瞬变工况下管阀组件内部不稳定流动特性研究

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基本信息

  • 批准号:
    51806196
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0602.内流流体力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The pipeline-valve component, including the process valve and its upstream and downstream pipelines, possesses the functions of fluid control and transportation in process industry. Under transient operating conditions, rapid-varying and high-shearing flow can be produced easily in the pipeline-valve component and lead to unstable flow which affect the reliability of valve operation. Besides, evolution of the unstable flow along the pipeline would increase the difficulty in locating the stable signals for flow metering and consequently influence the accuracy of that..This project will combine theoretical analysis, numerical simulation and experimental investigation. Characteristics of the turbulent flow in the component under transient operating conditions are analyzed. A LES numerical method of considering nonlinear velocity gradient and helicity in dynamic SGS model is established to obtain accurate information of flow field. The evolution law of vortex flow is analyzed, and the energy gradient method for characterizing the stability of internal flow is established. The laws of spatial distribution and parametric correlation of internal energy gradient function and external dynamic pressure signals along the pipeline are studied. A method for judging the stable development of flow is built on the correlation of internal and external characteristics. A dimensionless criterion is proposed for predicting the characteristic length of the unstable flow evolving to the stable flow under all transient operating conditions. Finally, this project provides the theoretical support for the design and application of fluid engineering equipment such as the process valve and flowmeter.
管阀组件包含流程阀门及其上下游管道部件,承载着流程工业中流体控制与输导功能。瞬变工况下的管阀组件内部极易产生急变流与高剪切流导致的不稳定流动,影响阀门运行的可靠性。此外,该不稳定流动会沿管道发展,给采集稳定流体计量信号的定位增加了难度,从而制约着流体的准确计量。.本项目拟结合理论分析、数值模拟和实验研究,分析瞬变工况下管阀组件内部的湍流流动特征,确立考虑非线性速度梯度与螺旋度影响的动态亚格子应力模式下的LES数值计算方法,从而获得高精度全流场信息,分析漩涡流场演变规律,建立管阀组件内部流动稳定性的能量梯度表征方法,研究内部能量梯度函数与外部沿程动态压力信息的空间分布规律及其参数化关联,构建流场内、外特性相关联的流动稳定发展判定方法,提出全工况下不稳定流动发展至稳定流动的特征长度无量纲化预估准则,最终为流程阀门和流量计等流体工程装备的设计开发与工程应用提供理论支撑。

结项摘要

阀门调控作用下,管阀组件内部极易出现不稳定流动并沿下游发展,影响管道流体计量稳定信号的采集,从而制约着流体的准确计量。针对该关键工程问题,本项目通过理论分析、数值模拟和实验研究,开展阀门调控作用下管阀组件内部不稳定流动特性研究。基于阀门调控作用下的管阀组件内部湍流流动特征,建立了适用于阀门调控作用下的DES湍流数值计算模型,开展了瞬态工况下管阀组件内部流动特性的准确数值计算,分析了基于速度分布特征的蝶阀结构参数对管阀组件内部不稳定流动特性的影响。针对不同调控方式,总结了稳态和瞬态调控作用下管阀组件内部速度、压力、涡量等流场信息的时空演变规律,揭示了管阀组件内部偏心射流沿程发展规律,提出了速度偏心率及湍动能变化率的流动稳定性参数化表征方法,获得了全工况下不稳定流动至稳定流动的发展管道长度的预估准则。搭建了管阀组件外部流体计量信号采集实验,分析了阀门调控工况、安装位置及阀后发展管道长度对流体计量外特性的影响,揭示了阀门调控作用下内部流体压缩性对流体计量特征频率的影响机理,构建了流场涡量值与流体计量特征频率之间的指数关联,最终为流程阀门和流量计等流体工程装备的设计开发与工程应用提供理论支撑。通过本项目的实施,共发表SCI期刊论文6篇,培养毕业硕士研究生5名。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Metrological performance investigation of swirl flowmeter affected by vortex inflow
旋进流量计受涡流流入影响的计量性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Mechanical Science and Technology
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Qi Liu;Jia-hui Ye;Guang Zhang;Zhe Lin;Hong-guang Xu;Zu-chao Zhu
  • 通讯作者:
    Zu-chao Zhu
Study on the eccentric jet-flow characteristics induced by the opening regulation with a gate valve
闸阀开度调节引起的偏心射流特性研究
  • DOI:
    10.1177/0954406221994889
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part C-Journal of Mechanical Engineering Science
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    De-sheng Chen;Yong-xiang Wang;Qi Liu;Zhe Lin;Zu-chao Zhu;Wei Mao
  • 通讯作者:
    Wei Mao
Effect of the convergence flow conditioner on rectifying eccentric jet flow induced by a ball valve
收敛流调节器对球阀引起的偏心射流矫正的影响
  • DOI:
    10.1016/j.flowmeasinst.2021.102091
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Flow Measurement and Instrumentation
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Qi Liu;Shuai Tian;Zhe Lin;Zuchao Zhu
  • 通讯作者:
    Zuchao Zhu
Comparative analysis of transient valve-induced flow characteristics between opening and closing processes
阀门启闭过程瞬态流动特性对比分析
  • DOI:
    10.1177/09544089211063056
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part E-Journal of Process Mechanical Engineering
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Qi Liu;Shuai Tian;Yong-xiang Wang;Zhe Lin;Zu-chao Zhu
  • 通讯作者:
    Zu-chao Zhu
Curvature characteristics of vertical gas-liquid interface for gas-jet penetrating into liquid sheet
气体射流穿入液层垂直气液界面曲率特性
  • DOI:
    10.1002/fam.2697
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Experimental Thermal and Fluid Science
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Qi Liu;Yong-xiang Wang;Zhe Lin;Zu-chao Zhu
  • 通讯作者:
    Zu-chao Zhu

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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Shao Zhi
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    --
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    丁宏民
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
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    --
  • 作者:
    冯文哲;刘琦
  • 通讯作者:
    刘琦
扶正固本方对化疗相关性腹泻裸鼠T细胞亚群及相关促炎因子的影响
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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    蔡小平
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    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陶峰;陈林提;程美令;于丽丽;刘琦
  • 通讯作者:
    刘琦

其他文献

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面向潜艇汽轮机的调节阀内部流致噪声产生机理及抑制研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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