船用蒸汽蓄热器连续工作过程数学模型及其性能仿真

根据船用蒸汽蓄热器的特点,建立了考虑蒸发(冷凝)相变弛豫时间的船用蒸汽蓄热器连续工作过程数学模型,并利用实验结果验证了模型的准确性,在此基础上利用仿真模型研究了关键参数对于连续充、放汽过程动态特性的影响。船用蒸汽蓄热器的充水系数决定蓄热器的蓄热能力,同时制约着系统的机动性,而充、放汽压力在影响蒸汽能量的储存与转化效率的同时,对于能否优化蓄热器的容积起到关键作用,因此应充分考虑弹射系统对弹射周期、弹射蒸汽压力、弹射所需蒸汽量等参数的要求匹配好两者的关系,使其既能满足弹射效率又能达到舰载机起飞所需的蒸汽参数。     

船用蒸汽蓄热器连续工作过程数学模型及其性能仿真

根据船用蒸汽蓄热器的特点,建立了考虑蒸发（冷凝）相变弛豫时间的船用蒸汽蓄热器连续工作过程数学模型,并利用实验结果验证了模型的准确性,在此基础上利用仿真模型研究了关键参数对于连续充、放汽过程动态特性的影响。船用蒸汽蓄热器的充水系数决定蓄热器的蓄热能力,同时制约着系统的机动性,而充、放汽压力在影响蒸汽能量的储存与转化效率的同时,对于能否优化蓄热器的容积起到关键作用,因此应充分考虑弹射系统对弹射周期、弹射蒸汽压力、弹射所需蒸汽量等参数的要求匹配好两者的关系,使其既能满足弹射效率又能达到舰载机起飞所需的蒸汽参数。     

不同运行条件下船用蒸汽蓄热器的充汽特性

船用蒸汽蓄热器的充汽过程涉及复杂的汽液两相质量、能量传递过程,其充汽特性对于舰载机弹射过程至关重要。借助小型船用蒸汽蓄热器实验系统进行了不同运行条件下的充汽特性实验。实验结果表明:在充汽过程中工质水的温度出现了分层现象,蓄热器底层水温较低,上层水温较高;充汽结束后蓄热器压力随着其内部工质由非平衡态过渡为平衡态的过程出现反向降低并最终稳定的现象;由不均衡势差引起的压降比随着储存水质量的减小和单位时间注入能量的提升而变大;充汽流量、充汽初压、初始水位对蓄热器充汽特性影响显著,在实际应用中应结合弹射自身需求对工作参数进行合理设置。     

不同载荷下瞬态放汽过程特性仿真

以美国某型弹射器为研究对象,建立蓄热器非平衡热力过程数学模型和基于牛顿定律和气体动力学的飞机力学模型,基于美军标实际数据进行了仿真验证。对不同飞机质量弹射过程进行动力学与热力学综合仿真研究,结果表明：当飞机质量为8、20、35 t时,弹射末速度均大于72 m/s,弹射最大加速度均小于6g,弹射时间均小于3 s;飞机质量越大,蓄热器放汽质量越多,蓄热器最终压力越小,开槽汽缸压力下降越缓慢,开槽汽缸漏汽质量越多     

不同充放汽条件下的锅炉-蓄热器系统动态特性

以锅炉-蓄热器系统为研究对象,采用集总参数法建立了相应的数学模型,并通过仿真与实验相结合的方式,对两种不同充放汽条件下的系统动态特性进行了研究分析。结果表明所建模型能够正确地反映出系统的动态特性,可为系统的设计优化与安全运行提供一定的参考。进一步分析可知,连续充放汽过程蓄热器从压力下限充到上限每次需要57s,而间断充放汽过程则需要67s,时间明显变长;同时对于某些需要周期性间断或瞬间大负荷用汽量的场合,在消除供汽锅炉负荷的较大波动、稳定供汽压力、提高锅炉效率等方面,连续充放汽的效果更为显著。     

不同充放汽条件下的锅炉-蓄热器系统动态特性

以锅炉-蓄热器系统为研究对象,采用集总参数法建立了相应的数学模型,并通过仿真与实验相结合的方式,对两种不同充放汽条件下的系统动态特性进行了研究分析。结果表明所建模型能够正确地反映出系统的动态特性,可为系统的设计优化与安全运行提供一定的参考。进一步分析可知,连续充放汽过程蓄热器从压力下限充到上限每次需要57 s,而间断充放汽过程则需要67 s,时间明显变长;同时对于某些需要周期性间断或瞬间大负荷用汽量的场合,在消除供汽锅炉负荷的较大波动、稳定供汽压力、提高锅炉效率等方面,连续充放汽的效果更为显著。     

船舶蒸汽蓄热器放汽管路热冲击特性预测

船舶放汽管路具有放汽周期短、热冲击能量高、负荷波动大的特点,其运行特性直接影响蒸汽蓄热器的安全稳定工作。以典型船舶蒸汽蓄热器放汽管路为原型,采用标准k-ε模型计算湍流脉动过程,通过数值模拟的方法计算了船舶蒸汽蓄热器放汽管路的水动力特性,获得流速、压力、湍动能及壁面剪切应力等参数的分布规律,基于流致振动而诱发流体热冲击的机理,揭示了与流致振动密切相关的热冲击能量图谱。计算结果显示,在高温高压饱和蒸汽掺混流动过程中,三通管区域呈现蒸汽冲击流速高,湍流脉动剧烈,壁面剪切应力大的特点;基于蒸汽热冲击能量分布图谱,放汽管路上弯管和三通管件局部区域蒸汽热冲击能量较大,其中三通管热冲击能量最大,可以预测三通管件承受的热冲击破损最严重,实物检测破损数据验证了数值预测结果。     

交替充汽方式下双蒸汽蓄热器系统动态特性仿真

为了研究双蒸汽蓄热器系统的动态特性,采用集总参数法建立相应的数学模型,进行直接交替和间接交替两种充汽方式的动态仿真。仿真结果表明：直接交替充汽方式充汽时间减少2.6 s,压力波动更小;相同充汽方式下,汽包压力波动 < 过热蒸汽压力波动 < 供汽母管压力波动;直接交替充汽方式燃油量节省率为7.45%。通过数据对比分析可得：直接交替充汽方式具有充汽速度快、压力波动小、燃油经济性好的优点。     

不同放汽阀流量特性对弹射过程的影响规律

研究对象为某型蒸汽弹射装置,建立了系统的热力过程数学模型和飞机的力学模型,建立弹射装置的仿真模型并对其进行了可靠性验证,对分别选用快开阀、线性阀、抛物线阀、对数阀的蒸汽弹射装置动态性能进行了仿真研究。仿真计算结果表明：当其他参数均一致,选用具有不同流量特性的阀门时,弹射耗汽量相差不大,均在560 kg左右,弹射过程时间：快开阀<线性阀<抛物线阀<对数阀,且弹射时间均在3 s以内,选用线性阀与抛物线阀时,汽缸内压力曲线更为平稳,飞机最大加速度也较小,分别为40.97与42.80 m/s²,飞机最终起飞速度均大于75 m/s。     

交替充汽方式下双蒸汽蓄热器系统动态特性仿真

为了研究双蒸汽蓄热器系统的动态特性,采用集总参数法建立相应的数学模型,进行直接交替和间接交替两种充汽方式的动态仿真。仿真结果表明:直接交替充汽方式充汽时间减少2.6s,压力波动更小;相同充汽方式下,汽包压力波动过热蒸汽压力波动供汽母管压力波动;直接交替充汽方式燃油量节省率为7.45%。通过数据对比分析可得:直接交替充汽方式具有充汽速度快、压力波动小、燃油经济性好的优点。     

水蒸气超音速非平衡流动的变压凝结特性

对水蒸气超音速非平衡凝结流动进行了数值模拟,研究了水蒸气超音速流动过程中的非平衡相变及凝结激波现象,揭示了激波与核化凝结流动之间相互作用的非平衡流动规律。着重研究了水蒸气超音速非平衡凝结相变的变压凝结特性,归纳了压力对核化凝结、激波形态的影响规律,给出了进口蒸汽压力变化对蒸汽过饱和度、蒸汽核化率等凝结参数的作用规律。     

湿蒸汽非平衡凝结流动的热力学特性

水蒸气凝结两相流动呈现高度的非平衡特性。目前,凝结参数都是利用半经验公式得出,很少考虑两相间传热温差以及耦合问题。在湿蒸汽两相流输运方程的基础上,建立了一种准确简单的凝结成核和水滴生长模型,采用具有较好激波捕获效果的高精度二阶TVD格式进行离散,计算了湿蒸汽非平衡凝结流动参数及凝结冲波分布。着重研究了湿蒸汽非平衡凝结流动的热力学特性,讨论了进口压力对凝结特性的影响,归纳了进口过冷度对成核率、水滴数、凝结冲波形态的变化规律。研究表明:进口压力增加,凝结位置逐渐向上游移动;进口过冷度降低,凝结位置向下游移动,达到较高的Mach数后,才会出现凝结成核;进口过冷度越高,非平衡凝结相变产生的湿度越高。凝结冲波出现后,湿蒸汽沿喷管继续高速流动,其流动规律与等熵流动相似。     

水蒸气超音速流动中非平衡相变的温度特性

引入水蒸气非平衡相变的动力模型和水蒸气真实物性模型的基础上,建立了水蒸气超音速非平衡流动的守恒型数值计算模型,采用对激波捕捉具有高精度和高分辨率的Roe-FDS格式进行计算,数值求解了水蒸气超音速流动过程中的非平衡相变及凝结激波现象。着重研究了水蒸气超音速非平衡凝结相变的温度特性,归纳了水蒸气超音速非平衡流动的凝结特性随温度的变化规律,归纳了蒸汽温度变化对核化凝结、激波形态的影响规律。研究发现,入口温度对蒸汽超音速流动中的非平衡相变具有显著的影响,进口温度越低,非平衡核化凝结爆发的越早,产生的液滴粒径越大;随着进口温度的升高,非平衡凝结相变的起始点逐渐向喷管出口方向移动,蒸汽需要在缩放喷管中加速膨胀到较高马赫数下达到较高的过饱和度和过冷度时才能产生核化凝结,而成核率也相应较高。     

不同充汽方式下供汽系统动态特性仿真

以供汽系统为研究对象,采用集总参数法建立相应的数学模型,进行充汽阀自动控制充汽和旁通阀自动控制充汽两种充汽方式的动态仿真。结果表明：旁通阀自动控制充汽时完成3次充放汽时间为76.3 s,充汽阀自动控制充汽时完成3次充放汽时间为62.9 s,充汽阀自动控制充汽时平均每次充汽时间减少4.5 s;两种充汽方式关键参数在充汽阶段均维持较为稳定,在阀门切换阶段存在较大波动,但压力波动均小于0.2 MPa;相同充汽方式下,汽包压力波动< 过热蒸汽压力波动< 供汽母管压力波动。     

复合材料高压储氢气瓶快速充放氢过程中的温度效应研究

氢能的利用离不开氢的储运这个关键环节,高压储运是目前氢气储运的主要方式。高压快速充放氢会发生温度快速升高和降低问题,从而影响储运设备的使用寿命。主要研究了车载复合材料高压气瓶在快速充放氢过程中的温度效应,并对温升后的充氢量进行了计算。为了确保复合材料气瓶的温升在100℃以下,经过大量试验确定了温升不超过复合材料气瓶允许温度的快速充氢方式。