真空管道结构模拟试验系统研制与试验验证

为研究真空管道运输系统管道结构在真空度和温度载荷作用下的结构力学问题,应用相似理论制作了应力相似比为1的真空管道模型,研制了真空管道结构模拟试验系统。系统由模型管道、真空系统、温度控制系统和数据采集系统4个子系统构成,具备真空度-温度耦合环境的模拟能力。在真空度0~95 kPa、温度30~60℃范围内,可以对真空管道结构力学性能开展试验研究。应用该系统完成了2组测试试验,结果表明,模型管道的结构应力与真空度和温度均呈线性递增关系;真空度和温度对管道结构的作用效果相互独立,对管道横截面不同位置的作用效果差异较大。试验系统实现了对真空管道运行环境的模拟和管道结构力学行为的监测,提供了真空管道力学行为的一种试验方法,为其在水土压力、列车运行载荷等更复杂条件下的力学性能研究奠定了基础。     

LNG低温真空管道真空度测试试验台设计与应用北大核心CSCD

为了研究温度变化对液化天然气(LNG)低温真空管道真空度的影响,文章基于表面温度法与温度场原理测量真空度的方法,设计出了一套基于温度法的高精度测量LNG低温真空管道真空度试验台。该低温真空管道真空度测试试验台以高真空多层绝热作为绝热方式、以多层反射层和隔热层组成的保温层作为绝热材料、以奥氏体不锈钢作为低温绝热管道的材料、以5A分子筛作为吸附残余气体的吸附剂,以低温液体容器、模拟服役管道、低温液体缓冲区、真空度和温度测试单元模拟实际中的真空管道,只需要通过测量真空管道外管外壁温度及对应的环境温度,获得其真空度。文章所设计的LNG低温真空管道真空度测试试验台攻克了目前真空管道中无法直接测量管道真空度的难题。     

基于温度场原理的真空管道真空度测试系统平台设计与实现

为了满足无预留真空度检测口的液化天然气(LNG)低温真空管道真空度的测量,本文提出了基于温度场原理的真空度测试方法,设计并实现了基于温度场原理的低温真空管道真空度测试系统平台。该低温真空管道真空测试系统结构简单、成本低廉、使用方便,主要包括内管、隔热层、外管、温度传感器和数据采集系统等组件:内管里填充了低温液体,隔热层内层为玻璃纤维纸、外层为铝箔,外管将内管封闭在内且其上有抽真空口以及真空计连接口,温度计测量外管温度,模拟了低温真空管道真空夹层压强对管道保冷性能的影响。主要对真空测试系统中内管道的真空度、外管的温度等相关技术参数进行现场实验验证,实验结果达到了预期的指标要求。     

低真空管道内侧壁面压强变化规律研究

既有高速铁路进一步提速受限,构建低真空管道运行超高速列车的发展趋势日益明显。建立低真空管道和超高速列车的耦合模型,采用三维、非定常、可压缩湍流算法,运用滑移网格技术,分析列车运行速度、真空管道真空度、阻塞比和环境温度对管道壁面压强的影响。研究表明,同一列车运行速度、同一低真空管道的真空度、横断面积和环境温度下,管道壁面同一横断面和纵断面的测点压强变化规律一致,但压强波动幅值和响应时间不同。低真空管道壁面压强幅值与管道环境压强成线性递增关系,与运行速度的二次方成正比,与阻塞比成线性递增关系,基本不受温度影响;真空管道真空度越低,运行速度越高,阻塞比越大,低真空管道壁面压强波动幅值越大。     

低真空管道系统性能室内实验研究

为探索低真空管道系统中特定工况下真空泵设备和管道结构性能,本文在搭建低真空管道系统实验平台的基础上,对真空泵设备性能和管道结构变形规律开展试验研究,得出以下结论:管壁压应变随着相对真空度绝对值的增加而增大;相对真空度绝对值的增加可减小管内温度升高引起的拉应变,而温度增加有利于减小相对真空度引起的压应变;不同温度下采用冷...     

真空太阳能集热管烘烤排气高真空系统设计

试验证明X50烘烤排气台的抽真空性能明显优于X35烘烤排气台的抽真空性能。在装载集热管加热烘烤结束时,X35排气台和X50排气台的高阀处的真空度接近相等,为2×10-3Pa;在真空管道端部处的真空度,X50排气台的真空度为5×10-3Pa,X35排气台的真空度为1.7×10-2Pa,明显差于高阀处。根据流导计算和试验结果分析,设计的真空太阳能集热管烘烤排气台的高真空系统,提高了装集热管真空管道边缘处的真空度,缩短了装集热管真空管道边缘处的空恢时间,提高了装集热管真空管道边缘处的极限真空度,并能应急处理抽气时集热管炸裂的情况,最终提高真空太阳能集热管的使用寿命。     

真空管道双层衬砌结构力学特性研究北大核心CSCD

为了保证真空管道运输系统的密封性能,提出了盾构管片与二次衬砌组合的真空管道结构。基于双层衬砌数值仿真模型,以上海淤泥质粘土为模拟地层,分别分析了复合式衬砌结构和叠合式衬砌结构真空管道的内力分布。在与常规盾构隧道内力对比的基础上,分析了复合式和叠合式两种结构形式的真空管道内力分布差异、压差荷载引起的轴力增量及层间接触压力等力学特性,探讨了压差荷载、竖向荷载、结构形式等因素对双层衬砌结构内力的影响规律。结果表明:双层衬砌结构的真空管道在压差荷载作用下对衬砌的弯矩无影响,但会引起轴力增量;当竖向荷载较小时,压差荷载会使真空管道双层衬砌结构产生脱离区,脱离区随着竖向荷载的减小逐渐发展扩大;复合式真空管道的管片、二衬的弯矩量值大于叠合式真空管道;在较大的荷载条件下,复合式真空管道横断面轴力分布不均匀比叠合式真空管道更加凸显。     

透气真空快速泥水分离技术室内模型试验研究

透气真空快速泥水分离技术适用于高含水率高粘粒含量疏浚淤泥的堆场处理,可以快速减小堆场中淤泥的体积,加速堆场的周转利用,并能解决常规真空处理方法中存在的滤层淤堵问题。针对此技术,研制了室内模型试验装置,该装置包含5个主要部分:模型箱、真空抽气系统、透气管道系统、土工织物过滤层系统、监控测读系统,其中模型箱用来盛放淤泥试样;真空抽气系统提供真空负压;3阀门透气真空管道系统能够控制真空度和气流作用,在透气管道中形成真空与气流共同作用的环境;土工织物过滤层系统过滤淤泥中的土颗粒并排出水分;监控测读系统量测真空度、抽水量以及淤泥厚度。通过室内模型试验,验证了透气真空快速泥水分离技术的有效性。     

低真空管道磁悬浮列车温度场数值计算

为了研究低真空管道磁悬浮列车表面温度随着列车运行速度和管道真空度变化的分布及变化规律,本文采用计算流体力学(CFD)数值计算的方法,研究了常导式(EMS)磁悬浮列车在低真空管道中高速运行条件下,车厢表面、设备舱表面和悬浮及导向电磁铁表面的温度分布.建立了包含设备舱、悬浮导向电磁铁和长定子轨道等发热热源的低真空管道磁悬浮...     

管道断面尺寸对真空管道交通建设成本与运营成本的影响

影响真空管道交通建设成本与运营成本的因素很多,其中管道断面尺寸是最主要的影响因素。管道断面越小,显然建设成本越低。但小管道断面意味着阻塞比增加和空气阻力增大,对运营成本的影响并非显然。通过对真空管道中不同阻塞比、不同真空度时列车空气阻力的计算与比较,可知对于相同的空气阻力工况,减小断面所节省的抽真空能耗大于因提高真空度而增加的抽真空能耗。因此,当不考虑真空度提高所造成的维持真空成本的增加时,减小管道断面既是降低真空管道交通建设成本的有效途径,也是降低真空管道交通运营成本的有效途径。     

真空室内表面镀TiZrV抽气层的性能研究

采用直流磁控反溅射法在不锈钢真空管道内表面均匀镀上一层TiZrV薄膜.该薄膜经过激活后具有抽气效应,能够使真空管道由原来的系统气载转变成为管道泵.该薄膜激活温度很低,最低激活温度为180℃.在经过激活后,实验装置远端的真空度与泵口真空度相同,因此压力分布呈直线型.     

深空探测器真空热环境模拟试验系统

空间环境模拟试验主要用于模拟太空的冷黑环境、真空环境及太阳辐射环境,通过热试验验证航天器温控、结构设计的合理性。深空探测器真空热环境模拟系统有效空间为Φ3.35m×5m,设备主要包括真空容器、热沉、氮系统、真空抽气系统、外热流系统、环境监控系统、测控系统等,试验极限真空度3.2×10~(-5)Pa,热沉平均温度≤85K,温度均匀性可达3.5K。系统已完成多次整星试验,系统各项指标均优于设计指标要求。     

海底真空管道合理支撑间距测算模型与数值分析

海底真空管道 (SVT) 是一种适合穿越海峡、海湾的新型交通方式, 其特征是在海床上每隔一定距离修建管墩, 其上铺设管道, 管道内抽成真空, 供车辆高速行驶。由于海水对管道具有浮力作用, 有效抵消管道重力荷载, 减轻管道弯曲应力, 使得管墩对管道的支撑间距可以较大。根据海底真空管道断面结构, 分析管道固有频率取值, 建立基于刚度条件和基于强度条件的支撑间距测算模型, 计算管道自身静荷载、海水浮力荷载, 推导单位长度上车辆许允重量算法, 进而建立基于车辆动荷载的最大支撑间距计算模型。依据各模型, 按钢质管道管径2~3. 4 m, 管壁厚度10~30 mm, 计算管道最大支撑间距, 并进行数值分析。海底真空管道管墩合理支撑间距大于100 m, 最大可达500 m, 必要时中间加设张力腿。主要制约因素不在管道强度方面, 而在于管墩抗压、抗拔和抗横向作用力的能力。提出海底真空管道预浮力法和预重力法概念以及管道设计原理。     

真空管道高速列车气动噪声研究

为了探究真空管道高速列车气动噪声随着列车运行马赫数变化的分布规律,本文对真空管道交通(VTT)系统内高速列车气动噪声的研究主要采用理论研究和数值模拟相结合的方法。采用基于Lighthill声学分析法,建立高速列车的二维模型。运用流体软件FLUENT进行数值模拟,数值计算并分析了低压环境下真空管道内高速列车远场气动噪声的分布规律、频谱特性以及声压等声学指标;然后通过对数值模计算结果的后处理,对气动噪声数值规律总结。结果表明气流流速快、扰动作用强、脉动压力大、湍流活动剧烈的流线型车头为高速列车主要的噪声声源,即列车的气动噪声取决于列车表面脉动压力,脉动压力越强,声压值越大。     

基于FLUENT计算的LNG真空管道泄漏安全分析

LNG （液化天然气Liquefied Natural Gas）具有低温特性,在LNG站内常用真空管道以减少LNG的气化损耗。真空管道的真空度是保证管道绝热的重要因素,一旦LNG管道发生泄漏、真空丧失,管道的绝热性能降低,LNG受热大量气化将造成火灾、爆炸等安全隐患。传统的判断往往利用经验观察或通过现场数据及公式计算对LNG管道泄漏做出判断,具有局限性。本文利用FLUENT数值模拟软件,将LNG管道转化为数学模型,对LNG管道泄漏的温度场进行模拟,分析出真空丧失后管道热量分布,研究管道泄漏后热量变化规律,识别出管道重点危险部位,能科学发现问题,对事故预防、控制具有重要的现实意义,同时为LNG站内的科学管理提供理论依据。     

管道断面外形对亚音速真空管道磁浮系统气动特性的影响

亚音速真空管道磁浮系统内部流场复杂,研究管道断面外形对气动效应的影响至关重要.基于计算流体力学,考虑流体粘性与列车悬浮间隙建立了三维亚音速真空管道列车空气动力学模型,数值模拟并对比分析了四种不同断面外形管道内的气动力、流场和气动热效应.4种典型的管道外形为圆形、马蹄形、矩形和拱形.研究结果表明:当阻塞比一定时,列车在拱...     

低温流量计标定平台冷箱内管道热应力分析

针对冷箱内管道在低温状态下受到的压力、重力以及因降温收缩而产生的应力,根据有限元理论,考虑静压和温度的热固耦合作用,建立以稳态热传导为基础的低温管道热应力模型。对其进行网格无关性验证,并以低温管道的整体结构为研究对象进行数值模拟,得到不同管道在施加温度载荷前后的应力应变情况以及管道在预冷时应力变化规律。结果表明,低温下管道的最大等效应力为135.74 MPa,最大位移量为3.42 mm,管道在预冷过程中最大等效应力为127.3 MPa,满足管道结构的设计要求。     

气象卫星天线消旋系统的热真空试验

为保证同步气象卫星消旋系统能在空间可靠地工作,进行了1年以上的热真空连续运转试验。试件由同步通信卫星消旋系统正样改装而成。包括消旋电机和控制电路盒两大部分。消旋电机轴上装有模拟惯量轮。采用100r/min 的实际卫星转速。试验真空度2×10~(-4)～2×10~(-5)Pa,组件轴承温度-10～50℃。发现温度是影响消旋系统工作性能的最主要因素。温度升高时,轴承摩擦力矩减小。温度降至0℃以下时,摩擦力矩成倍增长。消旋天线的指向控制精度也较低。在真空环境下运转1年多,这个消旋系统工作性能的变化不明显。     

低温流体输送过程中采用贴壁式温度传感器测温时的传热分析

低温流体的输送广泛采用发泡绝热管道和真空绝热管道,采用贴壁式热电阻温度传感器测量管内流体温度时,影响测量精度的因素很多。运用一维稳态径向传热模型和热阻网络分析了发泡绝热结构和真空绝热结构下的热阻组成及热平衡关系,得到了温度传感器所测的温度与管道流体温度以及外界环境温度之间的计算关系式,并定量分析了接触热阻和真空度对输送液氮管道的温度传感器所测温度的影响。     

大口径低温管道变工况漏热特性分析与优化

建立了一个包含辐射漏热、固体导热和残余气体导热分析的复合热力学模型,对高真空绝热低温管道在热边界温度(环境温度)变化、冷边界温度变化(压力变化或者改变流体)和真空度变化等变工况的漏热特性开展了研究。结果表明,热边界温度(环境温度)对漏热量的影响显著高于冷边界温度改变(流体种类改变或者管道内压力变化)导致的影响;当真空度为10—10~(-2) Pa区间,随着真空的改善,漏热量明显变小,不过当真空度优于10~(-3) Pa时,真空的进一步改善对漏热量的影响不再显著。