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立体空心血管网水凝胶支架的3D打印工艺研究 被引量:15
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作者 毛伟 连芩 +1 位作者 李涤尘 贾书海 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期180-186,共7页
搭建同轴喷头打印系统,研究氯化铁溶液对由同轴针头打印出的藻酸盐水凝胶空心圆管的机械强度和成型结构的影响,建立3D打印优化工艺。将质量分数为2%~4%的海藻酸钠和质量分数为4%的氯化钙通过同轴针头打印出空心圆管。将质量分数为0.25%... 搭建同轴喷头打印系统,研究氯化铁溶液对由同轴针头打印出的藻酸盐水凝胶空心圆管的机械强度和成型结构的影响,建立3D打印优化工艺。将质量分数为2%~4%的海藻酸钠和质量分数为4%的氯化钙通过同轴针头打印出空心圆管。将质量分数为0.25%的雾化氯化铁溶液与空心圆管反应得到有氯化铁反应的空心圆管,力学试验发现经过与0.25%氯化铁反应的空心圆管的弹性模量(0.4677 MPa±0.279 MPa(2%海藻酸钠),2.0153 MPa±0.221 MPa(3%海藻酸钠),11.684 MPa±0.332 MPa(4%海藻酸钠))是无氯化铁溶液反应的空心圆管的弹性模量的5.4倍(2%),14.2倍(3%)和43.3倍(4%),其力学强度大大增强。机械强度增强的空心圆管完成了立体网络结构和螺旋结构的复杂类血管网,通过水凝胶溶液将其封装形成生物支架。灌流实验和细胞毒性试验表明该支架具有良好的生物相容性,可有效运输和灌注细胞培养液,满足了组织工程中制造大块软组织的工程化需求。 展开更多
关键词 三维打印 仿生设计 生物支架 空心圆管 海藻酸钠 氯化铁
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Crashworthiness Design and Multi-Objective Optimization for Bio-Inspired Hierarchical Thin-Walled Structures 被引量:5
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作者 Shaoqiang Xu Weiwei Li +2 位作者 Lin Li Tao Li Chicheng Ma 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2022年第5期929-947,共19页
Thin-walled structures have been used in many fields due to their superior mechanical properties.In this paper,two types of hierarchical multi-cell tubes,inspired by the self-similarity of Pinus sylvestris,are propose... Thin-walled structures have been used in many fields due to their superior mechanical properties.In this paper,two types of hierarchical multi-cell tubes,inspired by the self-similarity of Pinus sylvestris,are proposed to enhance structural energy absorption performance.The finite element models of the hierarchical structures are established to validate the crashworthiness performance under axial dynamic load.The theoreticalmodel of themean crushing force is also derived based on the simplified super folded element theory.The finite element results demonstrate that the energy absorption characteristics and deformation mode of the bionic hierarchical thin-walled tubes are further improved with the increase of hierarchical sub-structures.It can be also obtained that the energy absorption performance of corner self-similar tubes is better than edge self-similar tubes.Furthermore,multiobjective optimization of the hierarchical tubes is constructed by employing the response surface method and genetic algorithm,and the corresponding Pareto front diagram is obtained.This research provides a new idea for the crashworthiness design of thin-walled structures. 展开更多
关键词 bionic structure crashworthiness design hierarchical tube multi-objective optimization
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Energy Absorption Performance of Bionic Multi-cell Tubes Inspired by Shrimp chela
3
作者 Rui Liang Na Liu +4 位作者 Xiang Liu Tao Wei Lirong Mo Huanchao Huang Christophe Bastien 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI CSCD 2023年第5期754-762,共9页
This research introduced the design,analysis and optimization of bionic shrimp chela multi-cell tubes(BSCMTs)in bending by embedding an arthropod's microstructure inside a thin-walled square structure.A three-poin... This research introduced the design,analysis and optimization of bionic shrimp chela multi-cell tubes(BSCMTs)in bending by embedding an arthropod's microstructure inside a thin-walled square structure.A three-point impact bending finite element model was,in the first instance,correlated with physical tests and then modified to assess the energy absorption performance of bionic multi-cell tubes considering initial peak force,specific energy absorption and mean crushing force.Following a complex proportional assessment(COPRAS)approach and optimization phases,results demonstrated that the BSCMT with a W-shape section had the best energy absorption characteristics and should be considered in future as a possible contender for vehicle B-pillar structures that are subjected to bending and require excellent energy absorption properties to protect the occupants in high-speed impact collisions. 展开更多
关键词 Energy absorption bionic MICROSTRUCTURE Shrimp chela Multi-cell tube
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Research on the sampling performance of a new bionic gravity sampler
4
作者 Yongqiang GE Jiamin HE +7 位作者 Jin GUO Peihao ZhANG Hao WANG Ziqiang REN Xiaoling LE Ying WANG Yuhong WANG Jiawang CHEN 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第8期692-709,共18页
Gravity sampling is of vital importance for sampling seabed sediments and understanding submarine sedimentary environments and resources.In this study,a new bionic sampler tube(BST)with non-smooth surface for low-dist... Gravity sampling is of vital importance for sampling seabed sediments and understanding submarine sedimentary environments and resources.In this study,a new bionic sampler tube(BST)with non-smooth surface for low-disturbance and rapid sampling is presented.The BST with depressions and swellings on its surface was designed on the model of the non-smooth surface of the dung beetle.Sufficient theoretical calculations,numerical simulations,and experimental tests were carried out to study its sampling performance.The penetration depth,sample length,and frictional drag of the sampler tube were calculated.The finite element model and the coupled Eulerian-Lagrangian(CEL)method were used to analyze and compare its sampling performance.Laboratory and field gravity sampling tests were conducted and the results demonstrated the advantages of the BST in improving sampling performance and in reducing adhesion and drag. 展开更多
关键词 Deep-sea gravity sampling bionic sampler tube(BST) Non-smooth surface Sampling performance Drag reduction
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基于牛角宏微观结构的吸能盒抗冲击特性研究 被引量:3
5
作者 刘玉玺 谢军 李爱华 《重庆理工大学学报(自然科学)》 CAS 北大核心 2019年第7期89-93,共5页
采用扫描电子显微(SEM)对牛角的微观结构特征进行了观察分析,结果表明,牛角是由多个纤维层堆叠而成的层状结构。根据牛角的宏微观结构特征,建立了仿牛角结构管和普通吸能管模型。根据3种模型的有限元分析结果可知,在相同的冲击条件下,... 采用扫描电子显微(SEM)对牛角的微观结构特征进行了观察分析,结果表明,牛角是由多个纤维层堆叠而成的层状结构。根据牛角的宏微观结构特征,建立了仿牛角结构管和普通吸能管模型。根据3种模型的有限元分析结果可知,在相同的冲击条件下,有芯体仿生管的比吸能是无芯体仿生管和普通锥管的1.32倍和3.25倍。仿生锥管在轴向冲击时,材料的屈曲变形相对稳定,各处的变形量较均匀,芯体和约束梁相互叠皱,呈现出从顶端向下逐渐叠缩的形态。研究结果表明,仿牛角结构管具有良好的吸能特性,且牛角的芯体可有效提高牛角在冲击过程中能量的耗散能力,将该结构应用到吸能盒的结构设计中可极大改善吸能盒的吸能特性。 展开更多
关键词 牛角 仿生管 吸能盒 堆垛结构 比吸能
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仿荷叶脉络薄壁管耐撞性能研究 被引量:1
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作者 王勇辉 何强 顾航 《江苏科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2022年第1期59-66,共8页
为了提高金属薄壁管的耐撞性能,选择荷叶脉络为生物原型,设计出一种具有叶脉分支特征的薄壁结构,仿生薄壁结构(bionic thin-walled structure,BTS).基于非线性动力学软件ABAQUS研究了BTS三点弯曲下的耐撞性能,建立BTS的数值仿真模型,并... 为了提高金属薄壁管的耐撞性能,选择荷叶脉络为生物原型,设计出一种具有叶脉分支特征的薄壁结构,仿生薄壁结构(bionic thin-walled structure,BTS).基于非线性动力学软件ABAQUS研究了BTS三点弯曲下的耐撞性能,建立BTS的数值仿真模型,并验证仿真模型的有效性.将BTS与传统的薄壁结构进行了对比分析,探究了BTS结构参数、冲击速度和壁厚对其耐撞性能的影响,并对BTS进行了截面变厚度优化设计.研究结果表明:冲击速度、比值γ、主干数目N对BTS的耐撞性有着重要影响;截面变厚度优化设计可以有效提高BTS的能量吸收效率,并改善其耐撞性能,最优厚度的BTS的能量吸收效率比传统的薄壁管高49.5%.因此,受生物启发的设计和研究结果可为吸能元件的发展提供参考. 展开更多
关键词 仿生管 薄壁结构 耐撞性能 响应面法 有限元法
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仿豆天蛾幼虫充气薄膜管弯曲特性研究 被引量:1
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作者 陈东辉 刘伟 +2 位作者 吕建华 常志勇 佟金 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期399-404,共6页
受豆天蛾幼虫体壁结构有较强的抗弯稳定性启发,设计了仿生充气管,以提高其弯曲特性。制作豆天蛾幼虫体壁组织切片,观察其体壁与附近肌肉组织的连接方式以及肌肉组织的分布形式,以此为依据设计了加筋充气管。通过有限元仿真和试验分析了... 受豆天蛾幼虫体壁结构有较强的抗弯稳定性启发,设计了仿生充气管,以提高其弯曲特性。制作豆天蛾幼虫体壁组织切片,观察其体壁与附近肌肉组织的连接方式以及肌肉组织的分布形式,以此为依据设计了加筋充气管。通过有限元仿真和试验分析了普通充气管和加筋充气管在不同压力下的弯曲特性,获得了不同充气压力下横向载荷-位移关系曲线以及充气管弯曲极限载荷与充气压力的关系曲线。结果表明:在所选压力范围内,充气管的极限载荷与充气压力呈正比,加强筋的存在提高了充气管的弯曲特性,同时仿真结果表明,45°加载时加筋充气管的抗弯能力较0°加载时更强,两者均高于无加强筋时的抗弯能力。 展开更多
关键词 豆天蛾幼虫 仿生设计 充气管 弯曲特性 有限元分析
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管束布置对凝汽器性能影响的■分析及其应用 被引量:13
8
作者 孟继安 李志信 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第17期1877-1888,共12页
凝汽器是发电厂的重要辅机设备,其流动与传热性能的优劣对单位发电量的能耗影响很大,为了适应我国节能减排的重大需求,优化和改进大型凝汽器的设计是十分必要的.目前凝汽器的管束布置大多基于工程经验的总结,缺乏理论分析,难以进行凝汽... 凝汽器是发电厂的重要辅机设备,其流动与传热性能的优劣对单位发电量的能耗影响很大,为了适应我国节能减排的重大需求,优化和改进大型凝汽器的设计是十分必要的.目前凝汽器的管束布置大多基于工程经验的总结,缺乏理论分析,难以进行凝汽器管束布置的优化设计.本文介绍了动量■和质量■的概念,建立了凝汽器壳侧蒸汽流动的动量■耗散和质量■增与流动与传热分布参数之间的关系,针对4种管束布置的330 MW凝汽器,采用数值方法分析了管束布置对凝汽器壳侧压降和抽气量的影响,总结出了凝汽器管束布置的设计原则与要点.在此基础上,详细介绍了基于理论和数值分析结果所发明的仿生双连树型管束布置凝汽器的性能及其应用. 展开更多
关键词 管束设计 凝汽器 动量[火积] 质量[火积] 仿生双连树型管束
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基于甲虫鞘翅的客车八边形仿生多胞薄壁管耐撞性研究 被引量:9
9
作者 白芳华 张林伟 +4 位作者 白中浩 覃祯员 张永春 王若璜 胡伟 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第21期24-30,共7页
为了提升客车前部吸能结构的耐撞性,通过模拟甲虫鞘翅的微观结构,设计了一系列新型客车八边形仿生多胞薄壁管,并对其在轴向加载下的吸能特性进行了研究。首先,建立了八边形多胞薄壁管的有限元模型,然后,采用简化超折叠单元理论验证了有... 为了提升客车前部吸能结构的耐撞性,通过模拟甲虫鞘翅的微观结构,设计了一系列新型客车八边形仿生多胞薄壁管,并对其在轴向加载下的吸能特性进行了研究。首先,建立了八边形多胞薄壁管的有限元模型,然后,采用简化超折叠单元理论验证了有限元模型的有效性。最后,通过有限元仿真对比研究了八边形仿生多胞薄壁管与传统多胞薄壁管的耐撞性。结果表明,八边形仿生多胞薄壁管具有优异的耐撞性表现。 展开更多
关键词 八边形仿生多胞管 甲虫鞘翅 理论验证 耐撞性
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仿方竹电池箱体薄壁管结构优化及耐撞性分析 被引量:6
10
作者 陈晓薇 马彬 陈勇 《机械设计》 CSCD 北大核心 2021年第1期78-84,共7页
电池箱体结构中的横梁是在电动汽车发生碰撞时保护电池组的关键吸能构件,是典型薄壁管的一种。为了提高电池箱横梁的耐撞性和稳定性,结合方管的易焊性和圆管的稳定性,依据方竹结构对薄壁管截面形状进行了仿生设计。采用ABAQUS有限元软... 电池箱体结构中的横梁是在电动汽车发生碰撞时保护电池组的关键吸能构件,是典型薄壁管的一种。为了提高电池箱横梁的耐撞性和稳定性,结合方管的易焊性和圆管的稳定性,依据方竹结构对薄壁管截面形状进行了仿生设计。采用ABAQUS有限元软件建立了方竹结构有限元分析模型,开展试验验证了模型的准确性。以初始峰值载荷(IPL)、比吸能(SEA)参数为基准,以截面形状、竹节节数为变量,对不同尺寸参数下的薄壁管耐撞性进行了仿真分析。分析结果显示,仿方竹结构薄壁管具有较好的耐撞性和稳定性,相对于普通结构薄壁管其比吸能提高了22.64%,峰值载荷降低了16.8%。研究结果对电池箱体轻量化和耐撞性优化设计提供了理论基础。 展开更多
关键词 汽车碰撞 电池箱体 仿生结构 耐撞性 薄壁管
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仿生层级薄壁方管耐撞性数值分析及优化
11
作者 徐飞 秦睿贤 陈秉智 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期618-625,共8页
为提高传统薄壁方管的吸能效率,受甲虫翅鞘微观小梁结构启发,提出了一种仿生层级薄壁方管(Bionic Hierarchical thin-walled Square Tube,BHST)。基于超折叠单元理论,建立了BHST平均压溃力理论模型。通过非线性有限元法分析BHST与传统... 为提高传统薄壁方管的吸能效率,受甲虫翅鞘微观小梁结构启发,提出了一种仿生层级薄壁方管(Bionic Hierarchical thin-walled Square Tube,BHST)。基于超折叠单元理论,建立了BHST平均压溃力理论模型。通过非线性有限元法分析BHST与传统多胞薄壁方管轴向吸能特性,研究了结构参数对BHST4-2结构耐撞性的影响。结果表明,理论预测与数值模拟结果吻合,相对误差均在7%以内。BHST具有优异的耐撞性。与二阶方管边长相比,壁厚对BHST4-2结构的耐撞性影响更显著。采用径向基函数(Radial Basis Function,RBF)模型和遗传算法对BHST4-2结构进行了多目标优化,得到了结构最优参数。研究结果为设计具有优异吸能特性的薄壁方管提供了新思路。 展开更多
关键词 仿生层级薄壁方管 超折叠单元理论 参数分析 耐撞性 多目标优化
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空间多变异形曲面钢筋混凝土筒体结构群综合施工技术 被引量:5
12
作者 刘有才 董利华 张荣灿 《施工技术》 CAS 北大核心 2012年第4期1-4,共4页
以上海证大喜马拉雅艺术中心工程为例,介绍了流体施工的工艺原理,详细介绍了流体施工的技术难点,主要包括测量放样,模板的选材、制作、成型及复杂的支撑体系,钢筋的成型、绑扎,混凝土浇筑和施工组织管理等方面。针对这些难题,采取了由... 以上海证大喜马拉雅艺术中心工程为例,介绍了流体施工的工艺原理,详细介绍了流体施工的技术难点,主要包括测量放样,模板的选材、制作、成型及复杂的支撑体系,钢筋的成型、绑扎,混凝土浇筑和施工组织管理等方面。针对这些难题,采取了由样板模拟到实际施工的技术工作路线,借助应用软件进行二次开发指导施工,将积分和微分原理应用到空间曲面的设计中。这些关键技术的应用,成功解决了工程难题,取得了良好的效果。 展开更多
关键词 仿生建筑 流体结构 异形筒体 空间曲面 模板
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浅析静脉瓣仿生技术在输液装置上的应用
13
作者 郜路明 梁晋 马宝峰 《中国医疗器械信息》 2023年第15期27-30,共4页
静脉输液是现今最常用的医疗治疗手段,保障输液疗效和安全是一项重要任务。简要概括国内外静脉输液现状以及存在的安全隐患,分别从人体内静脉瓣生理作用、静脉瓣式输液管仿生设计两方面分析,总结并展望静脉瓣式输液管仿生设计在静脉输... 静脉输液是现今最常用的医疗治疗手段,保障输液疗效和安全是一项重要任务。简要概括国内外静脉输液现状以及存在的安全隐患,分别从人体内静脉瓣生理作用、静脉瓣式输液管仿生设计两方面分析,总结并展望静脉瓣式输液管仿生设计在静脉输液领域的应用前景。结果显示,依托仿生静脉瓣阻流原理设计一种成本低廉且能有效防止血液逆流的一次性输液装置。 展开更多
关键词 静脉输液 静脉瓣仿生 输液管
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仿平行叶脉次级肋板增强多胞管轴向压溃响应
14
作者 胡敬坤 徐鹏 +2 位作者 范志强 李耀宙 谭晓丽 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期38-45,共8页
受树叶平行叶脉启发,在多胞管(multicell tube,MT)外侧柱壳的内表面引入次级肋板构建新型仿生多胞管(bionic multicell tube,BMT),通过诱导改善薄壁结构变形模式提高能量吸收特性。通过3D打印技术制备试样开展准静态压缩试验,结合数值... 受树叶平行叶脉启发,在多胞管(multicell tube,MT)外侧柱壳的内表面引入次级肋板构建新型仿生多胞管(bionic multicell tube,BMT),通过诱导改善薄壁结构变形模式提高能量吸收特性。通过3D打印技术制备试样开展准静态压缩试验,结合数值模拟研究了管壁厚度、冲击速度、次级肋板形态等因素对结构变形和能量吸收的影响,结果表明:1)采用倾斜次级肋板增强的BMT结构的平均压溃力和比吸能相比于MT提高约31%~59%和20%~35.2%;次级肋板的引入可诱导薄壁结构在±45°方向交错产生长度较长的塑性铰,薄壁结构弯曲变形能的提升是结构吸能特性增强的主要因素。2)BMT的次级肋板宽度小于1 mm时无法对外侧圆柱壳进行变形诱导,在10~70 m/s加载速度范围内BMT能量吸收特性随着冲击速度增大而增大。3)次级肋板的引入对MT中主级肋板和内侧圆管的能量吸收影响较小,但能够显著提高外侧圆管的吸能水平并降低其变形模式对加载速率的依赖性。 展开更多
关键词 仿生多胞管 平均压溃力(MCF) 能量吸收 变形模式
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仿荷薄壁管的耐撞性研究 被引量:3
15
作者 张安煜 王连进 +1 位作者 仪垂杰 赵一凡 《青岛大学学报(工程技术版)》 CAS 2018年第2期86-90,共5页
针对传统薄壁圆管结构存在的问题,本文采用结构仿生原理,主要对仿荷薄壁管在轴向冲击下的耐撞性进行研究。利用有限元分析软件对薄壁管做碰撞仿真,以比吸能和峰值力为评价指标,结合不同薄壁管在碰撞时发生的变形模式,分析3组仿荷薄壁管... 针对传统薄壁圆管结构存在的问题,本文采用结构仿生原理,主要对仿荷薄壁管在轴向冲击下的耐撞性进行研究。利用有限元分析软件对薄壁管做碰撞仿真,以比吸能和峰值力为评价指标,结合不同薄壁管在碰撞时发生的变形模式,分析3组仿荷薄壁管的轴向吸能特性。仿真结果表明,仿荷薄壁管较普通圆管有更好的吸能特性;在比吸能指标方面,3组结构同一系列的仿荷薄壁管比吸能为:B组>C组>A组,B组结构的比吸能提升最高,比A组平均提升20%;在峰值力指标方面,同一系列的B组仿荷薄壁管较A组仿荷薄壁管的峰值力也有所提升,C组仿荷薄壁管的峰值力受胞数增加的影响最大,当胞数增加到7以上时,C组峰值力大于B组,在不影响吸能的情况下,减小碰撞过程中产生的峰值力,可以保护车内乘员的安全,说明B组仿荷薄壁管是一种更合理的吸能结构。该研究在汽车数值结构分析与优化设计中具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 仿生 薄壁管 轴向冲击 耐撞性
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仿生空间多变异形曲面钢筋混凝土筒体结构群施工技术 被引量:3
16
作者 刘有才 张荣灿 陈国刚 《施工技术》 CAS 北大核心 2011年第10期22-26,共5页
以上海证大喜马拉雅艺术中心工程为例,介绍了流体施工的特点和难点及工艺原理。主要从平面(空间)定位、水平剖面定位模板及内外曲面模板选择、内外模支架系统选择、钢筋混凝土施工等方面介绍了仿生空间多变异形曲面钢筋混凝土筒体结构... 以上海证大喜马拉雅艺术中心工程为例,介绍了流体施工的特点和难点及工艺原理。主要从平面(空间)定位、水平剖面定位模板及内外曲面模板选择、内外模支架系统选择、钢筋混凝土施工等方面介绍了仿生空间多变异形曲面钢筋混凝土筒体结构的施工技术。将微分和积分原理应用到空间曲面的组成设计当中,解决了曲面模板的成型难题。 展开更多
关键词 混凝土 仿生建筑 异形筒体 流体结构 曲面模板
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凝汽器管束布置方式优化及应用效果分析 被引量:1
17
作者 曹荣 宁玉琴 胡清 《华电技术》 CAS 2017年第6期17-19,共3页
为解决火力发电厂凝汽器压力不达标的问题,提出了凝汽器管束采用新型仿生布管形式,并用不锈钢管替代铜管的优化措施。系统投运测试表明:通过优化凝汽器管束布置方式,凝汽器压力降低了0.88 k Pa,过冷度小于0.5℃,凝汽器热力特性得到很大... 为解决火力发电厂凝汽器压力不达标的问题,提出了凝汽器管束采用新型仿生布管形式,并用不锈钢管替代铜管的优化措施。系统投运测试表明:通过优化凝汽器管束布置方式,凝汽器压力降低了0.88 k Pa,过冷度小于0.5℃,凝汽器热力特性得到很大改善,主凝结区不存在涡流和空气积聚现象,机组可节约标准煤耗2.64 g/(k W·h),经济效益和环保效益显著。 展开更多
关键词 火力发电厂 凝汽器 管束布置 仿生布管形式
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