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掺混PODE对汽油–柴油双燃料发动机燃烧及碳烟生成特性研究

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工程热物理学报 2024年第3期45卷 915-924页

作者：蒋一王谦姜鹏戴礼明钟汶君姚嘉伟江苏大学能源与动力工程学院镇江212013

本文针对清洁燃料替代传统燃料,在光学发动机上,利用高速成像技术结合双色法采集了柴油掺混聚甲氧基二甲醚(PODE)-汽油反应活性控制压燃模式下的缸内燃烧特性及碳烟生成过程。试验结果表明:相同预混比下随着PODE的掺混增加,缸内压力峰... 详细信息

本文针对清洁燃料替代传统燃料,在光学发动机上,利用高速成像技术结合双色法采集了柴油掺混聚甲氧基二甲醚(PODE)-汽油反应活性控制压燃模式下的缸内燃烧特性及碳烟生成过程。试验结果表明:相同预混比下随着PODE的掺混增加,缸内压力峰值、放热率峰值、压力升高率都随之降低,着火延迟期延长,燃烧持续期增加,燃烧相位后移,燃烧趋于平缓。在预混比为50%时,直喷P20D80及P50D50的单循环燃烧总放热量分别为直喷P0D100总放热量的97.89%和95.39%,单循环碳烟生成总量分别为直喷P0D100的55.22%和36.55%,碳烟高温区域分别减少了52.9%和73.32%,碳烟平均温度的稳定值分别降低了6.65 K和20.25 K,碳烟平均KL因子的稳定值分别降低了10.35%和16.12%。相较而言P50D50作为直喷燃料既能保证较高燃烧热效率,又能有效抑制碳烟的生成。

关键词：反应活性控制压燃光学发动机碳烟温度 KL因子

方形和矩形截面通道内两相换热特性的实验研究

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工程热物理学报 2024年第3期45卷 850-855页

作者：张井志张博程成安俊雷丽周乃香山东大学能源与动力工程学院济南250061

微热沉、微通道换热器等非圆形截面流动通道中的泰勒流由于强化换热的特性受到了广泛的关注。本文在恒定热流密度边界下,以空气和水为工质对4 mm×4 mm,5 mm×3 mm截面水平管道进行了气液两相流换热特性实验研究。讨论了不同入口气体、... 详细信息

微热沉、微通道换热器等非圆形截面流动通道中的泰勒流由于强化换热的特性受到了广泛的关注。本文在恒定热流密度边界下,以空气和水为工质对4 mm×4 mm,5 mm×3 mm截面水平管道进行了气液两相流换热特性实验研究。讨论了不同入口气体、液体入口雷诺数和液塞长度对方管和矩形管壁面温度和努塞尔数的影响。结果表明:液相雷诺数和气相雷诺数对方管和矩形管两相换热系数的影响有部分差异。本文结果为微通道换热器的设计和矩形管及方形管泰勒流的换热数学模型的建立提供了参考。

关键词：换热特性气液两相流矩形通道方形通道

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非均匀电场对高黏流体中气泡分散特性的影响

化工进展 2024年第4期43卷 1774-1782页

作者：何发超刘海龙李昌烽王军锋江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013

电场强化多相流相间分散和传质技术广泛应用于化工生产领域,气泡的尺寸和分散行为以及连续相的物理性质是影响多相流系统中传质效率的重要因素。本研究设计并搭建了荷电液气分散实验平台,对非均匀电场作用下气泡在高黏流体中的分散行为... 详细信息

电场强化多相流相间分散和传质技术广泛应用于化工生产领域,气泡的尺寸和分散行为以及连续相的物理性质是影响多相流系统中传质效率的重要因素。本研究设计并搭建了荷电液气分散实验平台,对非均匀电场作用下气泡在高黏流体中的分散行为进行可视化研究。捕捉了气泡在生长和分散过程中的形貌特征,研究分析了电场强度和气体流量对气泡分散行为和气泡尺寸的影响。实验结果表明,随着电场强度的增大,当电邦德数(BoE)达到4.5时,空气在甘油中的分散行为由滴状模式转变为串珠模式;而在达到8.7后又转变为混合模式,并最终在电邦德数达到17.8时转变为电晕模式。气泡直径随电场强度的增大显著减小,相比于无电场条件下的气泡尺寸,当电邦德数达到6.4时气泡直径减小了80%。在混合模式下气泡破碎成大量微气泡,微气泡直径在100μm以下,从而有效增加了气液两相接触面积。同时,研究表明气泡分散模式的转变主要取决于电场强度,增大气体流量对气泡分散模式的转变和气泡直径的影响较小。在现有的数据基础上,在0

关键词：非均匀电场气泡模式气泡尺寸黏性流体电流体动力学

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横向气流作用的水平管降膜厚度分布研究

工程热物理学报 2024年第6期45卷 1808-1817页

作者：徐震祝豪杰赵亚磊山东大学能源与动力工程学院济南250061

液膜厚度是反映水平管外液膜流动特性的重要参数之一。本文采用空气–水体系和电导探针法实验研究了管间柱状流条件下轴向和周向液膜厚度分布,分析了横向气流对液膜厚度分布的影响机理。结果表明,无气流作用时,波峰处周向液膜厚度随周... 详细信息

液膜厚度是反映水平管外液膜流动特性的重要参数之一。本文采用空气–水体系和电导探针法实验研究了管间柱状流条件下轴向和周向液膜厚度分布,分析了横向气流对液膜厚度分布的影响机理。结果表明,无气流作用时,波峰处周向液膜厚度随周向角增大先减小后增大,最小值在100°~120°区间,相邻波峰间轴向液膜厚度先增大后减少;横向气流作用时,迎风面液膜厚度在周向角30°~90°内增大、90°~150°内减小,背风面液膜厚度增大,而轴向迎风面液膜厚度波峰范围和铺展面积增加,背风面变化不显著。

关键词：横向气流水平管降膜流动液膜厚度分布

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异质表面的薄膜沸腾过程

工程热物理学报 2024年第4期45卷 1139-1143页

作者：高山杨俊杰刘志春刘伟屈健江苏大学能源与动力工程学院镇江212013 华中科技大学能源与动力工程学院武汉430074

本文利用非平衡态分子动力学模拟,对薄膜沸腾过程中三相界面和气泡成核的细节进行了捕捉和可视化,并记录了其内部流动和热特性。结果表明不同于宏观尺度的沸腾过程,抑制气泡成核生长使得薄膜沸腾具有非常优异的传热传质性能。总的来说,... 详细信息

本文利用非平衡态分子动力学模拟,对薄膜沸腾过程中三相界面和气泡成核的细节进行了捕捉和可视化,并记录了其内部流动和热特性。结果表明不同于宏观尺度的沸腾过程,抑制气泡成核生长使得薄膜沸腾具有非常优异的传热传质性能。总的来说,粗糙结构缩短了沸腾过程达到稳定状态所需的时间并且提高了过程效率且展现出了在高热流密度散热方面的巨大潜力。表面物理化学性质对沸腾性能的影响本质上归因于对界面热阻的调控机制,增加表面粗糙度、增强表面润湿性和增加亲水区域面积占比均会降低界面热阻进而提高表面的传热传质效率。该工作可为实现快速高效的薄膜沸腾过程提供参考,也可指导设计和优化基于气液相变过程进行传热的固体表面。

关键词：薄膜沸腾气泡成核传热传质界面热阻分子动力学模拟

电场作用下锥翅表面强化池沸腾换热的介观数值方法

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物理学报 2024年第2期73卷 256-268页

作者：张森娄钦上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

采用耦合电场模型的相变格子Boltzmann模型,数值研究了电场作用下锥翅结构表面的饱和池沸腾换热.为了定量分析电场对锥翅结构表面沸腾换热影响的机理,首先在无电场作用下对比调查了平滑表面和锥翅表面的沸腾换热现象.发现锥翅结构在核... 详细信息

采用耦合电场模型的相变格子Boltzmann模型,数值研究了电场作用下锥翅结构表面的饱和池沸腾换热.为了定量分析电场对锥翅结构表面沸腾换热影响的机理,首先在无电场作用下对比调查了平滑表面和锥翅表面的沸腾换热现象.发现锥翅结构在核态沸腾阶段有更多的成核点,沸腾换热性能增强,临界热流密度(critical heat flux,CHF)提高.而在过渡沸腾阶段以及膜态沸腾阶段,由于锥翅结构增加了锥翅表面流体的流动阻力,阻碍了气液交换,换热性能低于平滑表面.基于以上发现,通过对锥翅表面池沸腾过程施加电场,进一步强化了锥翅表面沸腾换热.结果表明,在起始核态沸腾阶段,电场的存在稍微延后了气泡开始成核时间,气泡尺寸减小,沸腾轻微被抑制;充分核态沸腾阶段,由于电场力的作用以及电场与锥翅结构协同表现出的尖端效应,阻止了加热表面干斑的扩散和蔓延,促进沸腾换热;过渡沸腾以及膜态沸腾阶段,尖端效应更加明显,逐渐增大的电场强度使沸腾在更高过热度下处于核态沸腾状态,沸腾换热性能大幅度提高,且CHF逐渐提高.

关键词：锥翅结构电场格子Boltzmann方法池沸腾

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混合颗粒系蒙特卡罗消光模型及反演方法

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 956-962页

作者：黄茜苏格毅孙存金邓飞陈军杨荟楠苏明旭上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

在单一颗粒系中,消光光谱法颗粒粒径测量模型通常基于Mie散射理论和Lambert-Beer(LB)定律。但多种颗粒物构成的混合颗粒系的消光特性更为复杂,颗粒粒径与混合比均会影响消光谱,需要发展新的理论模型。作者设计一种蒙特卡罗(Monte Carlo,... 详细信息

在单一颗粒系中,消光光谱法颗粒粒径测量模型通常基于Mie散射理论和Lambert-Beer(LB)定律。但多种颗粒物构成的混合颗粒系的消光特性更为复杂,颗粒粒径与混合比均会影响消光谱,需要发展新的理论模型。作者设计一种蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)原理的混合颗粒系消光模型,将入射光束离散化成光子,通过追踪其从发射至接收/逃逸过程中所有事件,统计光子去向并研究混合颗粒系的消光特性。为了验证蒙特卡罗模型的准确性,分别对聚苯乙烯和玻璃微珠单一颗粒系中消光谱进行数值计算,结果与Lambert-Beer定律预测误差小于2%。进一步将模型扩展至由聚苯乙烯和玻璃微珠构成的混合颗粒系,其消光谱随玻璃微珠占比(混合比)增大而依次递增,直至混合比为1时退化为单一颗粒系,而波长减小时,消光随混合比变化趋势由线性向非线性转变,两种颗粒自身消光特性差异越大则非线性趋势越明显,说明混合系消光值由颗粒类型、混合比、颗粒粒径和光波长共同决定且相互耦合。根据预测消光谱,采用三种全局最优算法对混合颗粒粒径和混合比参数反演。结果表明:混合比单参数反演结果的误差最小,均在1.5%以内;对两种颗粒粒径进行双参数反演时,误差均在3%以内;对两种粒径和混合比进行三参数同步反演时,误差增大,但均在10%以内。综合分析三种反演算法,PSO算法耗费时间最长,是其他算法的数倍,IGA算法效果较好且更加稳定。初步验证了设计的蒙特卡罗模型可应用于混合颗粒系的消光谱预测,实现了两种颗粒粒径与颗粒系混合比的同步反演。

关键词：混合颗粒系蒙特卡罗消光谱混合比反演

采用AK-MCS的燃气轮机轮盘疲劳寿命预测及可靠性评估

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西安交通大学学报 2024年第4期58卷 107-116页

作者：罗宇轩李金星赵名星谢永慧张荻西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为确保燃气轮机透平轮盘在实际工作中的性能和可靠性,综合考虑燃气轮机服役时轮盘伴随的多种不确定性因素,通过概率表征合理量化,采用主动学习克里金代理模型与蒙特卡罗模拟结合算法(AK-MCS),搭建了考虑多源混合不确定性的燃气轮机轮盘... 详细信息

为确保燃气轮机透平轮盘在实际工作中的性能和可靠性,综合考虑燃气轮机服役时轮盘伴随的多种不确定性因素,通过概率表征合理量化,采用主动学习克里金代理模型与蒙特卡罗模拟结合算法(AK-MCS),搭建了考虑多源混合不确定性的燃气轮机轮盘寿命预测代理模型,并对轮盘低周疲劳寿命可靠性进行了合理评估。建立了一套完整的轮盘低周疲劳寿命可靠性分析流程,完成了某型燃气轮机透平轮盘低周疲劳寿命可靠性评估及灵敏度分析。研究结果表明:轮盘的最大等效应力值为773.518 MPa,最大应变值为0.004 73,局部危险点位于轮槽第3根齿面下方的圆角处,寿命预测结果为1.177×10^(4)周。设计寿命为8×10^(3)周的条件下,得到透平轮盘的失效概率为0.043 1,可靠度为0.956 9。灵敏度分析结果表明,影响疲劳寿命最主要的参数是轮槽齿面接触压力及轮盘转速。研究结果展示了AK-MCS算法在轮盘可靠性分析中的应用优势,能为工程中轮盘的设计提供方法和参考数据。

关键词：燃气轮机轮盘主动学习低周疲劳寿命不确定性量化可靠性

竖直内螺纹管中超临界RP-3航空煤油换热特性数值研究

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工程热物理学报 2024年第3期45卷 826-835页

作者：王彦红孙文清李雨健李洪伟贾玉婷东北电力大学能源与动力工程学院吉林132012

针对空–油换热器的结构优化应用,开展了竖直内螺纹管中超临界RP-3航空煤油换热特性数值研究。阐述了沿流动方向的传热恶化问题和沿圆周方向螺纹顶部–螺纹底部的非均匀换热机制。通过近壁区流体参数分布情况揭示了传热恶化的原因。讨... 详细信息

针对空–油换热器的结构优化应用,开展了竖直内螺纹管中超临界RP-3航空煤油换热特性数值研究。阐述了沿流动方向的传热恶化问题和沿圆周方向螺纹顶部–螺纹底部的非均匀换热机制。通过近壁区流体参数分布情况揭示了传热恶化的原因。讨论了通道截面温度场、流场、湍动能的分布特征,基于螺旋度和二次流强度描述了二次流的影响。探究了运行压力和螺纹数目对换热的影响。实现了换热关联式预测。结果表明:吸热能力下降和湍动能异常减小是第一次传热恶化的原因,类膜态沸腾还会导致第二次传热恶化问题。螺纹结构和变密度耦合产生二次流,螺旋度沿流动方向不断增大,高温区二次流强度与换热状况具有耦合机制。提出的换热关联式有效获得了三种类型内螺纹管中超临界航空煤油的换热预测。

关键词：内螺纹管超临界煤油传热恶化二次流螺旋度