本文關(guān)鍵詞：超臨界流體旋轉(zhuǎn)傳熱試驗臺研發(fā)

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【摘要】：碳氫燃料作為冷卻劑在超臨界狀態(tài)下會發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生沉淀物附著在管道中,極易堵塞通道,嚴重時引起災(zāi)難性后果。此外,流體在高速旋轉(zhuǎn)管道中受到離心力和科氏力作用,傳熱機理復(fù)雜。因此,充分研究碳氫燃料冷卻劑性能變化對完善系統(tǒng)設(shè)計至關(guān)重要。受清華大學(xué)熱能工程系工程熱物理研究所委托,本文設(shè)計研發(fā)了一套用于研究超臨界流體在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的傳熱性能的試驗臺。完成的主要工作如下：(1)完成轉(zhuǎn)子試驗臺主機結(jié)構(gòu)設(shè)計。試驗臺通過同步帶輪增速,設(shè)計轉(zhuǎn)速為3300rpm。旋轉(zhuǎn)超臨界管路系統(tǒng)的出口壓力最高6 MPa,燃料出口溫度可達500℃。共設(shè)有三段試驗管路：離心段、水平段和向心段,每段管路可布置20個測溫點。(2)完成試驗平臺自動化測控系統(tǒng)開發(fā),主要包括電控硬件和軟件設(shè)計�？刂葡到y(tǒng)采用典型的上、下位機控制方式,以西門子PLC作為核心控制器；數(shù)據(jù)采集作為獨立系統(tǒng),完成試驗臺全部數(shù)據(jù)的采集顯示與保存。(3)充分考慮超臨界管路技術(shù)難點,采用短路通電加熱的方式實現(xiàn)了對細長旋轉(zhuǎn)管道的局部加熱,并實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)帶電導(dǎo)體表面的溫度測量及數(shù)據(jù)動靜傳輸采集。本文研制的超臨界流體旋轉(zhuǎn)傳熱試驗臺,解決了小通道內(nèi)碳氫燃料冷卻劑旋轉(zhuǎn)傳熱性能研究所需的一系列試驗技術(shù)難點。試驗驗證表明,測控軟件操作方便,能完整記錄全過程試驗數(shù)據(jù)；主機及控制系統(tǒng)穩(wěn)定性高、可靠性好。本文研制的試驗機達到預(yù)定的試驗參數(shù)和試驗?zāi)芰?其綜合性能優(yōu)于國內(nèi)外已有的同類試驗機。
【關(guān)鍵詞】：超臨界流體 旋轉(zhuǎn)傳熱 轉(zhuǎn)子試驗臺 旋轉(zhuǎn)測溫 旋轉(zhuǎn)局部加熱
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V263.3
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 第1章 緒論14-23
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 小直徑管道內(nèi)特定流體傳熱研究15-19
• 1.2.1 豎直管傳熱研究16-17
• 1.2.2 旋轉(zhuǎn)管傳熱研究17-19
• 1.3 旋轉(zhuǎn)傳熱平臺發(fā)展現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 NASA格倫中心壓縮空氣旋轉(zhuǎn)傳熱設(shè)備19-20
• 1.3.2 北航壓縮空氣旋轉(zhuǎn)傳熱設(shè)備20
• 1.3.3 戴頓大學(xué)液體旋轉(zhuǎn)傳熱試驗臺20-21
• 1.4 課題來源及論文安排21-23
• 第2章 臥式旋轉(zhuǎn)傳熱試驗臺總體設(shè)計23-31
• 2.1 概述23
• 2.2 主機系統(tǒng)23-27
• 2.2.1 驅(qū)動源選擇23-25
• 2.2.2 增速系統(tǒng)設(shè)計25-27
• 2.3 燃料系統(tǒng)27-30
• 2.3.1 高壓管路27-29
• 2.3.2 壓力實驗29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第3章 旋轉(zhuǎn)超臨界管路關(guān)鍵技術(shù)31-54
• 3.1 概述31
• 3.2 旋轉(zhuǎn)管路轉(zhuǎn)子設(shè)計及校核31-37
• 3.2.1 轉(zhuǎn)子強度數(shù)值仿真32-33
• 3.2.2 轉(zhuǎn)子超速實驗33-34
• 3.2.3 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速計算34-36
• 3.2.4 轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡36-37
• 3.3 旋轉(zhuǎn)細長管局部加熱37-43
• 3.3.1 高溫加熱可行性分析37-38
• 3.3.2 高溫加熱方案38-40
• 3.3.3 絕緣法蘭、布線及絕熱40-41
• 3.3.4 高溫管道強度仿真及強度驗證41-43
• 3.4 旋轉(zhuǎn)帶電體表面測溫43-49
• 3.4.1 各種溫度測量方式比較43-44
• 3.4.2 熱電偶測量干擾44-48
• 3.4.3 熱電偶測溫系統(tǒng)48-49
• 3.5 旋轉(zhuǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)49-53
• 3.5.1 無線遙測技術(shù)49-50
• 3.5.2 電滑環(huán)技術(shù)進展50-51
• 3.5.3 動靜傳輸系統(tǒng)設(shè)計51-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 第4章 試驗臺控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計54-68
• 4.1 概述54
• 4.2 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)54-55
• 4.3 硬件配置55-58
• 4.3.1 控制器選擇55-56
• 4.3.2 工控機及控制柜56
• 4.3.3 轉(zhuǎn)速測量56-57
• 4.3.4 軸承座振動監(jiān)測57
• 4.3.5 管路參數(shù)檢測57-58
• 4.4 軟件設(shè)計58-60
• 4.4.1 上位機軟件58
• 4.4.2 下位機軟件58-59
• 4.4.3 數(shù)采軟件59-60
• 4.5 轉(zhuǎn)速控制算法設(shè)計60-65
• 4.5.1 被控對象特性61-63
• 4.5.2 專家PID轉(zhuǎn)速控制方案63-65
• 4.6 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計65-67
• 4.6.1 系統(tǒng)干擾源65-66
• 4.6.2 控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計66-67
• 4.7 本章小結(jié)67-68
• 第5章 設(shè)備調(diào)試及性能驗證68-76
• 5.1 概述68
• 5.2 整機性能測試68-72
• 5.2.1 轉(zhuǎn)子動平衡及設(shè)備組裝68-69
• 5.2.2 轉(zhuǎn)速及試驗工況調(diào)試69-71
• 5.2.3 調(diào)試難點及解決途徑71-72
• 5.3 超臨界管路性能驗證72-75
• 5.3.1 測試方案72-73
• 5.3.2 測試結(jié)果分析73-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 第6章 總結(jié)與展望76-78
• 6.1 總結(jié)76
• 6.2 展望76-78
• 參考文獻78-81
• 攻讀碩士階段科研成果81

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