充装量及筒体长度对车载LNG气瓶共振频率影响的数值模拟分析

以大容积车载液化天然气(LNG)气瓶为研究对象,分析不同充装量和不同筒体长度下的各阶共振频率随这两个参数变化的规律。当筒体长度不变时,随着充装量的增加,气瓶共振频率逐渐减小,按照标准最大允许充装率90%时,气瓶一阶共振频率已减小到国标允许的40 Hz以下,使用时容易引起气瓶内胆轴向窜动引发失效。当充装率90%保持不变时,随着筒体长度的增加,气瓶共振频率也呈现减小的趋势,当筒体长度为原长的0.8倍时,气瓶共振频率便低于40 Hz,而且随着长度增加将进一步降低,产生共振可能性加大,不满足国家对车载气瓶共振频率的要求。上述研究说明,评价气瓶抗振性能时应考虑内部介质充装率的影响,建议采用最大充装率为90%的气瓶作为判定该类型气瓶共振频率是否达标的条件。另一方面,当采用增加筒体长度扩大盛液容积时要注意共振频率随筒体长度降低的问题,避免结构振动破坏。     

天然气气瓶快充过程温升数值模拟研究

通过对天然气气瓶快充过程温升机理的分析,建立了天然气气瓶快充温升数值计算模型.应用模型对天然气气瓶在不同充装参数(包括起始温度、初始压力与充装速率等)下的温升进行了预测.结果表明:气瓶初始压力对快充温升的影响呈线性减小关系;温升近似与初始温度呈线性增长关系;随着气瓶充装速率的提高,气瓶内最大温升逐渐增加,但呈非线性增加...     

车载高压氢瓶火烧试验及不同充装介质数值比较研究

目前我国尚无车载氢瓶火烧试验标准.当气瓶充装介质为氢气进行火烧试验时,因氢气易燃易爆的特殊性而使得试验具有巨大的危险.今通过火烧试验,得到了过程中氢瓶温度以及压力变化数据,以此为基础建立了燃烧场数值仿真模型,用于模拟气瓶内部充装介质分别为氢气和空气时温度和压力的变化.模拟与试验结果比较表明:所建模型能较为准确地预测气瓶内部温度、压力的变化规律,压升过程中空气与氢气的变化规律基本类似,可为确定车载氢燃料气瓶的火烧试验方法以及控制参数提供技术支撑.     

莫来石蜂窝陶瓷的阻力特性

本文以实验为基础,通过搭建的蜂窝陶瓷蓄热体阻力特性实验台,对莫来石蜂窝陶瓷的阻力特性进行了实验研究。研究表明:蜂窝陶瓷的阻力损失随蓄热体长度增加而增大,随孔隙率增加而减小;在蜂窝陶瓷的长度一定时,其阻力损失随雷诺数增加而增大,随气体流速增加而增大。根据实验数据得到了蜂窝陶瓷蓄热体摩擦阻力系数实验关联式,为煤矿乏风氧化装置的设计提供了数据支持。     

静置时间和充满率对静态蒸发率的影响

静态蒸发率受环境温度、压力、静置时间和充满率的影响。实验研究了静置时间对卧式低温绝热气瓶的影响,及充满率对立式低温绝热气瓶和卧式低温绝热气瓶的影响,并基于不同的充满率对卧式低温绝热气瓶静态蒸发率进行修正。研究表明:当静置时间大于12 h,静态蒸发率随静置时间的增大而减小;静置时间小于12 h,静态蒸发率随静置时间的增大无规律变化。静态蒸发率随着充满率的减小而减小。     

减少压力容器质量的优化方法

当压力容器内体积一定时,利用给出的内体积公式,在一定范围内改变壳体内径及筒体长度,按照GB150-1998《钢制压力容器》有关规定可得到壳体壁厚一定但内径和筒体长度不同时相应的壳体质量。根据壳体质量的大小并综合考虑其它因素,来选择最佳设计方案。     

环境和充满率对不同容积气瓶静态蒸发率的影响

低温绝热气瓶具有不同的容积规格，静态蒸发率受环境温度、压力和充满率等因素的影响，采用了3种常见的容积气瓶在不同环境参数和充满下，采用流量计法和称重法对气瓶的静态蒸发率进行测量，实验表明，不同容积的气瓶，静态蒸发率与环境温度的变化一致，随着温度的升高而增大；与大气压力的变化相反，随着大气压力的升高而减小；与进口压力的变化一致，随着进口压力的升高而增大；与充满率的变化一致，随着充满率的增大而增大；相同环境条件和充满率下，气瓶容积越大，静态蒸发率越小。     

ZrO2对提纯粗ZrCl4用NaCl-KCl熔盐体系物化性质影响

工业上采用NaCl-KCl熔盐体系提纯粗四氯化锆过程中,夹杂物在熔盐体系中富集,造成NaCl-KCl熔盐体系的恶化。利用旋转法、拉筒法和阿基米德原理研究了粗四氯化锆中主要夹杂物二氧化锆对NaCl-KCl熔盐体系表面张力、黏度和密度的影响。结果表明,在660~740 ℃,二氧化锆含量一定的熔盐体系的表面张力随温度的增加而减小,黏度受温度影响较大,当二氧化锆质量分数为0%、10%、15%、20%时密度与温度无关,但当二氧化锆质量分数为5%时,密度受温度的影响较大;温度一定时,熔盐表面张力随二氧化锆含量的增加先保持稳定后迅速减小,黏度随二氧化锆含量的增加逐渐增加,密度随二氧化锆含量的增加先增大后减小随后保持稳定不变。     

不脱蛋白质壳聚糖制备工艺

采用D -近似最优设计法系统地研究了NaOH质量分数、碱处理时间及碱处理温度这三个主要因素对制备壳聚糖的影响 :当碱液质量分数增加时 ,壳聚糖的脱乙酰度增加 ,但其速度却在减小 ,当碱液质量分数达到 40 %时 ,脱乙酰度出现峰值 ,约为 90 % ,而后增加碱液质量分数时 ,脱乙酰度反而下降 ;随着反应温度的升高 ,其脱乙酰度几乎线性递增 ,当温度达到 2 0 0℃附近时 ,曲线趋于平直并且脱乙酰度达到最大 ;随着反应时间的增加 ,脱乙酰度开始呈线性增加 ,当反应时间超过 5 0min后 ,脱乙酰度有下降趋势 ;在一定碱液质量分数 (4 0 % )条件下 ,脱乙酰度随着温度的增加而增加 ,因此 ,若需获得较高质量的壳聚糖 ,必须提高反应温度     

奥氏体不锈钢应变强化制深冷容器容积变化研究

应变强化会导致深冷容器内容器的容积发生变化,进而影响容器的使用。为此,基于非线性有限单元法提出了强化后内容器容积的计算方法,并对具有不同设计参数的内容器的应变强化过程进行了模拟研究。研究发现:筒体厚度对容器容积变化的影响主要源自于不同厚度板材力学性能的差异;无加强圈的容器的容积变化率与筒体长度呈正相关,含加强圈的容器的容积变化率与加强圈间距呈正相关;环向应变小于5.5%的应变强化容器的容积变化率一般在10%以内。     

柱面密封气膜动压效应模拟及试验

航空发动机柱面密封常因动压不足导致浮环碰磨而破裂。据此利用Fluent软件对现役柱面无槽气膜和螺旋槽气膜两种模型进行了流场动压数值模拟,并进行试验验证。研究结果表明：对于无槽气膜模型,增大偏心率、转速和压差,密封动压效应增强。偏心率和压差的增大会提高模型泄漏率,但转速的改变对模型泄漏率的影响很小;对于螺旋槽气膜密封,增大偏心率、转速和压差,气膜浮升力提升。随偏心率和压差的增大,模型泄漏率随之升高。综合以上两条结论可得,转速是影响泄漏率的次要因素;螺旋槽模型相对无槽模型,动压效果好,泄漏率小,相同工况下具有更好的动压效应,此研究对于研发更优的柱面密封结构有重要参考意义。     

天然气储气库往复式压缩机异常磨损分析和控制

“十四五”期间全国天然气管网已形成了互联互通,但管输气质更加复杂,一定量的粉尘广泛存在于天然气管道中,导致储气库往复式压缩机压缩缸发生异常磨损。基于切向撞击能量模型,结合现场测量和计算流体力学动网格方法,明确了压缩缸磨损特性。结果表明,压缩缸内润滑油与粉尘混合后形成研磨膏,随着粉尘质量浓度从0.01%增至3.00%,研磨膏黏度从4.51×10⁵mPa·s 增加至 1.27×10⁶mPa·s,密度从890 kg/m³增至980 kg/m³;压缩缸磨损多发生在其12点和6点钟方向,当活塞在行程的两侧时,压缩缸内剪切应力和磨损速率最小,当活塞位于行程中点时,压缩缸内剪切应力和磨损速率最大;发现对于每1000 h运行不需修复压缩缸(磨损量小于0.13 mm),粉尘质量浓度宜控制在0.60%以下,每5000 h和每10000 h运行不需更换压缩缸(磨损量小于1.16 mm),粉尘质量浓度应分别控制在1.30%和0.40%以下;当粉尘质量浓度为0.01%时,磨损速率随润滑油黏度降低而降低,当粉尘质量浓度为0.5...     

液-固下行循环流化床中的颗粒碰撞行为

设计并构建了一套冷模液-固下行循环流化床蒸发器,考察了颗粒对壁面的碰撞行为随轴向位置和操作参数的变化规律,以便更好地揭示循环流化床强化传热和防、除垢的机理。实验中,选用水和不同粒径的聚甲醛颗粒和玻璃珠作为工质,对不同颗粒加入量(0~2.0%)和循环流量(2.15~5.16 m³·h^-1)下的碰撞加速度信号进行了功率谱密度、峰度和标准偏差等频域和时域分析。研究结果表明:液相和固相碰撞加速度信号的频率范围分别为0~2 000 Hz和6 000~16 000 Hz。沿着下行床的轴向位置从上到下,颗粒对壁面碰撞加速度信号的标准偏差先减小,后增大;峰度增大。随着颗粒加入量和循环流量的增加,标准偏差增大,峰度减小。颗粒加入量较低时,标准偏差随着聚甲醛颗粒粒径的增加先减小、后增大;而峰度随着粒径的增加明显增大。颗粒加入量较高时,标准偏差和峰度随着粒径的增加而增大,但增大的幅度较小。玻璃珠的标准偏差较小,但峰度明显高于聚甲醛颗粒。构建了操作参数对颗粒碰撞行为影响的三维图。研究结果有助于促进流化床换热防垢节能技术的工业化应用。     

水合物法平衡级分离CO2/N2流程模拟分析

化石燃料燃烧排放烟气中CO₂的量占CO₂总排放量的75%,为了缓解CO₂导致的全球温室效应,需将CO₂/N₂中的CO₂分离出来。水合物法分离是一种高效、低能耗的CO₂/N₂分离技术。本文研究了水合物法平衡级分离CO₂/N₂过程中,进料CO₂体积分数、反应条件与反应特性三者间的关系,利用CPA-SRK方程+Chen-Guo模型对其进行平衡级分离流程模拟分析。经计算发现,进料干基CO₂体积分数对水合物法分离CO₂/N₂工艺的反应压力、平衡级级数均有较大影响。随着体积分数的增加,反应压力呈减小趋势,减小幅度随体积分数增加而减小,当进料CO₂体积分数小于20%时,压力下降较快,当体积分数大于50%时,压力降低幅度变小。温度为277K时,CO₂体积分数小于10%时,需四个水合物平衡级分离才能得到满足要求的气样;当体积分数为10%~20%时,需三个水合物平衡级分离;体积分数大于30%时为两个水合物平衡级分离。温度对水合分离的反应压力有较大影响,但对所需平衡级分离级数的影响并不大。随着温度的升高,水合反应压力呈增加趋势,增加幅度随进料干基CO₂体积分数的增加而降低。针对所研究气样,在不同温度下,均需三个水合物平衡级分离才能达到工艺要求。     

同轴管甲烷逆流燃烧器中火焰结构与燃烧稳定性

用骨架反应机理对同轴管甲烷逆流燃烧器进行分析能够很好地了解火焰结构与燃烧器内的温度分布,并得到各处的火焰拉伸率及相关参数。随着空气流量（Q_A）的增加,火焰形状由扁平型变化为弯曲型,并逐渐将内管管口包覆,火焰厚度逐渐减小。当量比（ER）较大时,火焰附近温度与物质的分布较为稀疏,而ER较小时,其分布较为紧密。内管壁面上热通量H_f随着的Q_A增加而逐渐加强;总的传热量H在Q_A=2540 ml·min^-1达到最大。当ER≥3.00时,火焰拉伸率κ开始时缓慢变化,在越过燃烧器内管边缘后快速增加,但最终不大于65 s^-1。在ER<1.00时,火焰呈弯曲状,长度较长,κ值变化剧烈,最大可以达到638 s^-1,并在火焰末端κ值变为负数,最小值为-262 s^-1。     

带隔流筒旋流快分系统新型工业催化裂化沉降器内气相流场的数值模拟

采用RNG k-e湍流模型模拟带隔流筒旋流快分系统工业催化裂化沉降器内的气相流场,基于沉降器内气相流场的分析,考察了压力平衡管截面尺寸及封闭罩直径对封闭罩内外气量分配的影响. 结果表明,进入封闭罩外的汽提油气量随平衡管截面边长增加而增大,随封闭罩直径增加而减小. 封闭罩阻止了分离系统内油气进入沉降器中. 压力平衡管通过抽吸作用将封闭罩外的汽提油气快速引出沉降器,使封闭罩外的汽提油气在沉降器内的总停留时间降至13 s以下. 平衡管截面边长小于310 mm时,汽提气的引出分为两路;平衡管截面边长大于310 mm时,汽提气全部进入封闭罩外部,且分离系统内的少量油气向下流出分离系统至沉降器内. 封闭罩直径为3.8 m时,99%以上的油气都进入封闭罩外部.     

振动圆管外对流换热特性的场协同机理

数值模拟了振动圆管外的对流换热,通过数据后处理分析了振动圆管外对流换热特性与场协同性能间的联系,从场协同原理的大值原则与匹配性原则上对振动圆体外表面传热的规律特性作了解释。振动圆管外的场协同角余弦值在面相位0°与180°处最大,在90°与270°处最小,并且随着时相位靠近平衡位置,其面上各点的场协同角余弦值逐渐变大。场协同匹配性能的分布规律与场协同角余弦值的分布基本相同。振动圆管外的对流传热系数分布规律与场协同余弦值及场协同匹配系数的分布规律一致,表明可以使用场协同原理阐述振动圆管外的对流换热规律。     

Dual-phase-lag heat conduction and associate fracture mechanics of a ceramic fiber/matrix composite cylinder

This paper studies a ceramic fiber/matrix composite cylinder subjected to a fast heating shock on its surface, which may have its root application for future thermal protection system of space vehicles. Theoretical model of the thermoelasticity field is established under the framework of dual-phase-lag (DPL) heat conduction. It is found that the intensity of the thermal wave described by DPL model increases with the heating rate. However the classic Fourier model scarcely embodies the effect of the heating rate on the thermoelasticity response. In addition, a comparison of the thermal stresses is made when investigating the fiber/matrix composite cylinder and the monolithic matrix cylinder. The fiber increases the compression stress of the matrix and decreases the tension stress due to the high modulus of the fiber. And the tension stress in the fiber is much higher than that in the matrix. Thus the thermal shock fracture behavior of the fiber/matrix composite cylinder with a center crack is studied. There is an optimal volume content for the fiber/matrix composite cylinder so that the peak value of the thermal stress intensity factor is minimized. This study may be useful for designs of fiber reinforced composites under severe heating.     

水平管道油气二相段塞流稳态流动特性

使用通过自行设计并搭建的实验装置,对水平管道油气二相段塞流稳态流动特性进行了实验研究。采用压力信号互相关方法测量了段塞流平均液塞速度,通过分析得到了液塞速度、液塞长度和液塞频率随气、液相折算速度的变化规律。结果表明,当液相折算速度恒定时,随着气相折算速度的增大,液塞速度基本上呈线性增大,而液塞长度呈双曲线减小;当气相折算速度恒定时,随着液相折算速度的增大,液塞频率基本呈线性增大,而液塞长度呈双曲线减小。     

圆管束中导流器对其自然对流换热的影响

对无限大空间中5根同规格圆管组成的圆管束在管间放置导流器的自然对流换热进行了数值模拟研究。考虑了Ra在10³～10⁴范围内,导流器偏转角为0°～60°,圆管间距为2～4倍圆管直径的自然对流换热,分析了5根圆管的局部Nusselt数（Nu_loc）和平均Nusselt数（Nu_ave）。研究结果表明,导流器对管束结构的自然对流换热影响体现在两方面：一是对导流器下方圆管而言相当于障碍物削弱其换热,二是对导流器上方圆管而言隔绝了下方羽状流的影响,从而增强系统的整体换热。在圆管间距较大时,与无导流器的圆管束相比,C1～C4各圆管换热下降趋势明显放缓,并且从C4、C5圆管换热趋势上升,系统整体换热增强。圆管间距S=2D,Ra=10³,导流器主要起障碍物的作用,削弱C1～C4各圆管换热,导致系统整体换热下降。当导流器偏转角度为45°时系统换热达到最大值,较无导流器时换热最多有着21%的提升。