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物理信息神经网络对圆管内层流流动和换热的数值模拟验证与求解效率研究
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作者 姚嘉晔 陈鹏飞 +1 位作者 洪钢 张尧立 《厦门大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期156-168,共13页
[目的]提出了一种将在标准条件下训练的权重和偏置信息加载到模型中的方法,以提升相邻条件下物理信息神经网络(physics-informed neural network,PINN)数值模拟效率.[方法]以二维圆管为对象,流动状态为稳态流动,控制方程为受重力影响的N... [目的]提出了一种将在标准条件下训练的权重和偏置信息加载到模型中的方法,以提升相邻条件下物理信息神经网络(physics-informed neural network,PINN)数值模拟效率.[方法]以二维圆管为对象,流动状态为稳态流动,控制方程为受重力影响的Navier-Stokes方程组,利用解析解对PINN模拟精度进行验证并对超参数进行敏感性分析,进而对圆管内层流流动换热过程进行数值模拟,并利用权重与偏置信息对邻近工况进行预测.[结果]PINN数值模拟具有可行性和准确性,与传统软件Fluent计算结果的相对误差约±5%.载入已有工况权重和偏置信息可以显著提高PINN数值模拟的效率,速度场与温度场同Fluent计算结果的相对误差均小于±5%.[结论]利用PINN可以对流体层流流动换热进行数值模拟,同时可以利用预训练的权重和偏置信息提高数值模拟效率. 展开更多
关键词 物理信息神经网络 对流换热 数值模拟
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基于新型在线水处理技术的节能减排效果研究 被引量:1
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作者 王鹏飞 张尧立 洪钢 《全球能源互联网》 CSCD 2021年第2期115-121,共7页
为了减小污垢对中央空调冷水机组效率的影响,提高城市能源系统效率,提出了一种特殊的在线水处理技术(special online water treatment technology,SOWTT)。通过追踪和计算厦门数台冷水机组的趋近温度、运行效率、年耗电量和二氧化碳减... 为了减小污垢对中央空调冷水机组效率的影响,提高城市能源系统效率,提出了一种特殊的在线水处理技术(special online water treatment technology,SOWTT)。通过追踪和计算厦门数台冷水机组的趋近温度、运行效率、年耗电量和二氧化碳减排量来评估SOWTT的效果。结果表明采用SOWTT的冷水机组的趋近温度基本与新机组趋近温度数值相当,能够有效防止污垢生成。另外SOWTT能使冷水机组制冷系数(coefficient of performance,COP)值基本保持在新机COP的90%以上。如果将中国所有冷水机组都采用SOWTT,相比于每半年一次的机械式清理,能够节约50.07%的电能,经济效益显著,同时可减排大量二氧化碳,实现节能减排的目标。因此SOWTT综合效益显著,其广泛使用将会大幅提升城市能源系统效率。 展开更多
关键词 城市能源 冷水机组 在线水处理 机械式清洗 制冷系数
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亚临界和超临界CO_(2)在竖直加热圆管内的流动传热特性
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作者 卢功豪 张广旭 +4 位作者 张文佳 谢榕顺 王海鑫 洪钢 张尧立 《厦门大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期169-176,共8页
[目的]CO_(2)布雷顿循环在能源动力转换领域具有广阔的应用前景.在实际工程应用中,循环常处于亚临界和超临界工况,因此,深入了解研究亚临界和超临界压力工况下CO_(2)的流动传热特性对系统的安全运行至关重要.[方法]本研究利用CO_(2)流... [目的]CO_(2)布雷顿循环在能源动力转换领域具有广阔的应用前景.在实际工程应用中,循环常处于亚临界和超临界工况,因此,深入了解研究亚临界和超临界压力工况下CO_(2)的流动传热特性对系统的安全运行至关重要.[方法]本研究利用CO_(2)流动传热实验台架,探究了在管径10 mm的竖直圆管中,热通量在38.4~439.1 kW/m^(2)范围内的亚临界和超临界CO_(2)的传热特性.[结果]低热通量下,亚临界压力工况下的CO_(2)传热能力强于超临界压力工况下的CO_(2);当压力接近拟临界区时CO_(2)的流动传热特性与超临界CO_(2)的传热特性相似;随着热通量的增加,亚临界和超临界压力工况下均会出现传热恶化现象,超临界压力工况下CO_(2)传热会出现传热恶化—传热恢复—传热正常的转变现象.[结论]本研究探析了CO_(2)在不同工况下的传热现象,对实际工程应用具有指导意义.尤其是高热通量下的实验现象差异表明亚临界压力工况比超临界压力工况对热力设备构成的威胁更大.同时,超临界压力工况下传热恶化恢复与恶化位置固定等现象有进一步研究的价值,值得深入挖掘. 展开更多
关键词 超临界CO_(2) 传热恶化 高温工况 高热通量
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高温工况下管内S-CO_(2)强迫对流换热实验研究 被引量:2
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作者 谢榕顺 张广旭 +3 位作者 赵弟宏 卢功豪 洪钢 张尧立 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1761-1770,共10页
由于超临界二氧化碳(S-CO_(2))动力循环对能源转化利用具有重要意义,许多研究人员对S-CO_(2)对流换热特性进行实验研究。然而现有研究集中在低温工况(10~200℃),高温工况(200~500℃)的实验数据匮乏。本文通过实验研究高温工况下竖直管内... 由于超临界二氧化碳(S-CO_(2))动力循环对能源转化利用具有重要意义,许多研究人员对S-CO_(2)对流换热特性进行实验研究。然而现有研究集中在低温工况(10~200℃),高温工况(200~500℃)的实验数据匮乏。本文通过实验研究高温工况下竖直管内S-CO_(2)对流换热特性,分析热加速效应以及浮升力效应对传热的影响。结果表明,高温工况下S-CO_(2)的传热变化趋势类似于气态CO_(2),但在数值上有很大不同,同时热加速以及浮升力效应对高温S-CO_(2)传热的影响忽略不计。最后通过对几种典型经验关联式在高温工况下的预测能力进行评价分析,结果与实验数据有很大差异,因此本文提出适用于高温S-CO_(2)传热的经验关联式,它提供了更高精确度,能满足实际工程需要。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 高温工况 热加速效应 浮升力效应 经验关联式
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预处理工艺对电镀制备的Cr涂层Zr-4合金的微结构和结合强度的影响 被引量:2
5
作者 黄闽江 李奕鹏 +2 位作者 杨忠波 王朋飞 冉广 《材料热处理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期158-166,共9页
采用电镀技术在锆合金基体上成功制备出了优异微结构和高结合强度的Cr涂层。分析了不同预处理工艺制备的涂层表面和涂层与基体界面的微结构特征,并利用划痕法测试了涂层与基体的结合强度。结果表明:预处理工艺显著影响涂层粒径尺寸和界... 采用电镀技术在锆合金基体上成功制备出了优异微结构和高结合强度的Cr涂层。分析了不同预处理工艺制备的涂层表面和涂层与基体界面的微结构特征,并利用划痕法测试了涂层与基体的结合强度。结果表明:预处理工艺显著影响涂层粒径尺寸和界面微结构,采用活化处理和预镀镍可以获得平均粒径为0.52μm的致密Cr涂层。活化处理使Cr/Zr界面产生实质性的微观结合,尽管预镀镍层改善了界面微结构,但依然存在少许纳米尺度的微观缺陷。热处理使Ni和Zr原子相互扩散形成NixZry金属间化合物的冶金结合的同时,最终消除了界面处的纳米级微观缺陷(如空洞、气泡、杂质与微裂纹等),从而制备出了具有Cr/Ni/NixZry/Zr多层结构的Cr涂层Zr-4合金。Cr涂层与Ni层以晶格匹配的方式结合,NixZry为多层结构,从Ni层到Zr-4基体依次为Ni5Zr、Ni7Zr2、Ni3Zr、Ni10Zr7、NiZr和NiZr2相层。活化处理大幅度提升涂层与基体间的结合强度,界面结合强度由未活化的1.9 N提高到活化后的48.2 N,预镀镍进一步提高到75.8 N;而热处理形成的NixZry为硬度较高的多层金属间化合物层,使结合强度略有降低。 展开更多
关键词 铬涂层 锆合金包壳 电镀 结合强度
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核电厂安全级控制系统软件关键性分析 被引量:3
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作者 崔景博 肖安洪 +2 位作者 何伟 蔡源凤 吴一纯 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2021年第1期12-17,共6页
为规范核电厂控制系统的软件开发和验证活动,提出了软件关键性分析方法。运用软件关键性流程树对软件组件的关键性等级进行初步分类,按软件危险性与可操作性分析方法验证该关键性等级,结合控制系统的整体安全目标确定各软件组件的安全... 为规范核电厂控制系统的软件开发和验证活动,提出了软件关键性分析方法。运用软件关键性流程树对软件组件的关键性等级进行初步分类,按软件危险性与可操作性分析方法验证该关键性等级,结合控制系统的整体安全目标确定各软件组件的安全完整性等级。应用实验表明:与现有方法相比,本方法具有更好的可操作性和可验证性,可为核电厂控制系统的软件关键性分析提供参考。 展开更多
关键词 核电厂 控制系统软件 软件关键性分析 安全完整性等级
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Mo和Mo-0.25La合金的氢离子辐照行为 被引量:1
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作者 郭熠佳 曹兴忠 +4 位作者 李奕鹏 叶超 冉广 黄金池 周哲辉 《材料热处理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期71-78,共8页
采用400 keV的H+在400℃对纯Mo和含0.25%质量分数La的Mo合金(Mo-0.25La)进行了辐照;采用慢正电子湮灭技术和纳米压痕技术对辐照前后的样品分别进行了辐照缺陷分析和纳米压痕硬度与弹性模量测试。结果表明:Mo-0.25La合金块体的抗H+辐照... 采用400 keV的H+在400℃对纯Mo和含0.25%质量分数La的Mo合金(Mo-0.25La)进行了辐照;采用慢正电子湮灭技术和纳米压痕技术对辐照前后的样品分别进行了辐照缺陷分析和纳米压痕硬度与弹性模量测试。结果表明:Mo-0.25La合金块体的抗H+辐照性能优于纯Mo,La元素抑制了辐照缺陷的产生、降低了辐照硬化值,即提高了抗辐照硬化能力。H+辐照导致样品的辐照缺陷浓度增加,S参数随辐照剂量的增加而增加,W参数则相反。在相同辐照损伤量下,Mo-0.25La合金的S参数小于纯Mo的相应值。H+辐照导致纯Mo和Mo-0.25La合金块体与管材的压痕硬度均增加、弹性模量均降低;但是在相同辐照损伤量下,Mo-0.25La合金块体的硬度值增加量最小。3种材料的HIrr/HUnirr值随辐照深度的增加而显著降低,硬度增加量与辐照损伤量呈幂函数关系。 展开更多
关键词 钼镧合金 离子辐照 燃料包壳 慢正电子湮灭 辐照硬化
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基于OpenFOAM的超临界CO_(2)流动与传热求解器的开发与验证 被引量:3
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作者 曾剑锐 张尧立 +3 位作者 徐宏 叶楷 许松 洪钢 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期44-49,共6页
超临界CO_(2)(sCO_(2))可作为能量转换工质用于4代堆,使用sCO_(2)不但能提高能量转换效率,而且可以大幅缩小设备尺寸.不过,由于sCO_(2)的物性很特殊,目前尚没有成熟的工具来模拟sCO_(2)的流动与传热.本文使用开源计算流体力学工具OpenFO... 超临界CO_(2)(sCO_(2))可作为能量转换工质用于4代堆,使用sCO_(2)不但能提高能量转换效率,而且可以大幅缩小设备尺寸.不过,由于sCO_(2)的物性很特殊,目前尚没有成熟的工具来模拟sCO_(2)的流动与传热.本文使用开源计算流体力学工具OpenFOAM,经过对热物理模型的改写与编译,开发了适用于sCO_(2)流动与传热的专用求解器sCO_(2)Foam.并以sCO_(2)在进口雷诺数约为9000的条件下,向上流过和水平流过直径为2 mm的加热圆管为例,研究管内传热与沿程摩擦压降,将模拟计算结果分别与实验数据和/或经验关联式的计算结果对比,以验证sCO_(2)Foam的适用性.结果表明:sCO_(2)Foam采用k-ω湍流模型模拟出的壁温分布与实验值十分吻合;模拟计算得到的摩擦压降与经验关联式计算结果的相对误差很小.sCO_(2)Foam具备良好的准确性、可移植性和可拓展性,可用于sCO_(2)流动与传热问题的研究. 展开更多
关键词 超临界CO_(2) 对流传热 OPENFOAM 软件开发 数值模拟
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二氧化铈在铁氦双离子束协同辐照下的缺陷演化行为与机制
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作者 黄修银 何琨 +6 位作者 孙丹 吴璐 辛勇 李奕鹏 曹子奇 邱玺 冉广 《材料热处理学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期183-190,共8页
由于二氧化铈(CeO_(2))与二氧化铀(UO_(2))具有相同的立方萤石晶体结构、几乎相同的晶格参数和相似的物理性质,其常被用作UO_(2)的非放射性模拟燃料,以研究UO_(2)的辐照性能。本论文利用厦门多离子束与透射电镜联机设施,在650℃下采用40... 由于二氧化铈(CeO_(2))与二氧化铀(UO_(2))具有相同的立方萤石晶体结构、几乎相同的晶格参数和相似的物理性质,其常被用作UO_(2)的非放射性模拟燃料,以研究UO_(2)的辐照性能。本论文利用厦门多离子束与透射电镜联机设施,在650℃下采用400 keV Fe^(+)&30 keV He^(+)双离子束对CeO_(2)进行协同辐照;同时在辐照过程中,利用透射电镜(TEM)原位观察和分析了辐照缺陷(位错环和气泡)的演化特征与行为。结果表明:Fe^(+)&He^(+)双束协同辐照导致在CeO_(2)基体中形成了大量的位错环和气泡。在原位研究位错环的萌生、生长、湮灭与合并等行为基础之上,探究了相关机制。随辐照剂量增加,位错环的面密度先增加至峰值后降低,然后达到饱和、趋于稳定;而位错环的平均尺寸随辐照剂量增加总是增大。气泡的平均尺寸先出现一个快速增加,然后保持一个稳定值,随后再增大;而气泡的面密度则是先增加到峰值后再降低。 展开更多
关键词 二氧化铈 原位辐照 原位电镜 核燃料 辐照行为
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超临界二氧化碳的自然循环流动特性 被引量:2
10
作者 王鹏飞 张尧立 +2 位作者 谢榕顺 洪钢 郭奇勋 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期80-86,共7页
为了探究超临界二氧化碳(sCO_(2))自然循环的流动特性,在系统压力为7.6~10.2 MPa和加热段入口温度为16~33℃的宽参数范围内,进行了sCO_(2)自然循环流动特性实验研究,详细分析了加热段入口温度、系统压力、回路结构、冷热段温差等对循环... 为了探究超临界二氧化碳(sCO_(2))自然循环的流动特性,在系统压力为7.6~10.2 MPa和加热段入口温度为16~33℃的宽参数范围内,进行了sCO_(2)自然循环流动特性实验研究,详细分析了加热段入口温度、系统压力、回路结构、冷热段温差等对循环特性的影响,并将实验结果和理论模型结果进行比较.结果表明:sCO_(2)自然循环的稳态质量流量随加热功率的提高先快速增加,达到峰值后开始缓慢降低;加热段入口温度、系统压力、回路结构、冷热段温差均显著影响sCO_(2)自然循环的质量流量.理论模型的计算结果和实验结果一致,验证了理论模型的准确性.该结果可为设计高效的sCO_(2)自然循环系统提供参考. 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 自然循环 流动特性
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电镀Cr涂层锆合金的腐蚀行为
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作者 杜慧雷 吴宇坤 +3 位作者 马思汉 曹子奇 李奕鹏 冉广 《材料热处理学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期133-139,共7页
在360℃、18.5 MPa的超纯水溶液中和高温(1000和1200℃)水蒸气环境中对采用电镀技术制备的Cr涂层锆合金和没有涂层的锆合金进行了腐蚀行为对比研究。结果表明:在上述腐蚀条件下,Cr涂层显著提升了锆合金的耐腐蚀性能,氧化增重显著降低。... 在360℃、18.5 MPa的超纯水溶液中和高温(1000和1200℃)水蒸气环境中对采用电镀技术制备的Cr涂层锆合金和没有涂层的锆合金进行了腐蚀行为对比研究。结果表明:在上述腐蚀条件下,Cr涂层显著提升了锆合金的耐腐蚀性能,氧化增重显著降低。与没有涂层的锆合金相比,在高温水蒸气环境中腐蚀54 min后,Cr涂层锆合金的氧化增重下降了一个数量级,在高温高压水环境中腐蚀48 h后,其氧化增重下降了75%。腐蚀后,在Cr涂层锆合金表面形成了细长絮状结构;氧化层越靠近样品表面,结构疏松、空洞数量多且尺寸大;而在靠近Cr涂层与氧化层的界面处,结构致密、无明显尺寸空洞。 展开更多
关键词 涂层锆合金 腐蚀 铬涂层 燃料包壳材料
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超临界二氧化碳摩擦系数实验研究 被引量:2
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作者 王鹏飞 宫厚军 +5 位作者 张尧立 谢榕顺 叶楷 武晨 卢功豪 洪钢 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期33-39,共7页
为了探究现有超临界二氧化碳(SCO2)摩擦系数关联式的适用性和准确度,搭建了测量SCO2流经竖直加热圆管压降的实验台架,通过实验数据拟合了一个新摩擦系数关联式并分类比较了文献中常见的7个摩擦系数关联式的准确性。结果表明:典型的摩擦... 为了探究现有超临界二氧化碳(SCO2)摩擦系数关联式的适用性和准确度,搭建了测量SCO2流经竖直加热圆管压降的实验台架,通过实验数据拟合了一个新摩擦系数关联式并分类比较了文献中常见的7个摩擦系数关联式的准确性。结果表明:典型的摩擦系数关联式中,Swanee and Jain关联式计算的摩擦压降结果与实验结果较接近,计算偏差在±30%以内的数据占76.1%,对典型摩擦系数关联式进行单一热物性修正后能在一定程度上提高摩擦压降的计算准确度,但效果有限,新提出的摩擦系数关联式的计算准确度最高,计算偏差在±30%以内的数据占比高达91.4%,相关系数可达0.964,可用于工程实践。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳(SCO2) 摩擦压降 摩擦系数关联式
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超临界二氧化碳在矩形回路中的自然循环特性分析 被引量:3
13
作者 叶楷 崔大伟 +3 位作者 张尧立 王鹏飞 陈艺芬 洪钢 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期101-105,共5页
目前超临界自然循环实验台架的数目比较有限,相关理论和实验的研究还不够充分。本文设计并搭建了超临界二氧化碳(S-CO2)自然循环台架以研究S-CO2的稳态循环特性。实验研究发现,该S-CO2实验台架能够在较低的温度差下产生有效的自然循环流... 目前超临界自然循环实验台架的数目比较有限,相关理论和实验的研究还不够充分。本文设计并搭建了超临界二氧化碳(S-CO2)自然循环台架以研究S-CO2的稳态循环特性。实验研究发现,该S-CO2实验台架能够在较低的温度差下产生有效的自然循环流量,但是在高功率下,S-CO2自然循环存在流动不稳定性。系统压力越低,自然循环流量越先进入快速增长区,而且出现流动不稳定的功率阈值也越低。加热段入口温度越低,自然循环流量也越大。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳(S-CO2) 自然循环 稳态特性
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