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多层材料/气冷屏传热二维模型与绝热性能

华中科技大学学报(自然科学版) 2024年第7期52卷 119-125页

作者：黄奕宁王磊马原厉彦忠西安交通大学能源与动力工程学院

为更加准确地指导低温贮箱多层绝热(VD-MLI)/气冷屏(VCS)复合绝热结构的设计，建立了VD-MLI/VCS二维模型．考虑了VCS内蒸气升温对绝热性能空间分布的影响，并就传统一维模型和新建二维模型的预测能力与复合绝热结构的传热规律开展了对... 详细信息

为更加准确地指导低温贮箱多层绝热(VD-MLI)/气冷屏(VCS)复合绝热结构的设计，建立了VD-MLI/VCS二维模型．考虑了VCS内蒸气升温对绝热性能空间分布的影响，并就传统一维模型和新建二维模型的预测能力与复合绝热结构的传热规律开展了对比分析．结果显示：VCS布置于VD-MLI第16层时漏热热流最小，为0.11W/m2，最小漏热处一维模型对贮箱漏热量产生9%的低估；沿氢气流动方向贮箱漏热热流从0.02 W/m2升高至0.23 W/m2,VCS冷却效果逐渐减弱．VD-MLI/VCS绝热结构的温度场随VCS的位置改变呈现不同形式的二维分布，造成贮箱各处绝热性能不一致，建议在VD-MLI总厚度的26.7%～68.3%内布置VCS.

关键词：变密度多层绝热气冷屏低温贮箱二维建模绝热性能

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等离子体激励下的凹槽叶顶气膜冷却性能

西安交通大学学报 2024年第1期58卷 42-53页

作者：徐柯文何坤晏鑫西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

通过将等离子体激励力耦合至雷诺时均NS方程组的动量方程中,数值研究了等离子体控制下的燃气透平凹槽叶顶的气膜冷却性能,分析等离子体激励强度、激励频率对凹槽叶顶气膜冷却效率和总压损失的影响,提出了一种改善凹槽底部冷却气膜覆盖... 详细信息

通过将等离子体激励力耦合至雷诺时均NS方程组的动量方程中,数值研究了等离子体控制下的燃气透平凹槽叶顶的气膜冷却性能,分析等离子体激励强度、激励频率对凹槽叶顶气膜冷却效率和总压损失的影响,提出了一种改善凹槽底部冷却气膜覆盖的非均匀等离子体控制策略,阐明了等离子体激励对叶顶间隙内冷热气流的作用机制。研究结果表明:凹槽下游等离子体激励可有效抑制上游冷气对下游冷气的卷吸,且抑制作用随着激励强度、激励频率的增加而增强。激励强度较小时,上游冷气未对下游冷气造成卷吸,尾缘处气膜冷却性能较好;随着激励强度增大,尾缘冷气被上游冷气吹离凹槽底部,但中部气膜冷却性能较好。激励强度Ds为204时,凹槽底部平均气膜冷却效率相比无激励时提升了25.11%。激励频率与激励强度对叶顶气膜冷却性能的影响规律类似。当激励强度Ds为156,激励频率Dθ为6.25和Dθ为8.75时,凹槽底部平均气膜冷却效率相比于无激励时分别提升了28.71%和29.27%。施加非均匀等离子体控制时,凹槽底部平均气膜冷却效率比无激励时提升了39.12%。施加等离子体激励后,叶栅总压损失几乎不变。

关键词：燃气透平凹槽叶顶等离子体激励气膜冷却

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双股射流撞击雾化的无网格MPS法数值研究

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1385-1394页

作者：崔龙豪孙一颉周子棋孙中国席光西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为研究质量流量和撞击角对双股射流撞击雾场的影响规律,采取移动粒子半隐式(MPS)法对双股射流撞击雾化过程进行数值模拟,针对数值模拟结果提出了用于液滴空间弥散状态研究的染色法并对雾场进行后处理分析。首先通过对泊肃叶流动和方形... 详细信息

为研究质量流量和撞击角对双股射流撞击雾场的影响规律,采取移动粒子半隐式(MPS)法对双股射流撞击雾化过程进行数值模拟,针对数值模拟结果提出了用于液滴空间弥散状态研究的染色法并对雾场进行后处理分析。首先通过对泊肃叶流动和方形液滴变圆的模拟,验证了充分发展速度进口模型和表面张力模型的正确性:随后通过分析质量流量和撞击角对雾化特性参数的影响,得到了典型工况下雾化后液膜生成并破碎为液丝、液丝发展为液滴的全过程。最终得到结论:质量流量从5g/s增加到25g/s,液滴平均粒径减少80.00%,雾化角增加42.13%;撞击角从30°增加到90°,液滴平均粒径减少94.22%,雾化角增加59.95%;当质量流量为20g/s,撞击角为75°时,雾化场能达到相对最优的状态。

关键词：移动粒子半隐式方法双股射流雾化过程

实际风况下萨沃纽斯风力机集群性能及布局规律研究

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西安交通大学学报 2024年第4期58卷 85-95页

作者：齐文闯陈云瑞郭朋华邹瀚森李景银西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为探究风况条件对萨沃纽斯风力机集群功率输出和安装方向的影响,基于变转速控制策略和计算流体力学仿真结果,获得了集群在我国8个典型站点不同安装方向下的输出功率,分析了集群在实际风况下的最佳布局规律,并验证了规律的普适性。仿真... 详细信息

为探究风况条件对萨沃纽斯风力机集群功率输出和安装方向的影响,基于变转速控制策略和计算流体力学仿真结果,获得了集群在我国8个典型站点不同安装方向下的输出功率,分析了集群在实际风况下的最佳布局规律,并验证了规律的普适性。仿真结果表明:在沈阳、厦门、昆明、呼和浩特、青岛、喀什、大连以及郑州8个站点合理安装集群,可使单台机组的输出功率分别提升至原来的1.14、1.23、1.31、1.20、1.21、1.24、1.12、1.11倍;对于有明显单一主风能风向的地区,集群应正对此方向摆放;对于两个主风能风向相位差较大的地区,需选择两者中周围风能更丰富的方向排布集群;对于有3个主风能风向、主风能风向不明显或风能分布比较均匀的地区,应先使机组相互格挡的方位避开风能相对集中区,再选择风能资源较丰富的方向排布集群。该研究可使实际风况下萨沃纽斯风力机集群耦合增益最大化,并为复杂风场条件下集群安装方向的选择提供参考。

关键词：变转速控制萨沃纽斯风力机集群耦合增益安装方向

燃气透平榫头/榫槽装配间隙流动与换热特性研究

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西安交通大学学报 2024年第5期58卷 88-98页

作者：刘钊孙睿樊远航丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为精确设计燃气轮机二次空气系统,针对燃气透平动叶榫头/榫槽间隙内的流动与换热问题开展研究。以燃气透平动叶榫头/榫槽配合面S形间隙结构为研究对象,试验研究了榫头/榫槽装配间隙内的流阻与换热特性,并数值分析了其详细流动结构。首先... 详细信息

为精确设计燃气轮机二次空气系统,针对燃气透平动叶榫头/榫槽间隙内的流动与换热问题开展研究。以燃气透平动叶榫头/榫槽配合面S形间隙结构为研究对象,试验研究了榫头/榫槽装配间隙内的流阻与换热特性,并数值分析了其详细流动结构。首先,采用压力扫描阀和热色液晶测温技术测量了榫头/榫槽内的流阻和努塞尔数分布。然后,利用试验结果对所采用的数值计算方法进行了考核,并进行了网格无关性验证。最后,详细分析了5种雷诺数、5种结构参数榫头/榫槽高度及5种间隙宽度下榫头/榫槽装配间隙结构内部流动与换热特性。结果表明:在试验测量范围内,左侧壁面的平均努塞尔数始终比右侧高10%左右;随着雷诺数的增大,榫头/榫槽装配间隙的阻力损失系数和换热强度均逐渐增大,当雷诺数从15000增大到35000时,平均阻力系数增大了2倍,两侧面整体平均努塞尔数均增大了1.1倍;随着榫头/榫槽装配间隙相对高度的增大,阻力损失系数及壁面努塞尔数均逐渐减小;随着榫头/榫槽装配间隙宽度的增大,试验范围内平均阻力系数增大了30.7%,左右两侧面平均努塞尔数分别增大了95.5%和94.9%。

关键词：榫头/榫槽装配间隙流动特性换热特性

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高压共轨柴油机国产芯片控制系统研究

西安交通大学学报 2024年第6期58卷 43-52页

作者：杨博吴欣宸董霈刘兵西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对现有高压共轨柴油机电控单元高度依赖进口芯片、自主不足的问题,提出了基于全国产芯片的高压共轨柴油机电控单元方案。所设计的国产控制单元选用兆易创新的GD32F450芯片为控制核心,承担发动机数据采样、处理、存储与控制任务。首先... 详细信息

针对现有高压共轨柴油机电控单元高度依赖进口芯片、自主不足的问题,提出了基于全国产芯片的高压共轨柴油机电控单元方案。所设计的国产控制单元选用兆易创新的GD32F450芯片为控制核心,承担发动机数据采样、处理、存储与控制任务。首先,采用Boost升压电路提供喷油器峰值电流,利用分立器件设计双边驱动与电流反馈电路,在不依赖进口专用芯片的条件下,对喷油器驱动电流进行闭环控制;然后,基于FreeRTOS操作系统,开发高压共轨柴油机底层驱动软件,实现对不同任务调度周期的精准控制;最后,对所设计的电控单元进行了实验验证。结果表明,所设计的国产高压共轨柴油机电控单元功能齐全、工作稳定,双边驱动电路典型峰值电流为22 A,维持电流为10 A,最小喷射间隔时间为200μs,多次喷射性能与Bosch系统相当。发动机不同转速条件下任务调度周期精准、实时性好,研究证实了高压共轨柴油机电控单元全国产化方案的可行性,对推动发动机电控技术自主可控提供了有益参考。

关键词：高压共轨柴油机电子控制单元国产芯片底层软件 FreeRTOS操作系统

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基于熵产理论的高负荷离心叶轮流动损失分析研究

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工程热物理学报 2024年第5期45卷 1350-1358页

作者：李童希王志恒王震飞张代男西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

高负荷离心叶轮被广泛应用于小型航空发动机中,了解其内部流动损失特性对进一步提升离心压气机性能有着至关重要的作用。本文采用熵产理论,对高负荷离心叶轮内的损失来源和分布特性进行分析。研究结果表明,湍流黏性耗散引起的熵产是总... 详细信息

高负荷离心叶轮被广泛应用于小型航空发动机中,了解其内部流动损失特性对进一步提升离心压气机性能有着至关重要的作用。本文采用熵产理论,对高负荷离心叶轮内的损失来源和分布特性进行分析。研究结果表明,湍流黏性耗散引起的熵产是总熵产的主要组成部分,叶顶泄漏、流动分离为叶轮内流动损失的主要来源。随着质量流量和转速的增加,流动分离逐渐加剧,总熵产增大,但各熵产来源的占比基本保持不变。当质量流量增加时,叶顶泄漏流强度增大,分流叶片吸力面上的流动分离位置逐渐向叶顶方向迁移。当转速增加时,叶顶泄漏流影响范围扩大,分流叶片上的分离位置向上游叶根迁移。

关键词：高负荷离心叶轮熵产理论流动损失

锌灰资源化回收及超临界水热合成纳米氧化锌系统工艺

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西安交通大学学报 2024年第3期58卷 193-203页

作者：刘璐王树众刘伟张宝权刘慧刘辉赵君安西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为了对锌灰进行资源化回收及对其经济性进行分析,将湿法回收工艺和超临界水热合成技术相结合,将锌灰生成价值较高的纳米氧化锌产品,采用Aspen Plus软件平台,建立了完整的系统工艺,并分析了系统运行过程中的物料成本及能耗成本。在硫酸... 详细信息

为了对锌灰进行资源化回收及对其经济性进行分析,将湿法回收工艺和超临界水热合成技术相结合,将锌灰生成价值较高的纳米氧化锌产品,采用Aspen Plus软件平台,建立了完整的系统工艺,并分析了系统运行过程中的物料成本及能耗成本。在硫酸浓度为2 mol·L^(-1)、固液比为1∶8、浸出温度为50℃、浸出时间为2 h、搅拌器转速为300 r·min^(-1)的条件下,锌灰中锌的浸出率达到了95%以上。除杂过程除去了Fe、Al、Ni、Cu等杂质,除杂后的溶液中锌的质量分数达到了97%。利用锌灰浸出液在400℃和25 MPa的超临界条件下,合成了平均粒径为26 nm的纳米氧化锌,晶体结晶度良好,纯度较高。通过与纯物料所合成的纳米氧化锌进行对比,验证了该技术的可行性,显著提升了系统运行的经济性。

关键词：锌灰资源化回收超临界水热合成纳米氧化锌高值化利用

压缩空气与热化学复合储能系统反应器动态性能研究

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西安交通大学学报 2024年第2期58卷 1-11页

作者：姚尔人仲理科邹瀚森李瑞雄席光王焕然西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对压缩空气与热化学复合储能系统中,由于压缩机的波动运行而导致的反应器不稳定运行问题,通过建立热化学反应过程完备的数理模型,探究了不同工况参数对反应器内工质传热特性和甲醇裂解性能的影响规律,进而建立了反应器的运行调控策略... 详细信息

针对压缩空气与热化学复合储能系统中,由于压缩机的波动运行而导致的反应器不稳定运行问题,通过建立热化学反应过程完备的数理模型,探究了不同工况参数对反应器内工质传热特性和甲醇裂解性能的影响规律,进而建立了反应器的运行调控策略,以实现其内部热能到化学能的高效稳定转化。研究结果表明:在反应器的变工况运行过程中,反应器内反应物和空气温度在气体流动方向分别呈现升高和降低的趋势;甲醇裂解率随空气流量和反应器空气侧入口温度的增加而增加,随甲醇流量的升高而逐渐降低,反应器空气侧入口温度的扰动对甲醇裂解率的影响程度最大,而反应器内甲醇裂解率对甲醇流量扰动的响应速度最快;通过建立前馈加反馈调控策略,分别控制进入反应器和压缩机的工质流量,在压缩机85%~110%的输入功率范围内,反应器可在1000 s内实现95%的甲醇裂解率,证明了所提出调控策略的快速响应性和有效性。

关键词：压缩空气复合储能甲醇裂解动态性能调控策略