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NH_(3)/CH_(4)/CH_(3)OH多孔介质燃烧特性模拟研究

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中国电机工程学报 2024年第1期44卷 174-181,I0014页

作者：李亮张瑞方张扬张海热科学与动力工程重点实验室(清华大学能源与动力工程系) 北京市海淀区100084

氨(NH_(3))是一种无碳燃料,有望作为热能发电的替代燃料降低碳排放。多孔介质燃烧是一种可提高燃烧速率和稳定性的燃烧技术,实验表明其用于氨与反应性更强的燃料进行混燃可以同时提高燃烧强度和燃烧稳定性,但缺乏相应的模型研究。该文... 详细信息

氨(NH_(3))是一种无碳燃料,有望作为热能发电的替代燃料降低碳排放。多孔介质燃烧是一种可提高燃烧速率和稳定性的燃烧技术,实验表明其用于氨与反应性更强的燃料进行混燃可以同时提高燃烧强度和燃烧稳定性,但缺乏相应的模型研究。该文基于多孔介质导热强度高的特性,其内部燃烧满足一维假设,建立了一维多孔介质燃烧模型,对NH_(3)分别与甲烷(CH_(4))、甲醇(CH_(3)OH)掺混时的燃烧特性进行模型计算。计算结果显示多孔介质对两种混合燃料的作用不同,对于CH_(4)/NH_(3)燃料,多孔介质可以明显提高燃烧速率并降低富燃状态的NH_(3)残留;对于CH_(3)OH/NH_(3)燃料,提高燃烧速率和降低NH_(3)残留的效果较差;对两种混合燃料,可燃气体预混后直接送入多孔介质燃烧都增加一定的NOx排放,增加效果相同,而分级燃烧可以显著降低NOx排放。

关键词：多孔介质氨燃烧模拟研究燃烧速率 NOx排放

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颗粒脱离壁面时湍流诱导的随机振荡现象研究

工程热物理学报 2024年第7期45卷 1990-1993页

作者：尤志凯张易阳廖亚琴方筑李水清孙立斌吴莘馨清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 东方电气中央研究院成都611731 清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

颗粒再悬浮是很多自然现象和工业过程中广泛存在的现象。颗粒脱离壁面的过程包含了颗粒-壁面黏附,湍流-颗粒相互作用等物理机制,研究颗粒再悬浮过程对预测颗粒再悬浮率,开发颗粒清除技术有着重要意义,但至今仍然没有一个统一的理论能够... 详细信息

颗粒再悬浮是很多自然现象和工业过程中广泛存在的现象。颗粒脱离壁面的过程包含了颗粒-壁面黏附,湍流-颗粒相互作用等物理机制,研究颗粒再悬浮过程对预测颗粒再悬浮率,开发颗粒清除技术有着重要意义,但至今仍然没有一个统一的理论能够描述颗粒脱离壁面准确过程。本文对球形单颗粒再悬浮过程进行了高速显微摄像实验,发现了颗粒脱离壁面时湍流诱导的颗粒随机振荡现象;研究了颗粒振荡频率与颗粒粒径的关系,颗粒粒径越小,振荡频率越大。

关键词：颗粒再悬浮高速摄像实验随机振荡

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冲击式水轮机水斗设计方法及性能优化

清华大学学报（自然科学版） 2024年第5期64卷 852-859页

作者：孙启轩谭磊清华大学能源与动力工程系水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084

雅鲁藏布江下游蕴藏着丰富的水电资源,具有高水头、大容量等特点,冲击式水轮机是优选机型。转轮是冲击式水轮机的核心过流部件和做功部件,水斗形状对转轮性能至关重要。该文将水斗三维几何形状的构造线划分为轮廓线、过流剖面线和引导线... 详细信息

雅鲁藏布江下游蕴藏着丰富的水电资源,具有高水头、大容量等特点,冲击式水轮机是优选机型。转轮是冲击式水轮机的核心过流部件和做功部件,水斗形状对转轮性能至关重要。该文将水斗三维几何形状的构造线划分为轮廓线、过流剖面线和引导线3类,给定若干特征参数,提出了一种可控参数的冲击式水轮机水斗三维设计方法。选择水斗深度、宽度增量、出水边角度、分水刃角度和缺口圆直径等参数对冲击式水轮机水斗开展正交优化。由极差分析可知,宽度增量对转轮效率的影响最大,对出水边角度、缺口圆直径和水斗深度的影响较小,对分水刃角度的影响最小。优化后,冲击式水轮机的水力效率增加了6.71%。相比于原型水斗,优化水斗的总扭矩更大,在扭矩减少至0的过程中平缓过渡,有利于提高机组的水力效率和运行稳定性。

关键词：冲击式水轮机水斗设计方法正交优化数值模拟

旋流雾化火焰合成稀土掺杂氧化钇的结构形貌和光电性能调控研究

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工程热物理学报 2024年第2期45卷 569-575页

作者：雷舒婷张易阳李水清清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

稀土元素掺杂的钇基纳米颗粒在荧光发光、激光晶体和透明陶瓷等领域具有广阔的应用前景。本文针对Ce,Nd,Yb和La四种稀土元素,采用旋流雾化火焰合成方法,实现了一步连续合成Re:Y_(2)O_(3)(Re=Ce,Nd,Yb,La)纳米颗粒,并对合成的纳米颗粒形... 详细信息

稀土元素掺杂的钇基纳米颗粒在荧光发光、激光晶体和透明陶瓷等领域具有广阔的应用前景。本文针对Ce,Nd,Yb和La四种稀土元素,采用旋流雾化火焰合成方法,实现了一步连续合成Re:Y_(2)O_(3)(Re=Ce,Nd,Yb,La)纳米颗粒,并对合成的纳米颗粒形貌结构及光电性能进行了探究。结果表明所合成的纳米颗粒粒径均匀分布(约10 nm),结晶度良好,呈立方相。掺杂引起的晶胞畸变程度与掺杂元素的离子半径成正相关。不同稀土掺杂元素均导致材料的相对介电常数和介电损失增高。在200~2000 nm波长范围内,1%Yb元素掺杂带来的光谱吸收比增高最多,增高至22.83%。5%La元素掺杂带来的光谱吸收比增高最低,为14.92%。此外,5%La掺杂使得禁带宽度下降至4.53 e V,导致其在紫外区间内的光学吸收大幅增加。

关键词：火焰合成稀土掺杂氧化钇纳米颗粒光电性能

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转捩对压气机叶片气动阻尼的影响研究

热能动力工程 2024年第1期39卷 40-49页

作者：彭威李雪松任晓栋顾春伟清华大学能源与动力工程系燃气轮机研究所北京100084

为探究转捩对压气机叶片气动阻尼的影响规律,以某压气机平面叶栅R13为研究对象,通过7通道影响系数法,分别采用转捩模型和全湍流模型,计算了进口马赫数0.6工况下不同攻角和不同叶间相位角的气动阻尼。结果表明:转捩计算得到的攻角范围比... 详细信息

为探究转捩对压气机叶片气动阻尼的影响规律,以某压气机平面叶栅R13为研究对象,通过7通道影响系数法,分别采用转捩模型和全湍流模型,计算了进口马赫数0.6工况下不同攻角和不同叶间相位角的气动阻尼。结果表明:转捩计算得到的攻角范围比全湍流结果窄,同时转捩计算得到气动阻尼随着攻角的增大而逐渐高于全湍流结果,攻角为负值时两者相差较小;转捩和全湍流计算得到的气动阻尼在叶间相位角接近0°时差别较小,但在远离0°时差别较大;转捩影响通过叶片表面压力幅值和相位角改变叶片表面的气动功密度分布,并且主要通过影响压力相位角影响整体气动阻尼;在不同攻角和叶间相位角下,转捩和全湍流计算得到的压力相位角差别较大,导致整体气动阻尼不同;当压气机叶片表面中部存在明显的转捩现象并且攻角较大时,气动阻尼的计算需要考虑采用转捩模型。

关键词：转捩气动阻尼攻角叶间相位角压气机

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基于神经网络的多参数气膜有效度模型研究

热能动力工程 2024年第10期 66-75页

作者：胡家兴任晓栋胡博顾春伟清华大学能源与动力工程系燃气轮机研究所

气膜冷却是燃气轮机高温透平重要的冷却方式，其冷却效果受多个参数的影响。本文采用BP及LSTM神经网络方法，建立了兼顾气膜孔的孔型、孔倾角、侧倾角、相对曲率强度、吹风比、孔位置以及相对流向位置等多参数影响的单排孔曲面气膜冷却... 详细信息

气膜冷却是燃气轮机高温透平重要的冷却方式，其冷却效果受多个参数的影响。本文采用BP及LSTM神经网络方法，建立了兼顾气膜孔的孔型、孔倾角、侧倾角、相对曲率强度、吹风比、孔位置以及相对流向位置等多参数影响的单排孔曲面气膜冷却系统侧向平均绝热气膜冷却效率(气膜有效度)预测模型。采用文献中的试验数据对CFD方法的准确性进行验证，基于验证后的CFD方法以燃气轮机透平叶片气膜冷却的实际运行工况为基准建立了数据库。结果表明：采用LSTM神经网络训练得到的模型在拟合精度上优于BP神经网络，但训练时间成本较高；基于LSTM神经网络的多参数气膜有效度模型具有较强的预测能力和泛化能力，可为气膜冷却优化设计提供有效的工具。

关键词：高温透平气膜有效度神经网络多参数

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两相并联换热通道间流量分配特性实验研究

西安交通大学学报 2024年第1期58卷 99-107页

作者：辛鹏飞王文上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为提高两相流动换热通道的换热能力及系统性能,探究其并联换热通道中流量分配不均的特征,开展了以水为工质的两并联通道换热实验,对流量分配不均所带来的参数变化进行研究。实验参数变化主要包括进口温度、热流密度、进口流量,以及外部... 详细信息

为提高两相流动换热通道的换热能力及系统性能,探究其并联换热通道中流量分配不均的特征,开展了以水为工质的两并联通道换热实验,对流量分配不均所带来的参数变化进行研究。实验参数变化主要包括进口温度、热流密度、进口流量,以及外部扰动、集管结构带来的流量分配差异。将实验结果与模型计算结果进行了对比,结果表明:并联换热通道间流量分配不均时,优先沸腾通道中流量较少,未沸腾通道出口温度明显降低;增加进口温度、增加热流密度、降低进口流量会导致流量分配不均的出现,其产生和消失对应的进口温度、热流密度、进口流量分别变化了24.8℃、175.6 W/m、19.8%,并存在滞后现象;扰动会加速流量分配不均的出现,对应进口温度相差3.2℃;集管结构会影响优先沸腾通道的位置,单相状态下流量较少的通道倾向于优先沸腾。研究结果可为提高并联换热通道流量分配的均匀性提供参考。

关键词：并联换热通道流量分配两相流流动换热

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等离子体拓展氨/空气预混旋流火焰贫燃极限

燃烧科学与技术 2024年第5期30卷 457-465页

作者：王宇孔成栋乌晓江张忠孝上海交通大学机械与动力工程学院热能工程研究所上海200240

为探究等离子体对氨-空气预混旋流火焰贫燃极限及燃烧效率的影响规律,将等离子体等效为热源,结合计算流体力学(CFD)燃烧模拟手段分析不同当量比及等离子体放电位置下氨的燃烧特性.结果发现,布置等离子体等效热源后,氨-空气贫燃极限从0.8... 详细信息

为探究等离子体对氨-空气预混旋流火焰贫燃极限及燃烧效率的影响规律,将等离子体等效为热源,结合计算流体力学(CFD)燃烧模拟手段分析不同当量比及等离子体放电位置下氨的燃烧特性.结果发现,布置等离子体等效热源后,氨-空气贫燃极限从0.82降至0.78以下,但同时伴随燃烧效率的下降.其原因主要在于等离子体放电输入热量可维持局部高温来防止火焰吹熄并提高局部火焰传播速度.然而,随当量比下降等离子体作用范围减小,导致部分氨逃逸进而引起燃烧不充分及燃烧效率下降.

关键词：等离子体助燃氨燃烧贫燃极限燃烧效率

基于三段四次载荷控制的离心泵叶轮设计方法及试验研究

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清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：鲁阳平谭磊清华大学能源与动力工程系水圈科学与水利工程全国重点实验室

针对离心泵叶片载荷控制精度低、高效运行区间窄的难题,该文基于三段四次函数控制叶片载荷分布,提出了一种离心泵叶轮设计方法。该方法将叶片载荷沿叶轮进口到出口分为进口段、中间段和出口段,每段给定四次函数型载荷分布规律,构建基于... 详细信息

针对离心泵叶片载荷控制精度低、高效运行区间窄的难题,该文基于三段四次函数控制叶片载荷分布,提出了一种离心泵叶轮设计方法。该方法将叶片载荷沿叶轮进口到出口分为进口段、中间段和出口段,每段给定四次函数型载荷分布规律,构建基于三段四次载荷控制的叶轮设计方法。基于本文提出的设计方法,设计了一台比转速为102的离心泵,并对其能量特性和流场特性开展了数值模拟。结果表明,相比基准叶轮,优化叶轮在多工况点下的平均效率提高了5.35%,且具有宽广的高效运行区间。优化叶轮内部压力分布更加均匀,流线分布更加合理。最后,本研究加工了离心泵叶轮和泵体,搭建了流体机械综合性能试验台,试验测量结果表明离心泵最高效率为78.20%,满足设计要求。

关键词：离心泵三段四次载荷控制叶轮设计数值模拟试验研究