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涡扇发动机再压缩CCA系统热力循环耦合分析
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作者 苏杭 赵霄 +1 位作者 张博 杨竹强 《大连理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期495-506,共12页
为了提高发动机的推进性能和热效率,同时改善发动机冷却引气品质,在传统预冷冷却空气(cooled cooling air,CCA)技术基础上,建立基于再压缩CCA系统的典型飞机发动机热力计算耦合分析仿真平台.结合涡轮叶片平均壁温计算模型和飞机/发动机... 为了提高发动机的推进性能和热效率,同时改善发动机冷却引气品质,在传统预冷冷却空气(cooled cooling air,CCA)技术基础上,建立基于再压缩CCA系统的典型飞机发动机热力计算耦合分析仿真平台.结合涡轮叶片平均壁温计算模型和飞机/发动机总体匹配模型,分析再压缩CCA系统对涡轮叶片冷却效果、发动机总体性能及相应飞行性能的影响规律.结果表明:采用减小引气比的方式未加力时推力最高提升7.88%,加力时推力最高提升2.03%;加力时耗油率降低、热效率提升,冷却引气总温降低100~120 K、总压提升4%左右,高压涡轮导叶冷却效果提高显著.采用提高燃烧室最高出口温度的方式未加力时推力最高提升22.81%,加力时推力最高提升3.70%;加力时耗油率降低、热效率提升,冷却引气总温降低90 K左右,且在各任务航段高压涡轮叶片温度均低于许用温度.两种方案再压缩CCA系统对发动机性能损失基本无影响,取功比在各状态下均低于0.25%. 展开更多
关键词 涡扇发动机 再压缩 冷却空气 性能分析 热力循环
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喷雾冷却液膜流动特性测试方案优化及传热规律分析
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作者 陈引 赵霄 +3 位作者 杜王芳 杨竹强 李凯 赵建福 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期2734-2743,F0004,共11页
喷雾冷却过程中,液滴-液膜-热壁面多子过程交互的强干扰体系造成液膜流动特征的捕捉非常困难,致使喷雾冷却高效换热机理还未得到本质澄清。开展了HFE-7000和HFE-7100喷雾液膜流动与传热研究,明确相机内置感光参数、快门和光圈组合、取... 喷雾冷却过程中,液滴-液膜-热壁面多子过程交互的强干扰体系造成液膜流动特征的捕捉非常困难,致使喷雾冷却高效换热机理还未得到本质澄清。开展了HFE-7000和HFE-7100喷雾液膜流动与传热研究,明确相机内置感光参数、快门和光圈组合、取样策略等耦合影响下的液膜流动特性测试与诊断方案,针对不同表面均取得了良好的测试效果。提出了基于标准液膜的ADD型误差分析方法,给出相关参数的偏差和随机误差,获得了不同热通量、压力和喷嘴高度下HFE-7100液膜分布和流动过程润湿面积、接触线长度等特征及规律,发现孤立液膜润湿面积随表面温度升高而降低,接触线则随温度呈现出降低或少数工况降低-升高的趋势,并探讨了液膜流动特征与传热规律的有机联系。 展开更多
关键词 喷雾冷却 液膜流动 孤立液膜 误差分析 HFE-7100
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双毛细管式碳氢化合物黏度测量方法研究 被引量:6
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作者 杨竹强 冯松 +2 位作者 潘辉 毕勤成 刘朝晖 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期37-41,共5页
为了实现碳氢化合物高温高压条件下动力黏度的在线测量,提出了一种基于Hagen-Poiseuille定律的双毛细管式黏度测量方法,并研制了一套适用于液态碳氢化合物黏度测量的双毛细管黏度计,测量压力可达10MPa,测试温度为293.2~523.2K。... 为了实现碳氢化合物高温高压条件下动力黏度的在线测量,提出了一种基于Hagen-Poiseuille定律的双毛细管式黏度测量方法,并研制了一套适用于液态碳氢化合物黏度测量的双毛细管黏度计,测量压力可达10MPa,测试温度为293.2~523.2K。该黏度计通过被测流体与参考流体在上下游两根毛细管中流动压降间的关系推算出被测流体的动力黏度,测量方法简便可靠,测量黏度的标准不确定度为1.1%~2.6%(置信因子k=2)。通过纯物质正庚烷、正辛烷以及正庚烷一正辛烷二元混合物动力黏度的测量,对双毛细管黏度计进行了检验,实验结果表明,黏度测量的最大相对误差控制在±2%以内,相对误差绝对平均值在0.72%以内。该黏度计的建成为进一步开展碳氢化合物及其混合物动力黏度的研究创造了条件。 展开更多
关键词 碳氢化合物 动力黏度 双毛细管
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跨临界碳氢二元混合物的水动力学与传热特性实验研究 被引量:1
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作者 杨竹强 李天卉 +3 位作者 高天泽 韩瑞岩 张博 刘峰 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期140-147,共8页
针对超燃冲压发动机热防护所采用的再生主动冷却技术中的流动不稳定问题,对亚超临界二元碳氢混合物的流动及传热特性进行了实验研究。基于流动方向对水动力学特性影响的实验结果,即水平管路较竖直管路更容易发生静态不稳定现象,研究了... 针对超燃冲压发动机热防护所采用的再生主动冷却技术中的流动不稳定问题,对亚超临界二元碳氢混合物的流动及传热特性进行了实验研究。基于流动方向对水动力学特性影响的实验结果,即水平管路较竖直管路更容易发生静态不稳定现象,研究了水平管内不同混合比例的二元混合物的水动力学及传热特性。结果显示:流动不稳定起始点(OFI)与换热过程极值点对应,说明水动力学特性与其换热过程具有耦合关系;二元混合物的水动力学特性基本规律与纯物质相同,增加易挥发物的比例会使OFI对应的质量流量向更大的方向移动。通过包含3个对OFI有影响的参数的两组无量纲数对混合物流动不稳定起始点进行线性拟合,得到了混合物的静态不稳定区间的起始边界。此项研究将OFI与传热过程进行耦合分析,对预测混合物的流动不稳定边界以及发动机主动冷却技术的通道设计具有参考价值。 展开更多
关键词 水动力学 传热 二元混合物 超临界 小通道
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小通道内碳氢化合物极限热流密度实验研究
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作者 杨竹强 金禛 +5 位作者 刘峰 张巧玲 高天泽 康桥 苗瑞璞 张博 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期65-74,共10页
针对新一代发动机热防护所采用的再生主动冷却技术中的传热问题,对超临界压力下碳氢化合物的传热特性进行了实验研究。利用主流温度、内壁温度、传热系数等划分指标,量化了正常传热、传热强化、传热弱化3个阶段的区间划分;定义超临界压... 针对新一代发动机热防护所采用的再生主动冷却技术中的传热问题,对超临界压力下碳氢化合物的传热特性进行了实验研究。利用主流温度、内壁温度、传热系数等划分指标,量化了正常传热、传热强化、传热弱化3个阶段的区间划分;定义超临界压力下发生传热弱化时对应的热流密度为极限热流密度,对其影响因素进行研究,发现压力越高、质量流量越大、加热入口温度越低,极限热流密度越高;采用拟沸腾数对极限热流密度进行表征,并发现拟沸腾数与入口温度和压力相关,与雷诺数弱相关;基于实验数据,采用量纲分析方法得到综合影响因素下极限热流密度的预测公式,数据预测偏差在±10%以内。该研究结果可用于预测传热弱化现象的发生,为飞行器换热结构设计提供理论依据,进而保证飞行器整体的安全运行。 展开更多
关键词 超临界压力 传热特性 碳氢化合物 极限热流密度
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正方形小通道内不同性质溶液-氮气两相流型
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作者 杨竹强 毕勤成 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期26-30,共5页
采用可视化手段研究了水力直径为2.5mm的正方形小通道内蔗糖-氮气、羧甲基纤维素钠(CMC)-氮气、水-氮气和水力直径为1.0mm的正方形小通道内蔗糖-氮气的垂直绝热上升流动,对其流型、压降进行了实验采集.实验中的典型流型有:弹状流、搅拌... 采用可视化手段研究了水力直径为2.5mm的正方形小通道内蔗糖-氮气、羧甲基纤维素钠(CMC)-氮气、水-氮气和水力直径为1.0mm的正方形小通道内蔗糖-氮气的垂直绝热上升流动,对其流型、压降进行了实验采集.实验中的典型流型有:弹状流、搅拌流和环状流.通过大量的数据得到了各个溶质的流型转变图和压降曲线,对各种流型的流动机理进行了分析,着重对黏弹性对于流动的影响进行了研究.通过水力直径为2.5mm的小通道内蔗糖-氮气、CMC-氮气和水-氮气流型的对比,总结了流体的黏弹性、流量对于流型转变的影响.对不同水力直径时的蔗糖-氮气流型进行对比研究,总结了流体水力直径、表面张力等因素对于流型转变的影响,同时在水力直径为1.0mm的小通道内发现了明显的二次流动现象.实验证实Chisholm方法对于非牛顿流体的压降处理已不再适用. 展开更多
关键词 非圆截面小通道 蔗糖溶液 羧甲基纤维素钠溶液 流型
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灰化温度和热解气氛对污泥灰热力学特性的影响 被引量:2
7
作者 穆林 赵晨 +4 位作者 徐芷凌 陈灿若 尚妍 赵亮 杨竹强 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期73-81,共9页
通过对污泥灰样微观形貌、化学组成、矿物质转化、热力学特性以及加热过程中潜在的物理化学变化进行分析和探讨,获得了灰化温度以及热解气氛等对污泥灰样理化特性及热力学特性的影响规律。实验结果表明,污泥灰样呈典型的多孔特性,在热... 通过对污泥灰样微观形貌、化学组成、矿物质转化、热力学特性以及加热过程中潜在的物理化学变化进行分析和探讨,获得了灰化温度以及热解气氛等对污泥灰样理化特性及热力学特性的影响规律。实验结果表明,污泥灰样呈典型的多孔特性,在热处理过程中易发生变形、烧结和熔融。灰样的主要化学成分为SiO_2、Al_2O_3、P_2O_5、CaO、Fe_2O_3和MgO,并以石英、硬石膏、白磷钙石、磷酸钙、磷酸铁钙、硅线石以及钙长石等矿物质形式存在。污泥灰样中的含磷矿物质及其转化过程对污泥灰矿物质演变和热力学特性影响显著,过量的磷酸盐离子会优先结合硬石膏中原本与硫酸根离子结合的钙离子,形成高熔点的白磷钙石和易分解的硫酸铝,从而导致硬石膏的分解并以SO_2或SO_3的形式释放S元素。同步热分析实验表明,污泥灰样A在空气气氛条件下经历了4个热力过程,分别为外在水分蒸发,白云母脱羟基和结晶水析出,白云石、方解石和白云母分解以及矿物质熔融和硬石膏分解,而污泥灰样B则表现为3个热力过程,分别为外在水分蒸发,以晶体转化、非晶体或无定形物质形成为主的微质量损失过程以及硬石膏分解和气相产物释放。灰样在氮气气氛中的热力学特性与空气气氛中相似,但总质量损失低于空气气氛中的总质量损失。 展开更多
关键词 污泥灰 灰化温度 热解气氛 热力学特性 矿物质转化
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振动对管内流体对流传热影响实验研究 被引量:6
8
作者 吕平 刘文杰 +1 位作者 张博 杨竹强 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期118-123,共6页
利用实验的方法研究了水平圆管在高频低振幅的横向振动条件下,管内流体的传热特性,分析了不同振动参数对管内流体传热的影响.针对振动对传热影响的研究使用实验测量的振动加速度进行频谱分析得出共振频率.结果表明:随着振动频率的增加... 利用实验的方法研究了水平圆管在高频低振幅的横向振动条件下,管内流体的传热特性,分析了不同振动参数对管内流体传热的影响.针对振动对传热影响的研究使用实验测量的振动加速度进行频谱分析得出共振频率.结果表明:随着振动频率的增加管内对流换热系数先增大,达到峰值(共振频率下)后迅速减小,最终趋于稳定;随着振动加速度的增大,管内对流换热系数增大,且振动频率对传热的影响要强于振动加速度.传热强度最高提升14.94%.此外,根据实验结果拟合了Nu增强率关联式,将拟合结果与实验值进行比较,误差最大在8.02%左右,可为工程实际应用提供参考. 展开更多
关键词 振动 对流热传递 管内层流
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超临界环己烷水平管内水动力学多值性研究
9
作者 单亚飞 李天卉 +2 位作者 杨竹强 张博 刘峰 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期64-70,共7页
针对高速飞行器内再生主动冷却技术中可能存在的流动不稳定问题,对超临界碳氢化合物的水动力学多值性进行了实验研究。结果表明:超临界流体存在水动力学多值性;提高工作压力或入口温度、降低热流密度、减小加热管长、增加管道内径,均有... 针对高速飞行器内再生主动冷却技术中可能存在的流动不稳定问题,对超临界碳氢化合物的水动力学多值性进行了实验研究。结果表明:超临界流体存在水动力学多值性;提高工作压力或入口温度、降低热流密度、减小加热管长、增加管道内径,均有利于增加水平管内换热系统流动的稳定性,削弱水动力学多值特性。基于实验数据,采用归一化方法总结出了在实验工况范围内可用于预测流动不稳定起始点(onset of flow stability,OFI)的关联式。该关联式只由3个量纲一参数组成,却包含了5个影响OFI的重要参数,计算结果与实验结果之间的误差在10%以内。 展开更多
关键词 高速飞行器 超临界环己烷 水动力学 多值性 不稳定起始点
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超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环系统动态特性研究 被引量:1
10
作者 王广义 杨竹强 张博 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期290-299,共10页
超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环因其环保性与高热电转换效率而被视为核能发电未来发展的重要方向。借助Simulink软件平台,建立了S-CO_(2)再压缩布雷顿循环闭环动态仿真系统,通过模拟结果与Sandia实验数据的比较,验证了系统模型的... 超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环因其环保性与高热电转换效率而被视为核能发电未来发展的重要方向。借助Simulink软件平台,建立了S-CO_(2)再压缩布雷顿循环闭环动态仿真系统,通过模拟结果与Sandia实验数据的比较,验证了系统模型的有效性。研究搭建的超临界CO_(2)再压缩布雷顿循环系统在稳态设计点条件下的预测热效率为31.85%,此外,还获得了热源功率和流量扰动条件下系统热力学参数的响应特征,发现热源功率的变化促使系统效率单调提升或降低,而改变系统流量未呈现类似变化趋势;扰动施加过程中,循环系统的参数对热源功率的变化非常敏感,热源功率减小15.00%,循环效率从31.85%降低到22.00%。最终基于仿真结果,获得多参量耦合关联下的变化规律与调控策略,可为S-CO_(2)再压缩布雷顿工程应用奠定基础。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 再压缩布雷顿循环 仿真 动态特性
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湍流场协同模型构建及减阻应用 被引量:5
11
作者 吕金升 杨竹强 +2 位作者 路广涛 温兴柔 张博 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期253-258,共6页
在稳态、无体积力流动场协同模型的基础上,将场协同原理与湍流流动有效结合,引入Favre平均和RANS,根据Navier-Stokes方程建立了不可压湍流场协同模型。基于最小机械能耗散原理,在约束条件下推导使黏性耗散函数满足极小值的数值解,将不... 在稳态、无体积力流动场协同模型的基础上,将场协同原理与湍流流动有效结合,引入Favre平均和RANS,根据Navier-Stokes方程建立了不可压湍流场协同模型。基于最小机械能耗散原理,在约束条件下推导使黏性耗散函数满足极小值的数值解,将不可压缩湍流模型与流动减阻相关联,构建了湍流场协同减阻模型。以后台阶流动验证模型的有效性,结果显示:改变结构后,黏性耗散值从0.633 0 W减小到0.245 0 W,优化了61.3%。 展开更多
关键词 湍流 场协同 减阻优化 Favre平均
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基于吸引域边界的流量漂移失稳动力学机理研究 被引量:1
12
作者 刘峰 杨竹强 +3 位作者 张博 高天泽 闫晓 张君毅 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期70-76,共7页
为揭示流量漂移失稳的动力学机理,并为流动不稳定性分析提供新的研究思路。采用实验和数值计算方法,对流量漂移失稳的瞬态过程开展研究。首先通过对漂移过程的实验刻画,捕捉流动不稳定起始点(OFI)的真实位置,确定OFI与水动力多值特性曲... 为揭示流量漂移失稳的动力学机理,并为流动不稳定性分析提供新的研究思路。采用实验和数值计算方法,对流量漂移失稳的瞬态过程开展研究。首先通过对漂移过程的实验刻画,捕捉流动不稳定起始点(OFI)的真实位置,确定OFI与水动力多值特性曲线极值点的关系,进一步将实验数据与数值计算相结合,构造相平面内吸引域边界的位置。研究结果表明,OFI并非一定对应水动力多值特性曲线的极值点,且吸引域边界可以解释流量漂移失稳的发生原因。因此,流量漂移失稳的动力学机理可通过吸引域边界来阐释。 展开更多
关键词 流动不稳定性 流量漂移 流动不稳定起始点(OFI) 吸引域 动力学
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吸热型碳氢燃料的定压比热测量研究 被引量:7
13
作者 黄淑君 郭亚军 +1 位作者 杨竹强 刘朝晖 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期833-836,965,共4页
针对亚临界及超临界压力下吸热型碳氢燃料的定压比热进行了在线测量研究。基于能量守恒原理,设计了一套定压比热测量装置,并对测试装置的几何尺寸和结构进行了优化。在用去离子水和环己烷对测试装置进行标定的基础上,对吸热型碳氢燃料... 针对亚临界及超临界压力下吸热型碳氢燃料的定压比热进行了在线测量研究。基于能量守恒原理,设计了一套定压比热测量装置,并对测试装置的几何尺寸和结构进行了优化。在用去离子水和环己烷对测试装置进行标定的基础上,对吸热型碳氢燃料压力在2.0-5.0 MPa、温度在333-903 K范围内的定压比热进行了测量,获得了不同压力下比热随温度变化的曲线。试验结果表明:定压比热在低温区随温度平稳增加,在拟临界、临界温度时达到第一个峰值;在高温区吸热型化学反应发生后比热值随温度的增加不断增大。而定压比热在临界、拟临界温度区的峰值随压力的增加逐渐减小,但在高温化学反应区比热随压力的增加而增大。 展开更多
关键词 定压比热 碳氢燃料 超临界压力
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流动量热法测量超临界流体比定压热容实验研究 被引量:1
14
作者 杨思远 韩瑞岩 +1 位作者 杨竹强 张博 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期593-600,共8页
超临界流体的比定压热容数据的准确测量对于众多科学研究和工程应用至关重要。基于流动型量热法建立了一套适用于测量温度在25.00~80.00℃、压力0.10~12.00 MPa的比定压热容在线测量实验系统,其测量的扩展相对不确定度为1.66%~2.46%(置... 超临界流体的比定压热容数据的准确测量对于众多科学研究和工程应用至关重要。基于流动型量热法建立了一套适用于测量温度在25.00~80.00℃、压力0.10~12.00 MPa的比定压热容在线测量实验系统,其测量的扩展相对不确定度为1.66%~2.46%(置信因子k=2)。在使用纯水(工况压力为7.00~12.00 MPa,温度25.00~60.00℃)、环己烷(工况压力为2.00~6.00 MPa,温度30.00~80.00℃)和CO_(2)(工况压力为6.70~12.00 MPa,温度25.00~70.00℃)进行测量的基础上,得到平均绝对偏差分别为0.14%、0.99%和0.78%,最大绝对偏差分别为0.26%、1.32%和2.28%。数据测量的结果验证了实验系统的实用性和可靠性,能够为科研和工程设计提供准确的数据测量支持。 展开更多
关键词 流动量热器 超临界 在线测量 比定压热容
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成灰温度对污泥灰矿物质演变及热力学特性的影响研究 被引量:2
15
作者 赵亮 赵晨 +4 位作者 徐芷凌 杨竹强 陈博文 尚妍 穆林 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期409-417,共9页
采用STA、SEM、XRD等谱学表征技术对不同成灰温度下的污泥灰样进行理化特性分析。研究表明,低温灰样仍含有呈黑棕色的残余未燃尽物,矿物质成分以方解石、石英以及焦磷酸盐为主,随着成灰温度升高,灰样中的未燃尽物燃烧分解而逐渐变为铁红... 采用STA、SEM、XRD等谱学表征技术对不同成灰温度下的污泥灰样进行理化特性分析。研究表明,低温灰样仍含有呈黑棕色的残余未燃尽物,矿物质成分以方解石、石英以及焦磷酸盐为主,随着成灰温度升高,灰样中的未燃尽物燃烧分解而逐渐变为铁红色,并形成较多晶枝结构,直至熔融,同时矿物质成分变化显著,主要以中长石类、硬石膏、赤铁矿以及磷酸正盐为主。同步热分析实验表明,随着受热温度升高,不同成灰温度下的灰样均出现了吸附水、结晶水析出,污泥灰残余有机物燃烧分解,白云石、方解石和白云母分解,以及随后的硬石膏分解等失重阶段,而且成灰温度越低,终止失重质量越大。由于低温灰样保留了较多的污泥原有特征,因此吸热量大于高温灰样。 展开更多
关键词 污水污泥 成灰温度 同步热分析 热力学特性
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