基于三维非稳态PEMFC模型的冷启动仿真

建立了一种PEMFC三维非稳态单相数学模型。针对PEMFC阴极通入热空气这一辅助冷启动过程进行仿真研究,研究了通入电池阴极热空气温度和流量的变化对电池辅助冷启动过程的影响,为优化PEMFC阴极通入热空气的辅助启动策略提供理论依据。

轴流式水轮机模型飞逸过程三维湍流数值模拟

通过作者建立的非稳态过程三维湍流数值模拟方法,模拟了轴流式水轮机模型飞逸过程,并进行了其三维数值湍流计算,获得了机组到达最大转速时所需时间、最大飞逸转速值、飞逸过程内特性流场演变规律以及转速、流量、力矩与测点静压随时间变化的曲线。计算结果表明,所得最大飞逸转速与试验值非常接近,误差在1.5%以内;所得力矩及流量等外特性参数变化过程均符合高比转速水轮机理论特性;当转速增大到某一数值之后,尾水管水力稳定性急剧恶化是引起机组振动的主因。

煤炭地下气化三维渗流数学模型的研究

研究了煤炭地下气化流体非线性渗流运动特征 .在模型试验的基础上 ,通过对气化发生炉体内煤层燃烧气化过程中渗流场分布和变化规律的分析 ,建立了三维非稳定非线性渗流数学模型 .阐述了主要模型参数的选取方法 ,用有限单元法对数学模型进行了求解 ,并对模拟计算结果进行了分析和讨论 .计算值和实测值基本相符合 。

基于三维非稳态模型的车载加油油气回收系统碳罐结构优化

以车载加油油气回收系统(ORVR)碳罐吸附过程的传质传热过程为研究对象,以正丁烷/氮气模拟挥发油气,采用固定床吸附实验测试和CFD数值模拟相结合的方法,结合物种转移模型、层流模型和多孔介质模型,建立了三维非稳态ORVR碳罐的数值模型,以穿透时间和温度为特征量,从腔体体积比和进出口直径两个方面对其结构进行初步优化设计。结果表明,吸附过程床层温度模拟值与实验值偏差率低于7%,双腔体体积比为5∶3时,ORVR碳罐吸附过程中温度升高值相比其他结构低0.9~1.6℃,安全性高;进出口直径为12 mm时,在吸附穿透时间和床层温度升温方面综合性能最好。本研究可为ORVR碳罐结构优化设计提供参考。

格子Boltzmann方法研究椭圆截面纤维非稳态过滤的捕集过程与性能

本文采用格子Boltzmann气固两相流模型模拟了扩散机制下椭圆截面纤维非稳态捕集颗粒过程,包括颗粒枝簇结构的形态和生长过程,并定量分析了纤维周围流场压降和扩散捕集效率随沉积颗粒质量的动态变化规律。当扩散机制主导时,初始阶段颗粒会比较均匀地沉积在椭圆截面纤维表面,后面随着沉积颗粒的枝簇结构长大,改变了流场的分布以及捕集面积,颗粒会更多地在迎风端沉积。对于系统压降的动态变化,不同条件下均满足标准化压降随颗粒沉积质量增加呈指数变化关系。对于椭圆截面纤维捕集效率的动态变化,当增长速度稳定后,不同条件下均满足标准化效率随颗粒沉积质量增加呈线性增长的规律。

引水隧洞独头掘进工作面风流和粉尘扩散的模拟

本文结合改进的高雷诺k-ε紊流模型及响应函数,建立独头引水隧洞风流和粉尘扩散的三维非稳态欧拉两相流模型,在动量方程中考虑了曳力、虚拟质量力、升力的作用;模拟云南南汀河新塘房水电站引水隧洞独头掘进工作面爆破通风过程,分析隧洞内的风流结构分布,研究涡流、壁面粗糙度对粉尘扩散的影响,揭示壁面粉尘浓度随通风时间的变化关系。结果表明,在压入式通风情况下,独头掘进工作面附近存在涡流分布;粉尘浓度从涡流中心向周围空间逐渐降低;与光滑壁面相比,粗糙壁面对粉尘滞留作用大。与Nakayama通风模型试验进行了对比,模拟结果与实验测定结果基本吻合。

沥青路面再生机微波加热机理及数值模拟

针对开口微波场中沥青混凝土路面微波加热机理的探讨,从麦克斯韦波动方程、热力学微分方程出发,建立了开口微波场中微波透射沥青混凝土路面材料时的三维有源非稳态加热模型.利用热力学第一边界条件,选用时域差分法求解耦合的麦克斯韦波动方程及热力学偏微分方程组,得到了各种加热条件下沥青混凝土路面材料中的温度场.实验发现,数值计算的结果与实验结果相当吻合,验证了沥青混凝土路面三维有源非稳态微波加热模型的正确性,为开发可用于沥青混凝土路面再生等大尺寸复合电介质微波加热设备提供了理论基础、设计方法和实验依据.

引水隧洞施工通风Euler-Lagrange两相流大涡模拟

目前,地下通风两相流研究主要集中在矿井巷道通风且研究多采用雷诺时均法,无法准确获取湍流瞬态信息以及尘粒在湍流脉动影响下的瞬时运移规律.本文基于分子动理学理论,建立考虑热交换的三维非稳态EulerLagrange两相流颗粒轨道大涡模型,实现了对引水隧洞施工通风两相流的大涡数值模拟,揭示了引水隧洞风流场瞬态发展机制及颗粒在大涡结构影响下的运移规律,并验证了模型的准确性.运用该模型模拟某水电站引水隧洞施工通风排尘过程,结果表明:大涡模拟能捕捉到湍流脉动细节,结果较雷诺时均法更接近实际;通风可有效降低工作面附近温度;颗粒分布由初始的颗粒簇逐渐弥散,最终对隧洞全断面造成污染;通风3,700,s后,绝大多数颗粒从隧洞出口排出.

基于CFD技术的高效节能冷柜研发

针对目前冷柜的研究开发主要靠经验和简单的计算,存在产品的开发周期长,费用高的缺点,提出了基于CFD技术的冷柜研发,介绍了CFD技术、封闭式冷冻陈列柜的结构及其热负荷组成。建立三维非稳态模型,编译用户自定义函数即UDF(User-Defined Function)程序,利用有限容积法优化冷柜内温度场/流场。应用结果表明基于CFD技术的冷柜研发不仅具有效率高、能耗低等特点,而且可以掌握柜内温度分布规律、改善了柜内部气流组织状况,提高了温度分布的均匀性,提高食物保鲜效果。

FCC沉降器内不同结构旋风分离系统的模拟分析

FCC沉降器内两级旋风分离系统是石油工业催化裂化过程的重要组成部分。为了分析两级旋风分离系统之间的传递关系,笔者采用Reynolds应力输运模型(RSM)对FCC沉降器内两级旋风分离系统进行两相数值模拟,研究了4种不同结构的流场分布特征及两级分离器间流动不稳定性的相互影响过程。结果表明,粗旋和顶旋采用合理的结构形式能更好地平衡顶旋气流,提高分离效率,降低压力降。料腿底部无约束时,粗旋排出流率较大,顶旋排出流率较小,且各顶旋排出流率并不相同。由粗旋排气管排出的气流仍有旋转特点,使方形直连管下端有漩涡区,出现了多个封闭循环流动的小漩涡,这对顶旋的流动不稳定性有重要的影响。

大坝基岩帷幕宾汉姆浆液灌浆的三维数值模拟

由于灌浆工程的掩蔽性和地质条件的复杂性,如何准确地确定复杂地质条件下浆液的扩散规律是灌浆数值模拟分析的关键及难点。目前,在水利工程中灌浆数值模拟的相关研究未考虑宾汉姆浆液扩散过程中两相流特征和大坝基岩的复杂地质条件;且主要以单一裂隙或单个灌浆孔为研究对象,均未进一步涉及浆液锋面的模拟。针对上述问题,本文建立包含不同地层、不良地质体和帷幕孔的三维精细地质信息统一模型,在CFD商用软件STAR-CCM+中采用耦合VOF法的三维非稳态宾汉姆浆液气液两相流灌浆模型,实现了宾汉姆水泥浆液在大坝基岩中的多孔分序灌浆精细模拟,并分析了浆液的扩散规律和灌后帷幕搭接情况。运用该模型模拟某水电站的基岩帷幕灌浆过程,结果表明:在一定时间范围内,浆液扩散半径随灌注时间而增加,但其变化率呈递减趋势;各序孔灌注完成后,浆液锋面搭接良好;将灌浆量和灌浆时间的模拟值与现场实测值相比,平均误差分别为9.08%和6.32%,模拟值与现场实测值基本吻合,验证了该模型的可靠性。

转弯半径对引水式水电站弯道排冰影响的数值模拟

水电站引水渠道中的冰害会影响水电站的安全运行,危害当地人民的人身安全,因此,输排冰运行方式的成败便成为引水式水电站冬季安全运行的关键所在。建立了三维非稳态欧拉两相流模型,在水流流动过程冰的动量源项中考虑了相间曳力、升力、虚拟质量力的作用,以及密度差的影响。模拟分析了不同转弯半径对弯道排冰的影响,结果表明:转弯半径为200m时弯道内的水流平缓,流速分布较均匀,排冰闸前的浮冰量最大,排冰量最大,冰水比相对较大,排冰效果最好。可知,转弯半径200m时为最佳布置形式,从而实现了对弯道输排冰的布置形式进行合理的优化设计,以达到顺利输排冰,保证冬季安全运行的目的。通过与Blanckaert所做的弯道冲淤试验水槽实验结果对比,验证了模型的可靠性。