控制策略对贮箱热力排气系统性能的影响

热力排气系统（TVS）是通过流体混合与节流换热排气双重作用实现低温推进剂在轨长期贮存的一种有效的压力控制技术。针对TVS的混合模式和排气模式提出了3种运行控制策略。在以R141b为气液相变贮存介质的室温温区TVS模拟装置上,研究了这3种控制策略对TVS作用下的贮箱内液体温度、热分层以及排气损失的影响。结果表明,当采用基于气枕压力运行混合模式,并且同时基于液体温度对应的饱和压力和气枕压力运行排气模式这一控制策略时,TVS不仅可以实现最小的排气损失,也可实现较低的液体贮存温度和较小的热分层。为今后低温TVS系统的控制设计和实际运行提供了指导。     

控制策略对贮箱热力排气系统性能的影响

热力排气系统(TVS)是通过流体混合与节流换热排气双重作用实现低温推进剂在轨长期贮存的一种有效的压力控制技术。针对TVS的混合模式和排气模式提出了3种运行控制策略。在以R141b为气液相变贮存介质的室温温区TVS模拟装置上,研究了这3种控制策略对TVS作用下的贮箱内液体温度、热分层以及排气损失的影响。结果表明,当采用基于气枕压力运行混合模式,并且同时基于液体温度对应的饱和压力和气枕压力运行排气模式这一控制策略时,TVS不仅可以实现最小的排气损失,也可实现较低的液体贮存温度和较小的热分层。为今后低温TVS系统的控制设计和实际运行提供了指导。     

节流前过冷度和压力对液氮节流特性的影响

节流在普冷领域应用广泛。其在基于林德循环、克劳德循环等低温液化循环、焦汤氦制冷系统、低温推进剂热力排气系统中也都有涉及。为了深入揭示低温流体相比室温气体的节流特殊性,设计并搭建了一套低温流体气液两相节流可视化试验系统。针对渐缩渐扩管型的节流元件,分析了节流前过冷度和压力对液氮节流特性的影响。研究表明：节流前压力一定,节流后温降及气相质量分数随节流前过冷度增加而增加;节流前过冷度一定,节流后温降及气相质量分数随节流前压力增大而增大;增大节流前压力,减小节流前过冷度,会减少节流后流体的单位质量制冷量。     

液氢贮箱热力学排气系统建模及控压特性

以低温推进剂液氢贮箱压力控制为目标,建立了热力学排气系统(TVS)和贮箱内流体流动及气液相变过程的数学模型。以18.09m~3液氢贮箱在地面工况充注率75%、漏热量0.76 W·m~(-2)为例,计算了贮箱自增压过程及开启TVS后对贮箱压力控制的效果。结果表明,气枕升压速率远大于液体温度对应的饱和压力的升压速率;TVS运行后可将贮箱压力有效地控制在165.5~172.4kPa范围内。对比了混合与排气两种不同运行模式下贮箱气枕的升降压特性,发现排气模式下的气枕降压速率为混合模式的7倍,升压速率为混合模式的95%。同时还分析了贮箱内液体的温度变化规律。     

液氢贮箱热力学排气系统建模及控压特性

以低温推进剂液氢贮箱压力控制为目标,建立了热力学排气系统（TVS）和贮箱内流体流动及气液相变过程的数学模型。以18.09 m³液氢贮箱在地面工况充注率75%、漏热量0.76 W·m^-2为例,计算了贮箱自增压过程及开启TVS后对贮箱压力控制的效果。结果表明,气枕升压速率远大于液体温度对应的饱和压力的升压速率;TVS运行后可将贮箱压力有效地控制在165.5~172.4 kPa范围内。对比了混合与排气两种不同运行模式下贮箱气枕的升降压特性,发现排气模式下的气枕降压速率为混合模式的7倍,升压速率为混合模式的95%。同时还分析了贮箱内液体的温度变化规律。     

跨临界CO2双级压缩制冷系统性能实验研究

自然工质CO₂作为制冷剂,替代氨和氟利昂在低温冷库制冷领域受到关注。针对现阶段CO₂制冷系统,其低蒸发温度范围内实验研究较少的问题,搭建了跨临界CO₂双级压缩两级节流制冷系统实验台,通过改变冷凝压力、低压级电子膨胀阀开度、室内温度,研究制冷系统制冷量和COP的变化趋势。研究结果发现：当冷凝压力为8.5 MPa时,制冷系统性能变化明显,随着低压电子膨胀阀开度从50%变化至100%,系统的制冷量增幅17.89%,COP增幅9.7%。随着室内温度从-34℃变化至-20℃,系统的制冷量增幅44.28%,COP增幅33.33%。在低蒸发温度范围内,合理选取系统运行工况对提升系统性能有重要作用。     

低温液氧贮箱晃动过程热力耦合特性

采用计算流体力学（CFD）技术数值研究了外部晃动激励下低温液氧贮箱内部热力耦合过程。计算中详细考虑了贮箱外部漏热以及气液相间传热的影响,分析了正弦激励对箱体所受晃动力、流体反作用晃动力矩、箱体压力以及箱内流体温度分布的影响。计算结果表明：外部正弦激励使箱体所受晃动力以及流体晃动力矩呈波动降低的变化;晃动使过冷液体对过热气相以及高温壁面产生良好的冷却作用,以致在整个过程中箱体压力近似线性降低。对于气液相温度测点,其距离界面越近,受流体晃动影响越显著。整体上,贮箱内部流体温度呈现上部高下部低、外部高内部低的分布。由于处在贮箱顶部的气相温度测点受箱体上封头影响较大,气相温度出现大幅波动;而处在贮箱底部的液相温度测点直接接受壁面对流换热,其温度值略高于其他液相测点。     

带毛细管的变频压缩机空气源热泵实验研究

针对家用“煤改电”空气源热泵,提出采用毛细管作为节流元件替代热力膨胀阀或电子膨胀阀,搭建了热泵系统实验装置。研究压缩机不同频率下,不同的毛细管长度对压缩机吸气压力、排气温度和机组制热量等制热性能的影响。实验结果表明,毛细管替代热力膨胀阀或电子膨胀阀后,系统能够长时间稳定运行;毛细管长度为500 mm、压缩机频率为35 Hz时系统制热性能最优,制热量、制热COP获得最大值,而其吸气压力和排气温度适中。     

补气压力损失系数与一级压比对补气增焓空气源热泵性能影响

空气源热泵系统低温适用性问题一直是其在北方拓广应用的制约性因素,带有闪发器的补气增焓空气源热泵系统是解决空气源热泵低温适用性的有效手段之一。本文建立了带有闪发器的补气增焓空气源热泵系统的热力学过程数学模型,通过数值模拟研究了一级压缩比和压力损失系数对补气增焓空气源热泵系统特性的影响。结果表明,随着一级压比的逐渐增大,冷凝压力降低趋势平缓,热泵的性能系数逐渐升高,而排气温度先降低后升高,因而存在最佳一级压比。综合压缩机的排气温度和热泵的性能系数,模拟工况补气增焓空气源热泵的最佳一级压比为1.6。补气压力损失系数越大意味着有用功的损失越小,随着补气压力损失系数增大热泵的制热量、耗功逐渐增大,性能系数逐渐升高而排气温度逐渐降低,因此设计时应补气压力损失系数越大越好。     

提高粗苯乙烯塔真空系统的稳定运行能力

2018年1月苯乙烯装置停工进行了脱氢催化剂的换剂,在换剂完成后的粗苯乙烯塔开工过程中,在粗苯乙烯塔进料21 t/h,装置生产负荷约为80%,塔顶压力抽到正常工作压力22 kPaA时,发现压控返回阀阀位关小到1%,与换剂之前同样操作条件下,压控返回阀阀位开度有很大差距,单泵运行提供粗苯乙烯塔的负压已经远远满足不了苯乙烯装置高负荷的稳定运行,粗苯乙烯塔平稳运行的能力下降。     

热负荷对R141b热力学排气系统自增压特性及排气损失的影响

为了研究低温推进剂在轨贮存技术所涉及的基本科学问题,在以R141b为气液相变储存介质的室温温区热力学排气系统（TVS）模拟装置上,进行了“漏热”功率分别为120、160和200 W的储箱压力控制实验研究。获得了TVS作用下的储箱增压特性,3种热负荷下自增压速率分别为6.43、12.92和18.05 kPa·h^-1。将采用TVS方法与定期直接放空法控制储箱压力产生的工质损失进行了对比,以其中热负荷120 W工况为例,采用TVS方法可减少工质损失79.3%。若是处于气液不分离的在轨微重力环境中,以直接放空时气体中夹带40%液体计,采用TVS方法可减少工质损失84.7%,验证了TVS方法在控制储箱压力方面的优越性。     

运载火箭共底贮箱加注过程非稳态温度分布数值模拟

以液氧和煤油为推进剂的新一代运载火箭,承力式共底贮箱结构一方面可以缩短整个运载器长度,改善运载器长径比,二能取消液氧贮箱与煤油贮箱间的箱间段,减轻结构质量。但要求共底夹层需要良好的隔热性能,同时承受煤油箱和液氧箱双向压力载荷。获得加注过程共底夹层的温度非稳态分布是分析夹层隔热和应力性能的基础。基于CFD方法,模拟了液氮加注过程,共底贮箱包括液氮贮箱和煤油贮箱以及共底夹层,从室温到加注完成的非稳态温度分布。数值模型考虑了贮箱表面可能结冰时的热边界条件变化以及由于壁面漏热导致的液氮/氮蒸气相变蒸发。为了防止煤油局部温度过低,重点分析了叉形环处包裹或未包裹PMI绝热材料对煤油温度场和液氮蒸发率的影响。计算结果表明,叉形环处包裹绝热材料时在自然蒸发阶段煤油局部最低温度小于240 K,而未包裹绝热材料时局部最低温度大于260 K,满足设计要求。仿真结果为液氧和煤油共底贮箱的优化设计提供参考。     

长期在轨运行低温液氧贮箱内汽化过程的模拟

通过CFD（computational fluid dynamics）方法对长期在轨运行的某型液氧贮箱内的压力、温度、气液相界面等参数进行了模拟研究。计算了该型贮箱在轨运行时的平均漏热量为6.84 W·m^-2。对贮箱进行了5天的模拟计算,结果表明,贮箱上部的气枕区并不稳定;液相区存在相对高速运动的气团,削弱了液相区的温度分层,使得液相区温度基本均匀。在轨储存过程中,液相温升速率为1.18 K·d^-1,压增速率为23.7 kPa·d^-1。结合贮箱内气液相运动特点,建立均相模型,该模型与CFD模拟结果吻合较好,可以用来预测长期在轨运行的低温推进剂贮箱内的压力、蒸发量等参数变化。     

流体流过油嘴的流量方程推导

当管道中的流体通过节流件时,会在节流件处形成局部收缩,在节流件前后产生一定的压差。以流动连续性方程（质量守恒方程）和伯努利方程（能量守恒定律）为基础,推导了节流件前后压差与流量的关系式,从而为流量的计算提供了理论依据。     

Preliminary evaluation of the performance of an adsorption‐based hydrogen storage system

Using modeling and thermal simulations, the feasibility of an adsorption‐based hydrogen storage system for vehicles is evaluated. The storage capacity of a 150 L tank filled with a high surface‐area activated carbon is mapped for temperatures from 60 to 298 K and pressures up to 35 MPa. The thermal simulations are verified using experiments. For a storage capacity target of 5 kg, the adsorption‐based storage system will offer a storage advantage over the cryogenic gas storage if the residual mass of hydrogen in the tank is retrieved by heating. For a discharge rate of 1.8 g/s, the required heat is of the order of 500 W. The net energy requirements for the refueling has contributions from compression, precooling and tank cooling and can approach that for liquid hydrogen storage. With a good insulation and a maximum tank pressure of 35 MPa, the dormancy period can be extended to several weeks. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009     

LNG低温储罐冷量损失在设计中的计算方法

介绍大型液化天然气(LNG)低温储罐冷量损失(蒸发率)的计算方法、LNG储罐设计过程中保温系统的设计和保温性能的测试。     

富氧燃烧烟气压缩净化及高浓度CO2制备工艺研究

富氧燃烧技术是目前最有可能大规模推广和商业应用的碳捕集与封存技术之一,其中,烟气压缩净化及CO₂提纯对于整个富氧燃烧系统至关重要。然而,目前研究多聚焦于富氧燃烧后烟气压缩净化的工艺验证,而对烟气压缩纯化各单元运行特性的研究仍不深入,特别是烟气压缩净化过程杂质污染组分的迁移转化、系统运行参数与污染物脱除效率的关联仍不明确。且现有研究对净化后烟气的深度提纯及高浓度CO₂制备的关注也相对较少,直接关系到富氧燃烧系统运行经济性。因此,针对富氧燃烧烟气净化及CO₂提纯需求,系统探究了富氧燃烧烟气压缩纯化过程SO₂、NO_x吸收脱除以及CO₂深度提纯等各子系统的运行特性,其中SO₂与NO_x脱除采用压缩-酸液吸收,CO₂深度提纯采用低温精馏。结果表明:通过烟气净化可实现SO₂脱除效率达100%,NO脱除效率达99%,同时实现纯度为99.99%的食品级液态CO₂制备。烟气净化过程中,气相反应占据主导,提高压力可缩短反应时间;当SO₂吸收塔运行压力超过0.8 MPa时,SO₂脱除效率可达100%;当NO吸收塔运行压力超过3.0 MPa时,NO排放浓度可达超低排放标准。CO₂提纯过程中,提高压力会降低液体CO₂纯度。SO₂吸收塔运行压力为1.6 MPa、NO吸收塔运行压力为3.0 MPa、CO₂提纯塔运行压力为3.8 MPa时,系统整体功耗最低,为0.37 MJ/kg。