地下水渗流对中深层地埋管取热性能的影响规律

中深层地热能是我国重点发展的可再生能源,中深层地下水渗流会对埋管取热性能和取热可持续性产生重要影响,但其影响规律在长时间、多周期情况下尚不明确。为此,基于自主开发的埋管与地层双向耦合传热解析模型,通过一原位试验井参数,研究了埋管在单个取热期、多取热周期情况下的性能,并通过变化率、降低程度等重要参数定量评估了地下水渗流的影响。研究结果表明：(1)单个取热期中,地下水渗流对埋管出口温度和取热功率的增幅作用在取热初始时刻很小,随着运行时间累积而增长;(2)单个取热期中,当试验井中达西速度大于3×10^-7 m/s时,含水层中的局部降低程度才低于无含水层,此时增强了局部取热可持续性;(3)多周期取热时,在各个达西速度下,取热期瞬态阶段的取热性能随运行年限的降低程度要高于取热期稳定阶段;(4)多周期取热中达西速度在4×10^-7 m/s以上时局部降低程度近似为0,此时每年取热期的取热性能维持不变。结论认为,建立的中深层地埋管与地层双向耦合传热解析模型,分析了埋管取热性能随地下水渗流速度的变化规律,为我国中深层地热能的开发利用奠定了基础。     

联体泵-马达壳体内流场功率损失特性

联体泵-马达工作过程中由于流场功率损失过大,造成摩擦副磨损、压力供给不足、旋转部件发热等问题,降低整机的可靠性和寿命。采用了Mixture多相流模型及自编程的网格变形运动控制程序,建立了联体泵-马达壳体内部流场功率损失特性数值仿真模型。通过分析连体泵-马达壳体内油-空气两相流场中涡结构和湍流参数,揭示了壳体内流场功率损失产生机理及分布特性,并研究了转速和泵斜盘倾角对功率损失的影响规律。结果表明:流场涡结构及湍动能较高区域均集中在柱塞及缸体转动区域,该区域的搅拌损失占比为98.91%,湍流耗散损失占比为60.66%,是壳体内流场功率损失主要来源区。转速的增加导致流场湍动能升高,流场总损失增加;转速从955 r/min增大至3000 r/min后,流场总损失增加了1441.36 W。泵斜盘倾角的变大,使马达侧转速增加,流场更紊乱,流场总损失增加;泵斜盘倾角从0°增大至17.5°,流场总损失增加了1077.04 W。     

联体泵-马达壳体内部流动传热特性

联体泵-马达在正常运行过程中,冲洗冷却流动并非直接作用于摩擦副发热位置,使壳体内部的流场存在局部过热的风险,影响整机可靠性和寿命。因此采用了Mixture多相流模型及自编程的网格变形运动和轴承出口控制程序,建立了泵-马达壳体内部流场流动传热特性数值仿真模型并进行了实验验证,模拟分析了油-空气两相流场和温度场,揭示局部热点形成位置和机理,最后设计了冲洗冷却方案。结果表明:泵侧温度沿周向均匀分布,马达侧温度呈上高下低分布,流场最高温度在球碗表面;分散布置泵侧和马达侧出口位置及增大冲洗量可降低流场最高温度,冷却冲洗入口分散布置可改善流场温度分布的均匀性。     

多孔石墨烯气体分离膜分子渗透机理

通过分子动力学方法模拟了4种不同气体分子(He,H2,N2和CH4)在多孔石墨烯气体分离膜中的穿透过程,揭示了气体分子穿透石墨烯纳米孔的渗透机理,指出分子的渗透不仅与其动力学参数有关,如分子直径和质量,还与分子在石墨烯表面的吸附有关。石墨烯表面的吸附层给气体分子的渗透提供了一个额外的路径,因此分子在石墨烯表面的吸附越强,分子的渗透通量越大。同时,不同大小的纳米孔下H2分子的渗透通量都随着压力的增加而线性增加。     

多孔石墨烯气体分离膜分子渗透机理

通过分子动力学方法模拟了4种不同气体分子（He,H₂,N₂和CH₄）在多孔石墨烯气体分离膜中的穿透过程,揭示了气体分子穿透石墨烯纳米孔的渗透机理,指出分子的渗透不仅与其动力学参数有关,如分子直径和质量,还与分子在石墨烯表面的吸附有关。石墨烯表面的吸附层给气体分子的渗透提供了一个额外的路径,因此分子在石墨烯表面的吸附越强,分子的渗透通量越大。同时,不同大小的纳米孔下H₂分子的渗透通量都随着压力的增加而线性增加。