SF6断路器灭弧室内电弧特性参数间的相互关系研究

电弧特性是研究断路器开断性能的关键要素之一.本文基于灭弧室热态气流场仿真技术,以252kV压气式SF6断路器灭弧室为结构模型,深入研究了断路器开断期间,灭弧室内电弧特性参数间的相互关系.研究结果表明:在电弧存在的区域,气体的压力较高,气体的密度较小;电位线分布密集的区域,电弧的温度较高;速度的分布与电弧的温度分布相反;激波会引起气体压力下降,电弧半径增大,电弧温度降低;在激波存在的区域,气体的流速可达超音速.研究工作为直观地理解灭弧室内气流场的分布、分析电弧特性参数间的作用规律提供了参考.     

非对称射流喷嘴MILD氧燃烧模拟研究

MILD氧燃烧技术是由MILD燃烧技术发展而来的一种更加节能减排的技术。为了找到一种更有利于MILD氧燃烧实现的喷嘴结构,本文设计了一种单侧倾斜的喇叭口喷嘴,通过改变非对称喷嘴喇叭口开口方向设置了4种不同的喷嘴结构,在各种参数相同的条件下进行了数值模拟研究,并通过速度场与涡量场、组分场、温度场几个方面对非对称喷嘴进行了对比分析。结果表明:非对称射流喷嘴可以将射流气体打散成诸多小体积微团,不同喷嘴结构中大动量喷嘴倾斜角方向影响流场的偏移方向,且影响回流区域的分布;其中喷嘴倾斜面向外放置的喷嘴结构打散气流产生的小体积微团扩散效果最好,CO体积分数最小,回流烟气对O2稀释效果最好,温度分布最均匀,最有利于MILD氧燃烧的实现。     

粒子尺寸和速度对喷嘴叶栅磨蚀特性的影响

应用PIV激光测速仪对某调节级喷嘴叶栅(73A)进行了气固两相流场测量,以研究粒子的尺寸和速度对喷嘴叶栅内粒子运动轨迹及磨蚀特性的影响。实验结果表明:随着固粒尺寸的增加,撞击速度减小,撞击角度和撞击次数增大,叶栅磨蚀大都是大、中粒子造成。粒子的撞击速度与气流速度成正比,气流速度越高,粒子对喷嘴壁面的磨蚀越严重。     

气吹式灭弧室喷口中动态气流场的数值计算

本文从流体力学中的质量连续、动量、能量基本方程组出发,采用特征线法对压气式灭弧室气缸内及喷口内的气动参数进行了计算,对灭弧室在一次动作过程中喷口内气体流动情况得到了一维的详细结构,分析了喷口中流动情况的影响因素。可以看出,反压喷口中的激波出现的位置有重要影响,同时对气流速度、气体温度也具有很大的影响;基压对激波出现的位置影响很小。喷口形状对激波出现的位置、气流速度和气体温度均有影响,因而在开关设计中企求设计出无激波存在的喷口。在一次动作过程中上游气缸内压力的理论计算值与实验值能较好地吻合。     

零区气流场对湍流模型参数C_(1e)敏感度的仿真分析

湍流模型参数的合理设置是气流场仿真中的要素之一。对于电流零区湍流模型的选择及湍流参数的设置,研究者持有不同的观点。文中针对零区气流场对标准k-epsilon湍流模型参数敏感度大小的问题,基于磁流体动力学原理,以252 k V压气式结构燃弧阶段的动态仿真为基础,计算了电流过零阶段湍流模型参数C1e对气流场的影响偏差百分比。通过特定监测点处气压与温度的对比,分析讨论了引起敏感度数值差异较大的原因。研究表明,湍流模型参数C1e的改变对喷口区域内气体压力的影响较小,对于气体温度的影响相对较大。零区气流场对C1e的敏感度会受到气流场分布的制约,在激波存在的条件下,激波作用会增加湍流对气流场的影响程度,但在工程应用上,参数C1e变化所引起的气流场计算偏差是可以接受的。气流场对C1e敏感度的分析,对于湍流模型参数的设置具有一定的参考价值。     

高压SF6自能膨胀式断路器无载开断过程中灭弧室内气流场的数值分析

本文以质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律为基础,数值分析了ＳＦ６自能膨胀式断路器无载开断过程中灭弧室内的气流场。气流场的变化分为三个阶段。在第一阶段中,膨胀室内气体压力、密度增加,为下一阶段吹弧做好准备。在第二阶段中,动静弧触头之间的区域形成滞止区,气流场在空心动弧触头及导电杆内达到超音速流,这些有利于电弧的熄灭。在第三阶段中,主喷口扩张区与喉部之间存在超音速流,影响介质恢复强度;在静弧触头     

基于锥形管的环-板电极结构大气压等离子体射流特性

为了研究锥形管对Ar大气压等离子体射流的影响,在环–板电极结构的基础上,采用锥形石英玻璃管作为等离子体射流反应器,并引入了悬浮电极,对其进行了实验研究。通过大气压氩等离子体射流的电气特性的测量和光学特性的诊断,包括拍摄发光图像,测量射流的电压–电流波形和发射光谱,然后计算获得平均放电功率和电子激发温度,研究了当采用不同形状的玻璃管时,Ar等离子体射流的放电特性和演变规律,并结合气体流场仿真与电场仿真对所得的实验结果进行了分析。结果表明:与传统的直管电极结构相比,引入悬浮电极的基于锥形管的环–板电极结构产生的等离子体射流的放电电流有效值、放电功率以及电子激发温度均有所提高;利用锥形管可以使管中Ar气流在出口处的流速更快,且速度分布更为均匀,使得Ar气流可以更为平稳的向前扩展;同时在管口附近形成Ar含量较大的气体氛围,更有利于放电的发展;在环板电极结构中引入悬浮电极,加强了高压电极与悬浮电极间的电场,更易使流过电场中的气体电离,并且使能量集中在射流产生通道,提高了能量利用率。     

采用动网格技术的合成射流控制叶栅流动分离数值研究

采用大涡模拟,利用动网格技术,通过求解三维非定常雷诺时均 Navier-Stokes 方程,对零质量合成射流进行了数值模拟。研究的合成射流最大速度为6.5m/s,激励频率为80Hz。结果表明：吹气过程,振动薄膜向前运动气流在射流出口形成剪切层,剪切层向外卷起形成涡环;在吸气过程,振动薄膜向后运动,涡环继续向下游运动,射流出口处的气流被吸入腔体;射流出口处速度呈正弦分布。合成射流可以有效抑制叶栅吸力面的流动分离,控制后分离区域由原来的28.60%轴向弦长(Cax)减少到了17.23% Cax。合成射流的各个过程都可以抑制流动分离,但吹吸气交替过程以及吸气过程的控制效果有所减弱。     

集流导叶对喷嘴射流刚性的影响

喷嘴射流刚度对电站锅炉炉内空气动力场影响较大,在喷嘴入口增加集流导叶使工质更加集中,提高射流刚度。利用数值方法,分析不同形状导叶对射流刚度的影响。采用k-ε标准模型,分析在不同工况下,喷嘴出口的速度分布。在自由射流和增加干扰射流时,将不同方案下喷嘴射流的有效射程S、射流偏转角β、z方向出口速度v_z进行对比。结果表明：在喷嘴内部添加集流导叶能够使射流中心速度提高,集流导叶能够增加射流抗干扰能力,降低速度衰减率,提高射流刚度。通过综合评价得出圆弧形导叶提高射流刚性最优,其后依次为抛物线形、三次曲线形、直线形。     

高压SF_6断路器灭弧室内激波的混沌特性

研究灭弧室内气流场的特性对高压SF6断路器的优化设计具有重要的意义。为此通过数学变换,采用压力方程代替质量守恒方程,建立一维可压缩气流场物理数学模型,基于有限体积法求解容性小电流开断下高压SF6断路器灭弧室内气流场,得到马赫数分布以及激波产生处的密度、压力、速度与温度等主要气流参数的分布。利用分离变量法对灭弧室内气流运动方程的基本解进行求解研究,得到灭弧室内存在由混沌态过渡到周期运动的非线性动力学行为描述。结果表明:激波的不稳定性是造成混沌现象的根源之一,激波处混沌行为有利于SF6断路器的开断。     

ELFSL4-2型断路器灭弧室气流场分布计算及分析

根据热力学和等熵流理论,开发出相应的数值计算方法和程序,对ELFSL4—2型断路器灭弧室开断过程中上游气缸压力,温度和喷口气流量进行了计算,同时还计算出电流过零时气压、流速、温度等参数沿喷口轴向的空间分布值。结果显示,该灭弧室较好地利用了电弧阻塞效应,因此具有良好的灭弧能力。     

Investigation of ramped air arcs near current zero in dual-flownozzle system

Ramped air arcs with a dI/dt= 6 A/μs were investigated in dual-flow nozzle system. The nozzle pressure ratio was varied to study the arc under different flow Mach number gradients. The dI/dt, dV/dt, and postzero resistance and current measurements were taken for an electrode separation of 5.5 cm and a nozzle gap spacing of 1.23 cm. The adverse shock wave effects were quantitatively observed for nozzle pressure ratios with separated flow in the nozzle. The arc power, which is equal to the total radiation losses and heat transferred from the plasma, was determined near current zero for subsonic and supersonic flow fields. It was shown that the nozzle pressure ratio is a very important parameter in the circuit breaker performance. A comparison of this work with Brown Boveri data was made. It was concluded that the convection stabilized ramped arcs near current zero are laminar and become unstable in the dielectric regime     

HP中速磨煤机内部一次风流场的数值模拟

利用数值模拟法对中速磨煤机内的一次风流场进行了模拟。模拟结果显示,由于一次风是从磨煤机一侧吹入,故不同风环处的入口静压和流量呈不均匀分布,模拟也验证了风环处的风速最高。风环处的高风速以及不同风环流量的不均匀分布是影响煤粉输送、石子煤排放等性能的重要因素。根据数值模拟结果,可有针对性地对中速磨煤机开展风环改造、风室改造等工作,以使磨煤机的性能更加优化。     

湿法脱硫旋流喷嘴体积流量变化规律及数值模拟

以湿法烟气脱硫工艺中常用的旋流喷嘴为对象,研制了几何相似的系列喷嘴和仅出口直径变化的系列喷嘴,并选择实心锥喷嘴和螺旋喷嘴作对比,经过大量试验,系统地研究了旋流喷嘴的体积流量变化规律,得到旋流喷嘴体积流量与压力的平方根近似呈线性关系;在一定范围内改变喷孔直径,不会影响旋流喷嘴的流量-压力特性;几何相似时,增加喷孔直径,最大体积流量增加;相同压力下,螺旋喷嘴流量最大,旋流喷嘴次之,实心锥喷嘴最小。建立了旋流喷嘴的数学模型,采用Fluent对喷嘴内部流动和体积流量进行了数值模拟,给出了喷嘴内部流动、中心断面压力分布特性和流量-压力特性曲线,数值计算结果与试验数据基本吻合。     

水下自激吸气式射流装置流动特性及性能研究

运用欧拉气液两相流模型和RNG k-?湍流模型,对水下自激吸气式射流装置水气两相流动特性进行数值模拟,研究了装置吸气和不吸气条件下内部压力分布、水气两相流速分布以及水气混合过程;开展了装置射流冲击性能试验,分析了装置的冲击力和冲蚀效果的变化规律。研究结果表明:与不吸气相比,装置吸气后内部压力接近大气压;吸气后射流核长度和下喷嘴出口断面流速明显大于不吸气;水气完全混合后,在射流核两侧的漩涡区,气相浓度较高,从射流核到漩涡区气相浓度逐渐增大;装置计算吸气量、典型测点压力与试验结果吻合较好;不同围压和靶距下,装置吸气后靶心及附近位置冲击力明显高于不吸气,说明了装置产生了聚能效应;装置吸气后冲蚀深度和冲蚀体积明显大于不吸气,但冲蚀表面积略有下降。     

多喷嘴冲击式水轮机内部流动及部件振形的研究

为了提高冲击式水轮机的出力与比转速,在设计时往往采取增加喷嘴数,但喷嘴数的增加会引起转轮内部流动的相互干涉,降低机组效率。本文采用CFD技术对多喷嘴冲击式水轮机的转轮内部流动进行数值模拟,通过水斗与喷嘴之间的相互流动计算的结果,优化出转轮水斗数,使之与喷嘴数相匹配,得到了单个水斗接受射流的全过程的速度-压力分布以及水流迹线、多个喷嘴同时作用时转轮内部流动的干涉情况。并利用ANSYS软件对水斗进行了应力分析,确定了水斗的应力分布、最高应力值点以及水轮机转轮和喷嘴的自振频率和振形图。本文的研究为大容量、多喷嘴冲击式水轮机转轮流动分析以及水斗的强度设计和喷嘴的振动研究提供了依据,同时也为电站的实际运行提供了参考。     

低热值煤层气旋流燃烧器低负荷运行试验研究

通过对旋流燃烧器在低负荷工作状态下的冷态试验,利用热线风速仪对其出口流场进行了测量,得到了燃烧器流场的分布状况。在试验前对热线风速仪进行了标定,研究了喷口角度变化对燃烧器出口速度场的影响。分析了各种工况下的轴向、切向速度的变化状况并且通过烟气示踪定性地了解了喷口内中心回流区的形成以及喷口外射流扩展角的差异。通过分析得到,该燃烧器在不同负荷状态下均搭配各种角度喷口时能较好地组织合理的空气动力场。通过冷态试验研究,为下一步热态试验奠定了一定的理论基础。     

直接空冷机组空冷单元内喷雾增湿系统的结构优化

基于SIMPLE算法,采用k-ε模型,在综合两相流、传热传质理论并结合实际运行效果的基础上,对600 MW直接空冷机组空冷岛中的1个单元进行数值模拟,分析喷嘴纵向双层四排布置时喷嘴位置、喷雾方向、喷嘴孔径及喷雾压力对空冷凝汽器压力的影响。结果表明:喷嘴双层四排布置时,压力越大喷雾增湿效果越明显;综合考虑雾化效果和喷雾距离,1 mm为孔径的最佳值;当外排喷嘴距风机栈道中心线4 m、距风机平面高度为0.6 m、内排喷嘴距风机栈道中心线2 m、距风机平面高度1.9 m、喷雾方向在xy平面内与y轴正方向夹角为120°、喷雾压力为1.2 MPa、孔径为1 mm时,空冷凝汽器压力降幅最大,可降低8.13 kPa。