摘要：本文初步设计了超临界二氧化碳布雷顿循环的热力参数,输出功率在1.5 MW左右。同时本文对超临界二氧化碳热力系统核心部件向心透平进行设计,并进行了CFD数值模拟、变工况预测与计算,结果表明流量、效率等总体参数都达到设计目标,各气动参数计算值与设计值的趋势也保持一致,CFD计算结果与一维变工况预测结果基本符合。

摘要：近年来轴流压气机非绝热效应逐渐得到学者们的关注,已有研究表明,采用冷却可以提高压气机整体性能。本文在跨音轴流压气机中针对壁面冷却机理进行探讨,并分别针对跨音转子Rotor 37以及某F级燃气轮机压气机首级模化1.5级实验台开展壁面冷却流动控制方法数值研究。在保证压气机相同进口流量时,在单排跨音转子Rotor 37动叶上游机匣处采用壁面冷却,能够有效减小当地音速及增大流速,从而增大叶顶区域激波前相对马赫数,进而增强激波,提高压气机在设计工况点的增压能力。进一步,在1.5级压气机中考察多排环境下壁面冷却作用,冷却分别应用于机匣及进口导叶上,研究结果表明,壁面冷却同样可以提高压气机气动性能。对比机匣冷却与进口导叶冷却两种方式,可知其机理不同,在跨音压气机中机匣冷却具有简便易行且效果显著的特点。

摘要：随着燃气轮机技术的发展,为解决燃气轮机燃烧室高参数与低NO_x排放要求之间的矛盾,本文通过回顾近年来国内外对无焰燃烧应用于燃机燃烧室的研究成果,分析总结各方案特点,得出目前的无焰燃烧室方案总体上距实际工业应用尚有差距的结论,通过阐述燃烧室与工业炉的差异,指出无焰燃烧室设计可参考工业炉应用原理,但不可简单照搬;无焰燃烧室设计过程中,烟气循环量和燃气/新鲜反应物的快速混合是两个关键性问题,此外,从燃烧室的燃烧热强度、燃烧稳定性、燃烧效率等方面,阐述了无焰燃烧在燃烧室环境下的特殊考虑,提出了"优先"、"继承"等若干基本原则,对无焰燃烧室的设计具有指导意义.

摘要：针对气固反应的跨尺度计算这一学科前沿方向,该文从介观晶粒层次提出基于第一性原理的速率方程理论,解决原有理论中无法实现尺度关联和反应/扩散相互耦合的难题,构建“原子→晶粒→颗粒”跨尺度的气固反应动力学理论模型,揭示了固体产物在表面的离散岛状生长机制,设计了高效可靠的计算和分析方法,并应用于低能耗CO_(2)捕集中化学链燃烧的跨尺度氧化/还原反应动力学、新型热化学储热中的表界面反应现象及机理、污染物脱除技术的跨尺度计算、煤焦燃烧的数值模拟、双流化床反应器的设计与优化等技术领域。

摘要：宽燃料适应性是先进燃气轮机的重要设计要求之一,燃用来源广泛的富氢燃料气是燃气轮机未来发展的重要方向,因此富氢燃料气的湍流火焰熄火特性应成为燃气轮机燃烧室设计过程中重点关注的问题。该文通过使用优化的对冲火焰实验方法和数值模拟计算方法,比较了2种典型的富氢燃料气在层流和湍流燃烧状态下的熄灭拉伸率,并分析了贫燃侧2种燃料预混火焰熄灭拉伸率差异的主要原因。结果表明:在该文研究的工况范围内,采用数值模拟方法可较好地预测层流和湍流火焰的熄灭拉伸率。在层流燃烧状态下,火焰锋面内活性自由基H、O和OH的物质的量浓度相对更高的富氢燃料气,其火焰锋面内部的关键化学反应速率和释放热量的速度更高,因此能抵抗更高程度的火焰拉伸形变。湍流作用加快了火焰锋面内部的反应速率,但同时会使热量更快地从火焰锋面内部向外输运,相比于层流火焰,湍流火焰熄灭拉伸率降低。

摘要：超临界压力流体在热力发电、航空航天热防护等工业领域具有广泛应用和广阔的应用前景。然而,由于超临界压力流体在准临界温度附近物性变化剧烈,对流换热性能异于常规流体,为系统热设计带来了很大挑战。本文以受浮升力与热加速耦合影响的超临界压力CO_(2)管内湍流换热问题为例,利用机器学习的高斯过程回归算法和协同克里金法建立两种计算模型,研究多精度数据融合方法在复杂传热问题中的可行性及其特点,以期建立快速、高精度的超临界压力流体湍流换热替代模型。结果表明,在本文数据下上述两种机器学习模型在测试集上预测努谢尔特数的误差不超过5%,优于现有准则关联式预测精度,训练及预测时长最多为分钟量级。高斯过程回归结合协同克里金法的模型只需要48个高精度数据结合1200个低精度数据点即可达到采用96个高精度数据点的高斯过程回归算法预测精度。此外,本文基于机器学习建立的替代模型方法也可以应用于其他换热性能预测问题与热系统设计。

摘要：多孔通道内流动沸腾广泛应用于热管、高效换热器、航天热防护等领域,认识孔隙尺度相变典型行为及特点有助于理解多孔介质内沸腾传热机理,进而改进多孔介质内部流体相变模型。基于此,本文搭建了二维多孔介质内流动沸腾实验台,对微米级多孔通道内部流动沸腾现象及气泡行为进行研究。实验发现在毛细力、黏性力和惯性力的共同作用下,多孔介质内的流动沸腾形态显著区别于直通道内的沸腾,存在局部气泡堵塞、合并和液膜蒸干、再润湿等行为。该研究有助于增强对相变过程的理解,并为多孔结构优化设计提供指导。

摘要：透平是超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环的核心部件之一。通常,小流量的循环常采用向心透平。透平的效率和循环的设计参数密切相关。在关于S-CO2循环的研究中,透平效率通常设置为定值。目前并没有关于采用透平效率预测对于S-CO2循环,性能影响的研究。本篇文章提出了采用一维向心透平效率的S-CO2循环再压缩循环模型。并在不同的循环参数下,对采用一维透平效率和固定透平效率的S-CO2循环的热力学性能进行对比。结果显示当循环参数改变时,可以采用合适的固定透平效率。然而,当热源流量变化时,探究变工况情况下的透平效率相当重要。

摘要：近年来,研究发现聚合物与陶瓷中存在显著的电卡效应,推动了电卡效应制冷技术在学术与工业界受到广泛关注。其中,基于聚合物的微型电卡制冷系统由于其柔性特点,逐渐成为新兴研究增长点。但电卡制冷系统器件制备困难较大,采用数值模拟进行性能分析为电卡制冷系统设计提供了重要的研究手段。现有针对电卡系统的数值模拟方法中传热模型较为简化,缺乏对具体传热过程和影响因素的深入分析。本文以微型往复式主动电卡回热器制冷系统为例,通过数值模拟对比讨论了电卡材料性能模型、回滞损失、制冷系统散热器和系统对环境散热四方面因素对系统制冷功率密度的影响规律。结果表明,回滞损失与环境散热对功率密度具有显著影响。为进一步提高微型电卡制冷系统性能并实现较大温差,需减小系统散热损失并降低电卡材料回滞损失。

摘要：掺氢天然气在稀释气体作用下的熄灭特性研究对实际燃烧设备的设计和优化具有重要的指导意义。本文利用对冲火焰法测量了掺氢天然气层流火焰在N_(2)和CO_(2)作用下的熄灭拉伸率,并采用数值模拟耦合详细化学反应机理对N_(2),CO_(2)和He的稀释剂效应展开研究。结果表明,Li、GRI Mech 3.0和FFCM-1机理均能定性反映燃料熄灭拉伸率随当量比的变化规律,且FFCM-1机理综合预测精度最高。实验和模拟发现,不同稀释剂气体对掺氢天然气熄灭拉伸率降低幅度满足:He<N_(2)<CO_(2)。进一步研究发现,CO_(2)由于热容大,在反应体系中会降低火焰温度,同时增强了链终止反应强度,通过热效应和化学效应两方面对火焰熄灭特性起作用。He则能显著改变燃料混合物的平均摩尔质量,从而改变体系中重要反应物和自由基的扩散特性,从扩散效应方面影响火焰的熄灭特性。