超临界流体旋转传热试验台研发

发布时间：2017-07-07 14:32

  本文关键词：超临界流体旋转传热试验台研发

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【摘要】：碳氢燃料作为冷却剂在超临界状态下会发生一系列的化学反应,产生沉淀物附着在管道中,极易堵塞通道,严重时引起灾难性后果。此外,流体在高速旋转管道中受到离心力和科氏力作用,传热机理复杂。因此,充分研究碳氢燃料冷却剂性能变化对完善系统设计至关重要。受清华大学热能工程系工程热物理研究所委托,本文设计研发了一套用于研究超临界流体在高速旋转状态下的传热性能的试验台。完成的主要工作如下：(1)完成转子试验台主机结构设计。试验台通过同步带轮增速,设计转速为3300rpm。旋转超临界管路系统的出口压力最高6 MPa,燃料出口温度可达500℃。共设有三段试验管路：离心段、水平段和向心段,每段管路可布置20个测温点。(2)完成试验平台自动化测控系统开发,主要包括电控硬件和软件设计。控制系统采用典型的上、下位机控制方式,以西门子PLC作为核心控制器；数据采集作为独立系统,完成试验台全部数据的采集显示与保存。(3)充分考虑超临界管路技术难点,采用短路通电加热的方式实现了对细长旋转管道的局部加热,并实现旋转带电导体表面的温度测量及数据动静传输采集。本文研制的超临界流体旋转传热试验台,解决了小通道内碳氢燃料冷却剂旋转传热性能研究所需的一系列试验技术难点。试验验证表明,测控软件操作方便,能完整记录全过程试验数据；主机及控制系统稳定性高、可靠性好。本文研制的试验机达到预定的试验参数和试验能力,其综合性能优于国内外已有的同类试验机。
【关键词】：超临界流体 旋转传热 转子试验台 旋转测温 旋转局部加热
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V263.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 第1章 绪论14-23
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 小直径管道内特定流体传热研究15-19
• 1.2.1 竖直管传热研究16-17
• 1.2.2 旋转管传热研究17-19
• 1.3 旋转传热平台发展现状19-21
• 1.3.1 NASA格伦中心压缩空气旋转传热设备19-20
• 1.3.2 北航压缩空气旋转传热设备20
• 1.3.3 戴顿大学液体旋转传热试验台20-21
• 1.4 课题来源及论文安排21-23
• 第2章 卧式旋转传热试验台总体设计23-31
• 2.1 概述23
• 2.2 主机系统23-27
• 2.2.1 驱动源选择23-25
• 2.2.2 增速系统设计25-27
• 2.3 燃料系统27-30
• 2.3.1 高压管路27-29
• 2.3.2 压力实验29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 旋转超临界管路关键技术31-54
• 3.1 概述31
• 3.2 旋转管路转子设计及校核31-37
• 3.2.1 转子强度数值仿真32-33
• 3.2.2 转子超速实验33-34
• 3.2.3 转子系统临界转速计算34-36
• 3.2.4 转子现场动平衡36-37
• 3.3 旋转细长管局部加热37-43
• 3.3.1 高温加热可行性分析37-38
• 3.3.2 高温加热方案38-40
• 3.3.3 绝缘法兰、布线及绝热40-41
• 3.3.4 高温管道强度仿真及强度验证41-43
• 3.4 旋转带电体表面测温43-49
• 3.4.1 各种温度测量方式比较43-44
• 3.4.2 热电偶测量干扰44-48
• 3.4.3 热电偶测温系统48-49
• 3.5 旋转状态数据传输技术49-53
• 3.5.1 无线遥测技术49-50
• 3.5.2 电滑环技术进展50-51
• 3.5.3 动静传输系统设计51-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 试验台控制系统软硬件设计54-68
• 4.1 概述54
• 4.2 控制系统总体结构54-55
• 4.3 硬件配置55-58
• 4.3.1 控制器选择55-56
• 4.3.2 工控机及控制柜56
• 4.3.3 转速测量56-57
• 4.3.4 轴承座振动监测57
• 4.3.5 管路参数检测57-58
• 4.4 软件设计58-60
• 4.4.1 上位机软件58
• 4.4.2 下位机软件58-59
• 4.4.3 数采软件59-60
• 4.5 转速控制算法设计60-65
• 4.5.1 被控对象特性61-63
• 4.5.2 专家PID转速控制方案63-65
• 4.6 控制系统稳定性设计65-67
• 4.6.1 系统干扰源65-66
• 4.6.2 控制系统抗干扰设计66-67
• 4.7 本章小结67-68
• 第5章 设备调试及性能验证68-76
• 5.1 概述68
• 5.2 整机性能测试68-72
• 5.2.1 转子动平衡及设备组装68-69
• 5.2.2 转速及试验工况调试69-71
• 5.2.3 调试难点及解决途径71-72
• 5.3 超临界管路性能验证72-75
• 5.3.1 测试方案72-73
• 5.3.2 测试结果分析73-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第6章 总结与展望76-78
• 6.1 总结76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士阶段科研成果81

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本文编号：530582