刷式密封泄漏流动特性影响因素的研究

采用基于改进Darcian多孔介质模型的Reynolds-Av-eraged Navier-Stokes方程求解技术,用数值模拟的方法分析了在一定径向间隙条件下压比和刷丝束厚度对刷式密封泄漏流动特性的影响规律。根据发表的刷式密封泄漏量试验数据,确定了刷丝束多孔介质的渗透率系数。利用所确定的刷丝束多孔介质渗透率系数,分别计算了在一定径向间隙条件下7种压比和5种刷丝束厚度时某轴端刷式密封的泄漏量和泄漏流动形态。计算结果表明,压比和刷丝束厚度均影响刷式密封的泄漏量,在一定压比条件下,泄漏量随着刷丝束厚度的增加而减小;在一定刷丝束厚度条件下,泄漏量随着压比的增加而增加。因为刷式密封泄漏量与压比和刷丝束厚度近似成线性变化,所以压比和刷丝束厚度对刷式密封内泄漏流动形态的影响可以忽略。     

径向间隙对刷式密封泄漏特性影响的数值分析

采用计算流体力学方法和多孔介质模型对5种径向间隙布置的刷式密封的泄漏流动特性进行了数值模拟.结果表明：相对于接触式零间隙密封,径向间隙为0.1 mm时的泄漏流量增加了1个数量级,且压比越大,泄漏流量的增幅越大.当间隙增加到0.3-0.4 mm时,从径向间隙通道直接流出的流体达到总泄漏流量的75%-85%.在各种间隙条件下,近背板截面刷丝自由端附近的径向压力梯度达到最大值,促使刷丝区域内的流体沿径向加速流向转子表面并从径向间隙通道流出.     

汽轮机刷式汽封流场数值计算

根据刷式汽封的有效厚度模型,对刷丝中蒸汽的流动进行数值计算,得出了刷丝流场的压力场、温度场、速度矢量场及泄漏量。计算表明,刷毛直径、刷毛密度以及刷毛的排布方式对刷式汽封的性能影响显著。     

汽轮机刷式汽封流场数值模拟

建立了刷式汽封计算模型,采用数值模拟方法计算得出压力场、温度场、速度矢量场及泄漏量;通过改变刷毛直径、刷毛密度、刷毛与轴的间隙以及刷毛齿形,分析了这些结构参数对密封性能的影响规律。     

多孔介质导热的分形模型

多孔介质中热量传递与多孔介质内部的几何结构有密切的关系，讨论了多孔介质的分形结构和相关的分形维数，利用能量方程，导出了分形维数为D的有限尺度多孔介质中的广义热传导方程，在此基础上，假定热量在多孔介质中的传导路线也是一种分形结构，提出了一个筒化的多孔介质并联通道分形导热模型，求出了基于分形理论的多孔介质有效导热系数表达式。     

刷式密封的设计与应用

刷式密封是一种能显著减少气体泄漏的新型动密封装置。它是已沿用多年的篦齿密封的最简单、最实用、最有效的替换产品。刷式密封能有效地提高航空发动机推力,降低耗油率,增加经济效益。近年来,刷式密封技术正迅速推广到地面燃气轮机、汽轮机和压缩机中,并为之带来巨大的经济效益。本文介绍了刷式密封的工作原理、性能、结构参数设计、试验研究和应用情况。     

颗粒堆积多孔介质内幂律流体流动阻力模型

基于平均水力半径理论、Carman-Kozeny-Blake模型及孔喉通道模型,综合考虑边壁摩擦和边壁空隙对压力降的影响,得到了关于迂曲度、孔隙率、喉孔比、颗粒直径、边壁修正系数及幂律指数等重要参数修正的阻力计算模型.结果表明:新模型在较大流态区间内的阻力预测值与文献吻合较好,证实了边壁对惯性项压力损失的影响与雷诺数和...     

超临界机组低压缸刷式汽封改造与节能

介绍引进型日立技术生产制造的超临界压力机组,针对低压缸汽耗损失较大,效率偏低的情况,进行了原因分析和汽封改造,探索提高低压缸工作效率的途径。     

等温容器内多孔介质强化导热研究

等温容器是在充放气过程中容器内温度基本保持不变的一种特殊容器,在气动系统中有着广泛的应用.为强化放气过程中容器壁向内部的导热,以容器截面为研究对象,对内部铜丝的分布进行了探讨.在细铜丝填充密度一定的情况下,基于多孔介质模型,以容器截面导热热阻最小为目标,优化出两层和三层变密度填充下金属丝的分布.其热阻与均匀填充时相比,分别减少了37.63%和43.70%.研究结果表明,通过改变等温容器内细铜丝的分布可以强化容器壁向内部的导热.     

多孔介质发动机的双区燃烧模型

多孔介质(PM)发动机是基于多孔介质燃烧技术的新型发动机,能够实现均质和稳定燃烧。在考虑了区间质量分布、壁面传热、区间质量交换等因素的基础上,结合多孔介质换热模型,建立了多孔介质发动机的一种双区模型,对其燃烧过程进行模拟。着重讨论了进气温度和压强、压缩比、过量空气系数等参数对多孔介质发动机性能的影响。计算结果表明多孔介质对混合气的预热作用,促进了液体燃料汽化和燃烧反应发生,多孔介质初始温度对发动机的压燃着火起决定性作用。     

纤维过滤器气相流场的数值研究

基于多孔介质模型对二维纤维过滤器内气相流场进行了数值计算,得到了不同结构(填充密度和过滤器深度)纤维过滤器内的静压分布.为了观察多孔介质模型在研究过滤器流场的适应性,本文还计算了不包括多孔介质模型时,相同填充密度不同纤维排列纤维过滤器内的气相流场.结果表明:基于多孔介质模型时,静压沿着过滤器深度方向线性变化,填充密度越大,初始压降越大.因此,如果多孔介质的粘性阻力系数选择合理,该模型可以应用于计算过滤器的气相流场.但是,该模型并没有考虑过滤器内部纤维排列方式对其内部流场的影响,而实际上,过滤器内部纤维的排列行为将显著影响过滤器的流场和初始压降.因此如果要进一步研究过滤器内复杂的气固两相流,还需进行深入研究.     

天然气在渐变型多孔介质中的预混燃烧

设计了孔径沿程变化的渐变型多孔介质(GVPM)燃烧器，为了解天然气在其中的预混燃烧特性，对燃烧室气体、固体温度分布和CO、NO；污染物排放进行了测量．试验研究了渐变型多孔介质中燃烧的温度场分布、火焰移动、污染物排放、稳定性及多孔介质孔径结构对燃烧特性的影响规律．将研究结果与几种均匀型多孔介质(HPM)中的燃烧进行比较，发现渐变型多孔介质中的燃烧可以有更多的优点，包括均匀温度场分布、极低污染物排放、高火焰速度、高稳定性、宽燃烧极限和有很大的负荷调节范围等．     

多孔介质内层流预混燃烧的数值模拟

燃气与固体构架之间强烈的换热,使多孔介质内的燃烧与自由流中的燃烧有很大不同．模拟了甲烷／空气预混气在多孔介质内的一维层流燃烧过程,详细考察了多孔介质构架中的辐射换热和气固之间对流换热,并使用了详细化学反应机理,其计算结果能够较好地预测多孔介质内的各种燃烧特性．     

多孔介质局部非热平衡模型研究综述

简述了局部热平衡模型和局部非热平衡模型的基本概念,并分别对局部热平衡模型的有效性问题和局部非热平衡模型的边界条件进行了讨论,从流态、多孔介质骨架材料和研究尺度3个角度对局部非热平衡模型在多孔介质热质传递领域的应用进行了系统的总结。针对低导热系数内的局部非热平衡效应,提出了一种基于局部非热平衡模型的等效球简化法,该方法较为准确地获取了低导热系数固体和流体的温度。为多孔介质局部非热平衡模型的使用和进一步研究提供借鉴。     

一种多孔介质太阳能吸热器传热研究

为了研究塔式太阳能多孔介质吸热器的传热传质特性,建立吸热器稳态传热模型,选择适合多孔介质太阳能吸热器的体积对流换热系数模型,采用数值方法求解,并分别分析孔隙密度、孔隙率和入口空气速度对温度场的影响。文中技术可以为同类型太阳能吸热器的设计和改造提供参考。     

基于流固耦合方法的刷式密封刷丝变形及接触力特性的数值研究

采用基于非线性Darcian多孔介质模型的三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程耦合Finite Element Method(FEM)接触模型的数值方法,建立了考虑了泄漏流体气动力、刷丝间摩擦力和刷丝与前后夹板间的相互作用的刷式密封刷丝变形及接触力特性的预测模型。对比分析了单级和两级刷式密封的刷丝变形量及其与转子面的法向接触力和摩擦力随压比的变化特性,探究了刷丝直径、刷丝倾斜角和干涉量对刷丝与转子表面接触力的影响规律。结果表明:压比由1.1变化到4.0时,单级和两级刷式密封的刷丝变形量、刷丝与转子面的法向接触力和摩擦力均随压比的增大而增大;在相同压比条件下,两级刷式密封上游级和下游级刷丝与转子面的法向接触力较单级刷式密封分别可降低55%和32%;刷丝与转子面的法向接触力和摩擦力随刷丝直径、刷丝倾斜角和刷丝束与转子面干涉量的增大而增大。当刷丝直径小于0.08 mm,干涉量小于0.1 mm,刷丝倾斜角在30°～45°之间时,可有效降低刷丝与转子间的法向接触力和摩擦力。     

多孔介质太阳能吸热器性能分析

采用4种多孔骨架中辐射传输模型,包括:忽略多孔骨架内部辐射模型(模型A)、Rosseland模型(模型B)、均匀内热源模型(模型C)与吸热器中辐射传输满足Beer定律的模型(模型D),推导得到了局部非热平衡条件下4种模型所对应的吸热器中多孔骨架温度、空气温度和吸热器热效率的解析解,分析了多孔骨架孔隙率、导热系数和孔隙直径对吸热器性能的影响。结果表明,对模型A和模型B,吸热器中最高温度位于吸热器进口处;对模型C,吸热器中最高温度位于吸热器出口处;而在模型D中,吸热器中吸热器内部或吸热器的出口处温度最高。吸热器效率取决于多孔骨架导热系数、孔隙率和孔隙直径等参数,当吸热器中内热源均匀分布时,吸热器效率是最高的。     

伞喷油雾与热多孔介质相互作用的数值模拟

为深入认识多孔介质发动机中均匀混合气的形成,用改进的KIVA-3V详细模拟了伞喷油雾与热多孔介质之间的相互作用．在KIVA-3V中增加了油滴碰撞热多孔介质壁面的碰撞模型、传热模型．为检测数值模型的合理性,在Senda等人的实验条件下进行了数值计算．油束碰壁后油滴和油蒸气分布的数值计算结果与实验结果吻合较好．在简化多孔介质结构的基础上和不同的环境压力及喷雾锥角时,模拟了伞喷油雾与热多孔介质的碰撞过程．计算结果表明,伞喷油雾的喷雾锥角及空间压力对油滴在多孔介质中的分布有着很大的影响,在多孔介质厚度一定时,通过调节这些参数,能够形成均匀混合气．     

Numerical Investigation of Nanofluid Mixed‐Convection Flow in the Entrance Region of a Vertical Channel Partially Filled with Porous Medium

In this article, transient two‐dimensional mixed convection of nanofluids in the entrance region of a vertical channel has been studied carefully. The geometry under consideration consisted of a parallel‐plate channel partly filled with a porous medium with a constant wall temperature. In the free flow region, the two‐dimensional flow field has been governed by the Navier–Stokes equations. The general formulation of the momentum equations accounting for the inertial and the viscous effects in the presence of a porous medium has been used. Viscous dissipation effects have also been incorporated in the thermal energy equation. Effects of Brownian diffusion and thermophoresis have also been included for nanoparticles in the nanofluid. The governing equations have been given in terms of the stream function‐vorticity formulation and have been non‐dimensionalized and then solved numerically subject to appropriate boundary conditions. The characteristics of the flow and temperature fields have been presented in the terms of mixed‐convection parameter (GR), Brinkman number (Br), Darcy number (Da), Lewis number (Le), and other important parameters. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res, 43(7): 607–627, 2014; Published online 21 November 2013 in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com/journal/htj ). DOI 10.1002/htj.21099