复杂过程。本文在已有普适性熵产率方程的基础上,推导了传热与黏滞两种不可逆现象耦合作用的"力"和"流",给出了含蜡原油管输过程的熵产率计算方法。对大庆油田某输油管道的应用分析表明,传热熵产率远大于黏滞熵产率;输油温度升高、管径减小,流量增大,均会使得传热熵产率变大;蜡沉积由于增加保温层有效厚度及减小流动原油密度,可大幅度降低传热熵产率。

关键词：原油管输传热黏性流动蜡沉积熵产率