摘要：超临界二氧化碳(sCO_(2))闭式布雷顿循环发电在能源领域展现出一定优势,而sCO_(2)物性的准确快速计算直接关系到系统和部件的热力设计及压缩机和透平气动性能的准确预测。本文建立了包括表格自生成、索引查找及不同插值算法的高效模拟sCO_(2)物性的表格计算体系,提出了有效表格的通用制作方法,结合sCO_(2)定压比热和密度变化规律,研究了双线性、双立方和B样条插值方法计算特征,并对比了不同表格分辨率的影响程度及各方案计算耗时。结果表明:物性表格计算的高误差主要分布在饱和线附近;双立方插值在全域平均误差最小,数量级在10-4~10-3之间,B样条插值沿饱和线平均误差最低,最大误差数量级仅为10-2;表格分辨率取401×401,可兼顾计算成本和求解精度;基于物性表格方案计算耗时远低于REFPROP数据库。

摘要：为满足航天和生物医疗等应用中对低功耗小型低温液体循环泵的需求,采用数值模拟和3D打印叶轮迭代优化方法设计了叶轮和诱导轮结构,研制了一款10 L/min流量、百瓦以下功率的小体积低温离心泵。搭建了一套小型低温泵闭式回路性能测试系统,完成了以液氮为介质的低温工况泵性能测试。获得了转速在4500~8000 r/min范围内的低温泵外特性曲线,研究了泵前流体压力(表压140~800 kPa)对低温泵扬程的影响规律。研究结果表明:该小型低温离心泵在小流量小扬程下运行稳定;随着流量的增加,功率先近似线性增长,而后增长速率逐渐减小;当转速增加时,功率线性增长区域的斜率变大且效率曲线开始出现峰值;转速越大,则最佳效率工况点越向大流量区域偏移,在额定转速6500 r/min时,最佳效率工况点为流量10 L/min,扬程为7.12 m;入口压力高于200 kPa时,低温泵扬程对压力变化不敏感。本文研究应可为小流量低温流体驱动应用的解决方案提供参考。

摘要：高效微型低温离心泵在航天低温推进剂在轨贮存、液化天然气计量加注等领域有着重要的应用。叶轮是离心泵的核心部件,直接影响泵的扬程、效率和稳定性,其优化设计是关键环节。目前国内外关于低温离心泵叶轮的优化设计多采用基于一元理论和相似理论的模型换算法和速度系数法并结合数值仿真或工程经验进行。为节省研发成本、缩短研制周期,通过CFD仿真,验证了液氮和水两种流动介质下低温泵扬程曲线的相似性以及其他外特性曲线与介质物性参数的关系,采用制作简便的3D打印树脂叶轮进行微型低温离心泵叶轮优化的常温流体试验。在扬程、流量及效率等条件的协同约束下,确定了叶片数为6、叶片包角90°的叶轮最优方案,进而可以替换为金属材质并在后续进行低温工况测试。实验结果表明,本文所提出的微型低温离心泵叶轮快速迭代优化设计方法是可行和实用的。