动力工程及工程热物理论文范文参考关于动力工程及工程热物理的优秀论文范文【10篇】

动力工程及工程热物理论文范文参考关于动力工程及工程热物理的优秀论文范文【10篇】 本文选择颅部动脉支架植入血流动力学这一医工交叉研究课题作为主要研究对象,采用动力工程及工程热物理学科领域中的流体动力学研究方法,如全三维非定常流动数值模拟技术(两相流)、激光粒子图像速度场测试技术(Particle Image Velocimetry,PIV)等,对颅部动脉狭窄与颅内动脉瘤这两种典型疾病在支架植入后的血流动力学进行了系统的研究分析.针对血流动力学数值模拟结果,采用血流动力学医学指标对支架植入后的影响进行了系统的对比分析.研究采用基于双欧拉模型的多相流数值模拟技术,重点对动脉支架植入前后的血流动力学变化进行了分析,并完成了流场实验验证.主要研究内容有:1)颈动脉狭窄支架植入血流动力学的数值模拟和分析:在颈动脉狭窄的支架植入治疗研究中,分别对正常、狭窄80%、支架扩张90%与支架扩张110%颈动脉统计模型的血流动力学进行全三维建模与数值模拟,通过局部流速、冲击力、壁面切应力、壁面压力、粒子滞留时间与区域等血流动力学指标对支架扩张效果与再狭窄可能性进行预测,并依据正常动脉的血流动力学指标选出最为合适的扩张比例,为了研究支架在临床中的实际使用效果,特对一例真实病例在支架植入扩张手术前后的血流动力学变化进行了数值模拟,预测了该扩张比例术后再狭窄的可能性.2)颅内动脉瘤支架植入血流动力学的数值模拟和分析:研究了低孔隙率支架在颅内动脉瘤中应用的可行性,分别考察了不同孔隙率(80%、70%、60%)与网丝结构(圆形与方形)的支架对颅内动脉瘤内各项血流动力学指标所产生的影响,结合临床经验与本文结果选出效果最好的支架结构,同时,为了验证该结构支架在临床中的实际效果,特选取一例真实颅内动脉瘤对支架植入前后的血流动力学进行分析,以此来预测支架在临床使用中的实际栓塞效果.3)动脉瘤全光学实验模型及其内部流动实验测量:选择两类动脉瘤模型,即侧壁动脉瘤(简化模型)和颅内动脉瘤模型(某真实病例),采用逆向工程技术与3D打印快速成型技术建立了全透明三维流道光学实验模型,结合折射率补偿技术成功地消除了全三维复杂流道的光学畸变,采用激光粒子图像速度场测试技术对模型内部流场进行了精确的实验测量,相关实验结果验证了数值计算方法的正确性.在统计模型实验中还考察了支架对动脉瘤内流动结构的影响.动脉栓塞的形成及介入治疗效果与血流动力学是密切相关的,不正常的血流动力学因素如血流速度、壁面剪切力、压力分布等因素为血液中颗粒物的沉积提供了环境条件.由于血流动力学的研究与传统流体力学的研究有许多相通之处,因此本论文将动力工程及工程热物理学科的专业知识、研究方法以及关键技术应用于颅部动脉支架植入后动脉管内流动的预测与分析中,丰富了动脉疾病致病机理与发展趋势研究的方法与渠道,同时也拓展了相关理论与技术手段的适用范畴.该方法所得到的结论将对今后临床医学研究遇到的相关问题起到积极的促进作用,必将成为临床治疗中不可或缺的辅助手段. 解决能源利用与环境协调相容的难题是二十一世纪能源科学研究的重要课题.为解决传统煤制天然气系统的能量利用难点以及目前能源动力系统CO2捕集能耗高、成本高的普遍难题,本学位论文在工程热物理与化工学科交叉层面,开展了能源系统化学能梯级利用和CO2分离的耦合机理研究,煤制天然气动力多联产系统集成研究以及成本潜力分析. 在机理层面,从燃料转化过程中吉布斯自由能利用思路出发,探索了燃料转化过程中吉布斯自由能损失规律与C02的富集机制,建立并阐明了吉布斯自由能利用和CO2分离能耗之间的耦合关系,进而揭示了利用吉布斯自由能实现CO2捕集能耗最小化的机理.研究表明,通过燃料的适度转化,可避免燃料转化过程过高的吉布斯自由能损失,并且能够富集C02,实现燃料化学能梯级利用和降低CO2分离功的双重目的. 基于CO2捕集能耗最小化机理,提出了回收CO2的化工未反应气适度循环型煤制天然气化工动力联产系统,分析了联产系统的热力性能、节能机理以及特性规律.结果表明,相对于IGCC+CC和SNG分产系统,回收CO2的天然气动力联产系统具有良好的节能效果,在设计条件下系统能源利用效率59.7%,相对节能率19.5%；系统最佳效率可达62.0%,相对节能率最高达21.5%.通过适度循环,回收CO2的联产系统能够避免SNG化工合成能耗随转化率急剧上升的现象,并能够实现C02的富集,在燃料化学能梯级利用的同时能够低能耗的捕集CO2,且存在最佳化工循环倍率,使得联产系统热力性能最佳.联产系统相对于IGCC和SNG分产系统的吉布斯自由能收益可弥补C02的分离功,甚至负能耗代价捕集CO2.与回收C02的甲醇电力多联产系统相比,回收CO2的天然气动力多联产系统C02分离前浓度约高5个百分点,CO2的单位捕集能耗更小. 围绕多联产系统,分析了回收CO2联产系统的成本下降潜力,揭示了国产化、效率提升、装机规模对成本下降潜力的贡献.目前,联产系统的比投资约为1700$/kW,空分系统、煤气化系统和联合循环系统的投资成本占联产系统总投资的60%以上,尤其是煤气化系统的投资,超过系统总投资的30%.联产系统的折合SNG生产成本为0.180.36$/Nm3.与IGCC+CC系统和SNG单产系统相比,在产品输出相同的情况下,联产系统的总投资比分产系统略高,年总成本比分产系统约低3.8%；与IGCC和SNG单产系统比,联产系统CO2捕集成本约为7.9$/t,能够实现低成本的CO2捕集.当前,通过国产化措施,联产系统的比投资可下降约29.4%,大型气化技术、SNG合成技术和高性能燃气轮机技术的国产化程度相对偏低,是未来国产化的关键.联产系统总规模、技术进一步国产化和系统效率的提升将对联产系统成本下降起重要作用,通过成本学习,联产系统的比投资可下降到7001100$/kW,低于IGCC+CC系统,甚至能够低于PC+CC系统. 当前我国能源供给形势严峻、环保压力增大,深入开展节能减排工作显得尤为迫切.工业余热利用是推进节能减排的重要环节,其中250以下低温余热的回收利用率亟待提高.有机朗肯循环（ORC）技术作为低温余热发电利用的有效途径之一,经济效益逐渐凸显,但其应用因国内有机工质膨胀机技术尚未发展成熟而受到限制.鉴于有机朗肯循环系统的应用价值和透平技术的重要性,本文进行低温有机朗肯循环及其透平的研究,并结合企业试验验证和推广ORC技术的需求,开展500kW级ORC试验系统及其有机工质向心透平样机的设计与研究. 本文建立有机朗肯循环设计与分析系统,研究热力循环参数对有机朗肯循环系统性能的影响；研究不同温度等级低温余热的ORC系统适宜工质,以及工质热物性对循环热力性能、经济性、环境友好性、透平设计的影响.针对某炼化企业120万吨/年重整抽提装置98215的5股温度不等余热热源,按照梯级利用余热温度等级和综合配置能量的方法,提出单工质R141b分流30.3%高温蒸发、60.9%低温蒸发的双参数ORC余热发电系统方案,在保证系统输出功率与分别利用5股余热方案相当的条件下,实现发电系统的简单紧凑化,并有效降低成本. 根据有机工质透平膨胀比高、总焓降小,而有机工质分子量小、声速低的特点,本文研究有机工质向心透平的气动设计方法,建立了向心透平的一维气动设计与性能三维数值分析系统.针对500kW级ORC试验系统的热力循环,进行以R123为工质的向心透平的气动布局设计优化,结合预测的透平变工况性能,综合评估和优选气动设计；采用三维数值模拟方法验证透平气动设计,分析透平运行性能和内部三维流动特性,数值模拟结果与气动设计基本一致.针对向心透平内强激波和局部分离流动,本文采用NURBS技术参数化控制型线、利用三维数值计算方法分析透平气动性能、结合遗传算法和序列二次规划算法对向心透平喷嘴和叶轮进行气动优化研究.结果表明优化的喷嘴二维叶型和积叠线使透平效率有所提高,优化的子午流道消除了叶轮吸力面的分离流动,数值模拟的透平效率累计提高约1.05个百分点,采用后弯式叶轮亦进一步改善了透平内部的局部流动. 结合向心透平的性能曲线,研究500kW级ORC试验系统的变工况热力性能,为试验台的运行控制和试验提供数据.目前向心透平已制造完毕,蒸汽冲转测试表明向心透平振动约20m.试验台正在建设中,预计xx年初进行运行试验,试验结果可为ORC系统及有机工质向心透平技术的应用提供重要数据支撑. 焊接是现*造业中非常重要的基础工艺技术,高效、优质和低成本的焊接工艺是生产过程永恒的需求.等离子弧焊接因为其潜在的优势,成为21世纪最具发展前景的高效焊接技术之一.与常规电弧焊相比,等离子弧焊接具有能量集中、电弧挺度大、一次焊透深度大、热影响区窄、焊接变形小、效率高等优点；而与激光焊和电子束焊相比,等离子弧焊接在设备造价、维护、操作复杂程度及焊枪运动灵活性等方面又具有较大优势.然而,等离子弧焊接在实际应用中存在一些尚未解决的关键问题,主要是小孔对工艺条件的变化比较敏感；焊缝成形的稳定性较差；获得优质焊接接头的适用参数区间窄、裕度小.这些问题制约着这种高效焊接技术的应用.本文针对该问题开展了焊接熔池与小孔动态耦合传热特性的研究,以期为优质焊缝成形的可控性提供理论指导. 基于文献调研工作,确立了理论与实验相结合、机理分析循序渐进的研究方案.首先搭建了焊接实验系统,根据焊接过程中的关键参数和相应的热物理现象提炼出数学模型,并且开展了不锈钢板的焊接实验,为模拟结果提供验证. 理论研究从宏观的传热过程出发,通过建立合适的体积热源分布模式来反映小孔效应的影响,暂时不涉及真实小孔的形成,而是将小孔的热-力作用体现在恰当的体积热源分布模式上.本文称之为等效热源模型,着重考察在这种体积热源模式作用下的焊接温度场.然后开始探讨焊接热场和温度场随小孔增长的演变机制,建立了小孔-熔池动态耦合的传热模型,利用流体体积函数(VOF)追踪小孔界面,研究了定点焊接条件下熔池穿孔的动态演变过程,同时分析了小孔和熔池之间的耦合热-力作用机制及其所引起的熔池流体流动.在定点焊接的动态热源模型的基础上,又开展了连续焊接条件下熔池穿孔的动态演变过程及熔池内传热和流动特性的研究,该模型不仅考虑了小孔动态变化的影响,同时也增加了焊接速度的影响. 目前国内外针对穿孔等离子弧焊接的理论研究普遍不考虑电弧部分,仅关注熔池部分的传热.然而电弧的热力特性是小孔型等离子弧焊接稳定进行的基础,只有开展等离子电弧和熔池耦合的全模型才能准确认识其中的真实热物理机理.因此本文建立了一个包含电弧、小孔和熔池的二维焊接全模型,模型中不再包含内热源,而是通过等离子电弧向工件传热.该模型更为真实的描述了等离子电弧热场、电场、磁场和流场的耦合输运作用,更加接近实际的焊接热物理过程.最后应用该模型开展了7因素3水平的正交试验,有效地预测了各工艺参数对焊缝成形的影响水平. 气体轴承支承的高速涡轮轴系具有结构紧凑、轴承功耗低、转速高、功率密度大等优点,广泛应用于空气制冷机、高速永磁电机、微型燃气轮机等高速微型动力设备中.高转速下轴承非线性气膜力引起的气膜振荡是影响轴承-转子系统稳定性的关键问题之一.本文重点开展气体轴承-转子系统稳定分析与实验研究,主要工作内容如下： 1.对气体轴承-转子系统稳定性进行定性分析.提出了包含旋转惯性项、轴颈涡动项、轴颈挤压项以及轴承供给压力项在内的有限长气膜力分析模型,以轴颈偏心率为函数给出工程稳定性判别准则及其推论,当max,且d/dt0时,轴承-转子系统在工程上是可以稳定运行的；转子的偏心率在某转速点满足max,且偏心率对转速的导数小于0(即d/d0),作为转子继续升速的判据.并根据工程稳定性判别准则,从设计阶段和在线调整阶段,给出了提高轴承-转子系统稳定性的措施和方法. 2.提出了基于图谱分析的转子非线性振动行为分析方法.以气膜振荡起始点为界,选用不同的图谱来分析气膜振荡前后的动力学特征,给出了气膜振荡发生前不平衡量引起同频涡动的分析图谱和气膜振荡发生后气膜非线性引起低频涡动与振荡的分析图谱,并在实验中验证了非线性振动行为分析方法的有效性和合理性. 3.搭建高速气体轴承-转子系统实验台.完成动力单元、实验台本体、振动测试单元以及远程监控单元的设计与搭建工作,其轴系设计转速在60000rpm；实验台能够呈现气膜涡动与振荡等非线性振动现象,实现了轴承气参数可控、可测量,转子的振动数据可在线监测、离线存储与分析,并实现实验现场的远程监控. 4.开展气膜约束状态下转子模态实验分析.制定模态实验方案,从激励的选取,测点布置方案的选取,激励与响应信号特征分析以及频响函数估计与评价几个方面论述模态实验过程,实验结果表明：设计转速内,转子平动、锥动、一阶弯曲固有频率随供气压力的增加而增加,且设计转速避开转子一阶弯曲和二阶弯曲临界转速值在合理裕度以上.模态实验结果为轴系升降速实验控制方案的制定,以及后续低频振动特性分析,提供基础性数据支撑. 5.开展转速、轴承供气压力、金属橡胶对轴承-转子系统稳定性影响的实验研究.采用非线性振动行为分析方法,重点分析分岔点、分岔点前和分岔点后转子动力学行为