我国烟气轮机的发展和两相流气动设计及冲蚀预测研究

介绍了我国能量回收烟气轮机技术和产品的发展必要性以及气动设计难点,对支持先进产品研发所完成的几项应用研究的主要内容和成果进行论述,如:气固二相流叶轮机械气动设计方法与软件的创新,流道内磨损现象和磨损率的数值预测计算方法,分析提出二次磨损机理和防止措施等.最后介绍近期成功研发投运的大焓降、高膨胀比、全跨声速、大功率烟气轮机气动设计的特点和效果.     

冲蚀磨损下单晶硅(111)面的断裂行为

实验选取单晶硅为研究对象，分别经静态压下、球形粒子冲击试验和角状粒子冲击试验，然后对各种材料表面断裂形态进行了比较，探究了固体颗粒冲蚀的磨损机制，阐述了在冲蚀条件下，试样有限表层空间所发生的特有的绝热应变，以及塑性耗尽时由绝热应变所导致的材料最终断裂，讨论了材料表层赫兹断裂与解理断裂之间的竞生现象，发现晶体学特征对冲蚀过程中材料表层断裂有很大影响，因此在一般的冲蚀过程中不能忽视。     

WC—Co硬质合金冲蚀磨损行为及机理研究

本文对两种WC—Co硬质合金的耐冲蚀性进行了考察,二者均呈现脆性材料冲蚀特点。其组成相的晶粒尺寸、硬度、百分含量与形貌对材料的冲蚀行为有巨大影响,在高温下尤为明显。材料的耐磨性随磨料硬度增加而降低。超细晶粒硬质合金具有更佳的耐磨性,但其磨蚀机理与商用硬质合金相似。软磨粒冲蚀引起软的Co相粘接剂浸蚀,导致WC相脱落。硬磨料冲蚀时,材料的转移主要是由于低角度时的切削和犁耕,高角度时的疲劳断裂组成,二者均伴有大面积的塑性变形。     

结构陶瓷材料冲蚀磨损特性的研究

采用多因素正交试验法,求出材料磨损的回归方程,并结合单因素试验,系统地研究了SiC、Si_3N_4。和Al_2O_3三种典型结构陶瓷材料的冲蚀磨损特性,研究结果对实际生产具有指导意义。     

前掠翼气动特性研究

为适应飞机新布局发展的需要,进行了前掠翼空气动力特性的低速实验研究。研究内容包括:单独机翼和翼身组合体的纵横向气动特性、流谱及旋涡特性。研究结果表明:前掠翼具有良好的升阻特性,力矩特性及失速特性,可以提供较大的可用升力和良好的大迎角大侧滑角机动性。以上优点在翼身组合体上更为明显。实验发现前掠翼后缘出现后缘涡,观察了前掠翼特有的前后缘涡系的发生和发展,分析了产生前后缘涡系的原因及前后缘涡系对气动特性的影响。     

20g钢的冲蚀磨损性能的研究

采用气流喷砂型实验机,试验研究20g钢的冲蚀磨损性能。结果表明,20g钢是典型的金属塑性材料,其耐冲蚀磨损性能比较差。其冲蚀率峰值出现在30°附近(在本实验条件),其冲蚀磨损机理在攻角小于30°之前以切削模型为主,在攻角大于30°之后以局部塑性变形模型为主。其冲蚀磨损没有明显的孕育期,直接进入了持续期,冲蚀失重随冲击时间的增加而增加。冲击速度对20g钢的冲蚀磨损有很大的影响,其冲击速度与冲蚀率成指数关系,在本实验条件下,其指数为2.23。表明在高速时,20g钢的冲蚀磨损严重。     

可变弯尾飞行器气动设计研究

可变弯尾飞行器的气动方案是高超声速机动的潜在可行方案。利用内伏牛顿流理论计算分析了此类飞行器的高超声速气动特性,提出了气动设计的关键问题。采用加权多目标法和多目标遗传算法对此类飞行器进行了气动布局的优化设计,分别研究了配平务件下的升阻比和铰链力矩问题,以及铰链力矩、操纵效率与飞行器质心位置和弯尾部分长度的相互关系。研究表明,应通过合理的布局优化设计,使弯尾角等于或接近于其自由漂浮角,设计诀窍是使弯尾部分的质心及压心设计在弯尾的铰链轴上,即三心合一。合理的布局设计可以使可变弯尾飞行器具备弯尾控制效率高、升阻比大且铰链力矩小的特性。     

用正交试验法研究高温冲蚀磨损

介绍了正交试验法在高温冲蚀试验中的应用，通过正交试验法分析得出：对于等离子涂层来说，ＮｉＣｒＡｌ涂层最好，Ｘ４０（０．３）涂层其次；对于激光重熔层来说，４００℃时，Ｃｒ２Ｏ３涂层最好，ＷＴｉＣ２／ＮｉＣｒ涂层其次；７００℃时，Ｃｒ３Ｃ２／ＮｉＣｒ涂层最好，Ｘ４０（０．３）涂层其次。     

中碳钢的冲蚀磨损及其机理的研究

对几种硬度的中碳钢在不同冲角、粒子速度和磨粒用量等条件下的冲蚀磨损现象进行了试验研究,并对冲蚀试样的表面和表层形貌进行了扫描电镜和金相观察。根据实验结果,分析讨论了中碳钢以及塑性金属材料的冲蚀磨损机理,并认为在15°～90°冲角范围内,挤压成片机理对材料冲蚀起着主要作用;在20°～30°的冲角区间,由于成片的速率和效率较高而存在着冲蚀率的峰值。     

气动轴不对称飞行器气动插值方法研究

目的研究对气动轴不对称飞行器气动吹风安排及气动插值的方法. 方法按照不同的气动滚转角,进行合理有限的吹风,然后以三角周期函数进行插值. 结果与结论提出了一种简单而有效的气动吹风安排及气动插值方法,结果具有理想的精度.     

材料外观腐蚀特征处理评价系统研究

材料外观腐蚀特征是分析材料环境适应能力、评价材料表面防蚀处理工艺优劣的一个重要信息来源.利用图像处理技术对材料外观腐蚀图像进行检测、处理,通过对材料腐蚀图像的颜色特征、纹理特征进行分析,用颜色直方图方法实现材料腐蚀图像统计特征的提取,用区域灰度共生矩阵进行材料腐蚀图像特征纹理的提取,实现了对材料外观腐蚀特征处理的评价.     

坝坡垫层料降雨冲蚀破坏机理研究

针对燕山水库大坝开展三维有限元瞬态流固耦合计算,对强降雨条件下坝坡降雨入渗过程进行模拟,在降雨入渗模拟结果分析的基础上,结合坝坡垫层料颗粒特性分析及现场勘测结果,研究了坝坡垫层料降雨冲蚀破坏过程,研究结果表明:降雨入渗是导致下游坝坡垫层料冲蚀的主要原因,水力梯度大于垫层料最小临界水力梯度值的区域是发生冲蚀的主要区域;降...     

烟机叶轮的计算模型研究与强度分析

烟气轮机结构设计的关键是准确计算叶轮强度。采用数值模拟仿真的方法,通过有限元软件ABAQUS计算叶轮强度,计算内容包括叶轮的动静强度。物理模型选取叶轮的1/66,静强度计算结果显示最大应力发生在叶身底部背弧的中心位置,这与实际运行现场发生断裂故障一致,说明进行叶轮的静强度有限元数值计算时在保证网格质量的前提下必须考虑叶根与榫槽接合面之间非线性接触效应,而且接触部位的网格需用六面体网格。动频数值计算时,分别对2种约束形式下的模型进行计算,结果表明固定叶根情况下动频与考虑接触效应动频之间的差异主要体现在一阶模态上。强度分析表明该型号烟机的叶轮强度满足要求,对烟机叶轮的叶型设计具有指导意义。     

变风速下风力机叶片载荷特性研究

根据风力机的气动理论,并考虑风切变和风力机结构、几何参数的影响,建立了风力机叶片的气动载荷计算模型。以基本风速、渐变风速、阵风风速和脉动风速4种风速类型建立了变风速模型,并应用于叶片载荷计算模型,实现变风速下的叶片气动载荷的计算。以某MW级风力机为对象,给出了数值计算流程并进行了实例计算,结果显示：风力机叶片的气动载荷主要分布在叶片的中段和叶尖,且载荷大小随风速起伏变化,叶根的气动载荷随风速变化的趋势不明显,风速较大时,叶片上的载荷波动较为显著。结果可为叶片的结构设计和动力学分析提供参考。     

紫外老化作用下钢结构涂层受风沙冲蚀性能研究

针对内蒙古地区钢结构建筑及构筑物长期受区域特殊环境（高原强紫外环境、风沙环境）影响这一现状,根据内蒙古中西部地区区域自然环境特征,利用人工加速紫外老化试验箱和模拟风沙环境侵蚀实验系统,对钢结构聚氨酯涂层进行紫外老化试验和老化后风沙冲蚀试验,应用纳米压痕仪及漆膜弹性测试仪分析紫外线辐射对钢结构涂层基本力学性能的影响,同时结合傅里叶变换红外光谱FT-IR和扫描电子显微镜SEM分析钢结构涂层在紫外辐照下的老化行为,对紫外老化作用下钢结构涂层受风沙冲蚀性能进行研究。结果表明：未老化钢结构聚氨酯涂层硬度为16.41MPa,柔韧性为0.5mm,紫外老化导致钢结构涂层硬度及柔韧性明显降低,紫外老化三年后钢结构涂层硬度降低为原来的55.63%;紫外老化作用使钢结构聚氨酯涂层化学键发生断裂,其中C-O和C-N键断裂最终生成氨基自由基,释放出CO2,且涂层出现了明显的裂纹、起皮、皲裂,并出现了老化残渣和白色结晶物质,涂层的粗糙度增加;钢结构涂层受紫外老化作用后,冲蚀率增加,耐冲蚀性能明显降低,低角度冲蚀时钢结构涂层破坏的主要原因是水平方向的微切削作用,高角度冲蚀时钢结构涂层破坏的主要原因是垂直方向的挤压变形作用。紫外老化作用使钢结构涂层最大冲蚀率角度由38°变为30°～35°之间,紫外老化作用导致钢结构涂层最大冲蚀率角度减小。     

气体钻井钻具内气体冲蚀机理研究

采用计算流体动力学方法建立高速气体冲蚀无刺孔钻杆接头和具有腐蚀坑的钻杆接头模型。无刺孔的钻杆接头内,只有钻杆内产生腐蚀坑后,流场才变为钻杆本体刺漏的主要影响因素之一;钻杆带有腐蚀坑时,其钻杆内的最大流速远大于无腐蚀坑钻杆内的最大流速;钻杆的穿刺及断裂主要是由于裂纹从钻杆内壁向外壁不断扩展的结果。     

烟囱设计出口流速与节能节材

本文针对目前锅炉房烟气系统普遍存在总的动力大于总阻力过多,造成电能和烟囱材料及基建投资的浪费问题,进行了理论分析和实际数据论证,提出了降低电能消耗和节约烟囱材料及经费的可行性途径.     

半干半湿法烟气脱硫技术的研究

为了提高中小燃煤锅炉的烟气脱硫效率,改进干法烟气脱硫技术、湿法烟气脱硫技术的不足之处,研究了半干半湿烟气脱硫方法。重点研究了钙硫 比、烟气温度、喷水量、加湿喷嘴位 置对烟气脱硫效果的影响。结果表明,在１３５ ℃以下,增大钙硫比有利于提高脱 硫率; 在不低于１００ ℃时, 尽可能降低反应温度有利于提高脱硫率;在 Δ Ｔ 不小于１５ ℃时, 增大喷水量有利于提高脱硫率。为半干半湿烟气脱硫技术的实际应用提供了参考数据。     

燃气轮机排气烟道内部流场模拟与流动阻力分析

研究了燃气轮机过渡烟道内烟气的均匀性问题.通过对烟道内烟气流动的数值模拟计算,分析了出口界面的烟气流动速度,明确了烟道结构形式对烟气流动速度均匀性的影响.提出了局部阻力计算的改进方法,以期在改变燃气轮机过渡烟道的烟气均匀性的同时,也改善烟道的局部阻力.