针对150 kW超临界二氧化碳(SCO 2)简单布雷顿循环,设计了转速为60000 r/min的离心压气机。由于SCO 2在临界点附近物性的剧烈变化,物性表的精度直接影响SCO 2压气机气动性能数值预测的稳定性和准确性。验证了400×400精度的SCO 2物性表能够获得可靠的SCO 2离心压气机气动性能。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和k-ε湍流模型的方法,研究了所设计的SCO 2离心压气机设计工况和变工况气动性能,详细分析了离心叶轮间隙泄漏流动特性。结果表明:所设计的SCO 2离心压气机设计工况考虑间隙泄漏损失的气动效率是73.2%,压比是2.207。SCO 2离心压气机具有优良的变工况气动性能。与不考虑离心叶轮间隙泄漏损失相比,SCO2离心压气机气动效率降低了14.0%。离心叶轮叶顶间隙泄漏流动主要分为3个区域,分别是顺流而下的分离涡区域、叶顶间隙上半部分区域在逆压梯度...

传统的清洗方法及设备由于水溶液的表面张力大，很难有效清洗精密零部件的微孔及狭缝中的污物，且干燥过程复杂，以超声波辅助超临界CO2清洗可以克服上述缺点。超临界CO2具有表面张力小、快速移动能力，高溶解性、强扩散性、不添加化学试剂、循环利用的特性，在精密零部件的微孔及狭缝清洗中有良好的应用前景。提出了一种超声波辅助超临界CO2清洗精密零部件设备，包括筒体、内夹套、超声波换能器、料框、磁力驱动装置、封头、快开结构．该设备可同时实现超临界CO2、超声波振荡及零部件旋转清洗，为精密零部件的无水精密清洗提供了可能。

采用自主研发的热力计算程序与高效叶型对兆瓦级S-CO2轴流透平进行了一维气动设计,根据所得结果展开建模造型,并利用FLUENT软件进行了三维气动数值分析,结果表明,研究中采用的一维气动设计方法具备可行性,且设计点气动性能优良,满足设计要求。

为了分析惯性效应对超临界二氧化碳干气密封动态性特性的影响规律,建立考虑惯性效应的变黏度变密度螺旋槽干气密封动态特性数学模型,采用有限差分法和小扰动法求解超临界二氧化碳干气密封动态特性参数,分析操作工况远离及靠近临界点时,超临界二氧化碳干气密封动态特性变化规律及惯性效应对其影响程度。结果表明:无论操作工况是否靠近临界点,动态特性系数都随压力的增大而增大,动态刚度系数随转速的增大而增大;动态阻尼在近临界点随转速的增大而增大,远离临界点则相反;考虑惯性效应时的动态特性系数比不考虑惯性效应时的偏低;操作工况近临界点时,惯性效应不可忽略,远离临界点时,惯性效应可忽略不计。

超临界二氧化碳(SCO2)的介质物性特殊,针对不同运行工况下的SCO2干气密封的稳态性能,建立了螺旋槽干气密封几何模型,分析了不同转速、压力、温度下的密封流场,以及各运行工况对SCO2干气密封的泄漏量和摩擦耗功的影响。研究结果表明,从SCO2干气密封进口至出口,流体由超临界态变为气态,转速及进口温度越高、进口压力越低,越偏离气化线,对于不同的进口压力,需保证一定的进口温度,防止密封端面出现相变而损坏密封;膜厚一定时,进口压力越高、温度越低,泄漏量及摩擦耗功越大,泄漏量随转速的升高而降低,摩擦功耗则增大,同时也可以看出实际气体效应对泄漏量的影响较大,惯性效应的影响相对较小,实际气体效应及湍流效应对摩擦耗功的影响较明显;运行工况相同时,SCO2密封的泄漏量与摩擦耗功高于氮气,且随运行工况的变化趋势较明显。

轴流透平叶顶不可避免地存在泄漏问题,严重影响了透平的运行效率与安全,工程上通常在叶顶布置密封结构来降低泄漏流的影响。为了进一步提升叶顶密封性能,该文基于一个1.5级超临界二氧化碳轴流透平,在动叶叶顶布置串联式干气密封,讨论了不同密封间隙下的流动特性和气动性能,并通过热流固耦合方法研究了密封端面变形特性,验证了其可行性。结果表明串联式干气密封间隙为10mm时,无量纲相对泄漏量仅有2.43×10-5,透平效率相对于无泄漏结构仅降低了0.01%。随密封间隙增大,泄漏量增大,透平级内损失增大,效率降低。但在大密封间隙下,串联式干气密封结构相比于单级密封结构性能更突出。各个密封间隙下,密封端面内外径热力耦合轴向变形差均不超过27mm,且变形后透平可以维持较高效率。研究结果表明,超临界二氧化碳轴流透平叶顶布置串联式干气密...

实际气体效应和湍流效应对超临界二氧化碳(S-CO2)干气密封性能影响很大。建立了典型的螺旋槽干气密封计算模型,采用CFD软件求解S-CO2干气密封端面流动方程,获取流体在密封槽间隙间的流动状态,研究了不同转速下实际气体效应和湍流效应对密封性能的影响。结果表明:实际气体效应和湍流效应使气膜端面压力分布发生显著变化;实际气体效应会提高气膜开启力和泄漏量,对开启力的增强作用随转速增大而变强,但对泄漏量的影响程度几乎不随转速变化;低转速时,湍流效应对开启力影响微弱,随着转速增大,湍流效应使得开启力急剧增大,且增幅随转速增大而增大;在高转速S-CO2干气密封中,实际气体效应和湍流效应的共同作用使得气膜端面的开启力显著提高,且湍流效应的影响程度大于实际气体效应。

为研究超临界二氧化碳喷染器平滑式迷宫密封结构对其密封性能的影响,使用FLUENT模拟迷宫密封内部流场,分析迷宫密封中二氧化碳运动和能量转换;探讨节流间隙尺寸、密封齿形状和齿顶圆角大小对迷宫密封密封性能的影响。结果表明：迷宫密封密封性能与节流间隙尺寸呈线性关系,密封性能随节流间隙减小而提升;平行四边形、正梯形和后侧梯形节流齿迷宫密封的密封性能较好,其中为正梯形节流齿迷宫密封的密封性能更加优异;随着齿顶圆角减小,二氧化碳在迷宫密封的流动阻力越大,迷宫密封的密封性能越好。

为了解管道密封材料在超临界CO2输送环境的适用性,采用横截面直径、外径、硬度和质量测量及形貌观察等方法研究了三元乙丙橡胶（EPDM）、丁腈橡胶（NBR）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚三氟氯乙烯（PTFCE）和聚醚醚酮（PEEK）5种密封材料在超临界CO2中的溶胀规律。结果表明：在35℃、8 MPa,水饱和度为60%,饱和含水量及水相的条件下,EPDM和NBR发生了明显溶胀现象,横截面直径及外径明显增加,表面出现了较多开裂和鼓包;5种材料的硬度均有下降,质量未发生明显变化;5种密封材料性能未随超临界CO2中的含水量发生明显变化。在水饱和度为60%条件下,随实验时间的增加,EPDM和NBR的溶胀现象变得更加明显,PTFE和PTFCE的硬度有所降低。PEEK在各含水量及实验时间条件下均表现出优良的性能。

针对用于间歇式微孔发泡的超临界二氧化碳高压反应釜在高压环境中易出现破裂、过量变形以及漏气等问题,根据发泡需要达到的压力、温度以及高压反应釜的结构,运用有限元仿真软件对超临界二氧化碳高压反应釜进行仿真分析,得到反应釜的釜体和密封结构在设计压力(32MPa)作用下的应力应变云图。研究结果表明:在设计压力作用下,反应釜釜体会产生一定量的变形,但变形量较小,最大应力出现在封头与筒体的连接处,小于材料的屈服极限,满足强度要求;泛塞封封唇处的直径小于弹簧直径,封唇与内壁的接触应力大于设计压力,满足密封要求。