高温高压条件下堆积颗粒的吸能效应

建立二维轴对称气固两相双流体物理模型.对三种不同源区初始质量比内能E0/10、E0/100、E0/1 000,固体堆积颗粒作用下气相流场能量、压力衰减进行数值模拟.结果表明:初始质量比内能越高,堆积颗粒作用下流场动能、内能衰减越快;初始质量比内能越高,流场压力衰减达到准静状态的速度越快,准静态后压力衰减也越快.

基于量纲分析的石油焦颗粒堆积床层阻力特性实验

石油焦中挥发分气体在罐式炉内料罐中的料层气体阻力特性是挥发分能否顺畅逸出的关键。首先通过实验检测方法系统研究石油焦孔隙率、堆积密度等物性参数,其次搭建了石油焦颗粒堆积床层气体流动阻力实验装置,并在此基础上开展了料层高度、床径比、颗粒粒度、气体流速对料层阻力的影响规律研究。结果表明:随着石油焦粒度增加,堆积密度下降,孔隙率上升;当床径比D/d_(p)>20,壁面效应影响可忽略;料层阻力与气体流速正相关,与颗粒粒度负相关;堆积料层阻力关系式为f_(p)=6.922×10^(60)ε^(86.519)(1-ε)^(105.394)Re^(-1.047)_(p),研究可为罐式炉煅烧石油焦挥发分气体的行为提供理论支撑。

非堆积型多颗粒阻尼器等效力学模型及其减振性能分析

为考虑颗粒群碰撞过程中时间效应对非堆积型多颗粒阻尼器(non-packed particle damper, NPPD)减振性能的影响,在现有考虑惯容的等效单颗粒力学模型(equivalent inertia single-particle model, EISM)研究基础上,提出了基于接触单元法的等效单颗粒力学模型(equivalent inertia single-particle model based on contact element method, EISM-CE),并基于Runge-Kutta算法建立了NPPD单自由度结构运动状态求解算法。设计进行附加NPPD单层钢框架结构振动台试验,探究不同填充率对结构顶层位移频响曲线的影响规律,提出了EISM-CE参数取值原则,进而进行力学模型试验验证及模型对比分析。在模型验证合理性基础上,基于EISM-CE依次进行了自由振动、简谐激励及记录强震动下减振性能及能量变化规律分析。研究结果表明,与现有EISM相比,提出的基于接触单元法的EISM-CE模型及参数取值原则更加合理有效。减振性能数值分析结果表明,不同激励下NPPD均具有较好的减振性能;考虑碰撞时间效应后EISM-CE与EISM对应减振性能及机理分析结果存在一定的差异。

破碎颗粒堆积方式对渗透率应力敏感性的影响机制

颗粒堆积下的渗透性量化对采空区冒落带、断层破碎带阻水性能、低渗煤层应力敏感性评估具有重要意义。基于Hertz变形假设,构建了不同颗粒堆积方式的渗透率演化模型,分析了不同颗粒排列结构下应力敏感性及主控因素,探讨了本体变形与结构变形的应力敏感性作用机制。研究表明:若仅考虑本体变形,渗透率应力敏感性和组合颗粒数呈反比,颗粒弹性模量是加卸载试验中应力敏感性主导因素;颗粒发生结构变形的应力敏感性远高于本体变形,和结构变形程度呈正比(颗粒组合结构调整);颗粒结构应力敏感性是结构变形、等效弹模、结构调整综合作用的结果;数值验证了不同颗粒结构应力敏感性的合理性,不同位置渗透率的调整是导致孔压非均匀分布、渗透性变化的主要因素;研究结果表明低渗储层(煤层)存在强应力敏感性,与岩石、流体性质密切相关。

颗粒堆积床显热储能技术概述

颗粒堆积床显热储能技术具有系统构造简单、建造和运维成本较低、运行温度区间广等优点,在新能源消纳、工业余热利用和清洁供热等方面具有巨大的应用潜力。首先,从储能材料、储能容器两方面对颗粒堆积床显热储能技术进行介绍,概述颗粒堆积床显热储能领域的研究进展;其次,总结分析各设计参数对堆积床气流阻力特性、储热特性、热分层特性的影响,对可回收固体废弃物作为新型储能材料进行技术经济可行性分析,旨在为颗粒堆积床显热储能系统的优化设计提供参考。研究结果表明:床层的热容量是影响堆积床储能特性的最关键因素;与现有储能材料相比,将固体废弃物回收再利用为堆积储能材料具有较为明显的优势。

基于堆积颗粒几何特征的多尺度渗透注浆扩散半径预测

为精准预测渗透注浆在粗粒土中的扩散半径,基于堆积颗粒的几何特征,提出微尺度颗粒几何特征识别与中尺度注浆通道重建算法,并结合大尺度注浆扩散模型,构建多尺度渗透注浆扩散半径预测模型。首先,基于粗粒土CT断面图像,采用颗粒几何特征识别算法(GIM)识别颗粒的椭圆度、粗糙度、长轴倾角以及粒径参数;而后依据这些识别参数,结合孔隙率和级配,通过中尺度注浆通道重建算法(GRM)建立渗流通道模型;基于该模型,联合运用多场耦合有限元(FEM)与蒙特卡洛法(MC),获得具有统计意义的中尺度渗透注浆模型;通过渗流速度将中尺度渗透注浆模型与大尺度注浆扩散模型耦合,建立多尺度渗透注浆扩散半径预测模型。通过与试验结果对比,验证预测模型的合理性(误差小于10%)。最后,采用该模型系统研究椭圆度、粗糙度、粒径、孔隙率、长轴倾角、流性指数和浆液平均黏度对注浆扩散半径的影响,大小关系为:粒径>浆液黏度>长轴倾角>流性指数>孔隙率>椭圆度>粗糙度,对应的皮尔逊相关系数依次为0.5,-0.374,-0.238,-0.188,0.161,-0.036,-0.019;通过对浆液扩散过程分析,发现堆积颗粒几何特性对浆液扩散的影响机制主要包括“孔喉约束”、“惯性阻力”、“通道宽度”以及“流固界面”效应。

基于颗粒堆积算法的堆石料压实密度预测研究

堆石料的压实密度是反映其工程力学特性的重要指标。提出了一种基于降维映射的颗粒堆积算法,仅有一个模型参数即可在给定堆石料级配的情况下实时预测当前级配下的最大干密度。与试验结果对比发现,该算法能够较好预测给定的连续、间断级配堆石料最大干密度,为堆石料级配的高效优化设计提供了新思路。采用该算法模拟了堆石料细料截断和缩尺对堆石料压实密度的影响,结果表明:本算法可以较好地根据缩尺后的结果预测原型级配的堆石料压实密度,但堆石料压实密度的缩尺效应预测存在细料截断误差,误差与细料含量呈正相关;堆石料缩尺后粗料部分骨架的孔隙尺寸降低,有降低压实密度的趋势,而缩尺时增加的细料含量对密度的影响并无统一的规律,而是与粗料和细料的具体粒径分布相关。

堆积石墨颗粒蓄放热性能仿真模拟研究

选用堆积石墨颗粒作为固体蓄热材料,利用Ansys软件进行仿真模拟,分析堆积石墨颗粒模型的蓄放热性能。以250 kW的加热功率对蓄热体加热10 h,通入温度为523 K的空气进行8 h放热。结果显示:经过10 h加热,蓄热体整体升温曲线差异较大,靠近热源位置呈现外凸的升温趋势,而蓄热体边缘呈现内凹趋势,整体温度分布不均匀,最大温差大于400 K。经过8 h的空气冷却,蓄热体模型出口界面温度分布呈现H形,紧贴通风管道周围的蓄热体经过空气对流换热温度迅速降低,剩余H形部分中大量的热量不能均匀释放,最大温差达到195 K。

颗粒摩擦对散粒堆积体拱效应的影响

通过开展三维离散元数值模拟,研究了颗粒摩擦系数对散粒堆积体自然休止角、堆积体底部应力分布、堆积体内部接触力投影分布、强弱力链数量等宏细观特征的影响规律。研究表明:随颗粒摩擦系数的增大,自然休止角增大并逐步趋于一个饱和值,堆积体底部应力峰值位置则从堆积体底部中心逐渐往外迁移,堆积体底部中心接触力相对于底部峰值的减小程度逐步增加,应力凹陷现象与拱效应越明显;随着颗粒间摩擦系数增大,颗粒间接触力沿锥面方向投影的最大值方位(锥)角逐渐增大并趋于稳定,堆积体内部拱效应的优势发挥方位出现在偏离竖直轴15°~25°的方位。

基于颗粒最紧密堆积理论的钼尾矿自密实混凝土设计与性能分析

钼尾矿由于其颗粒粒径分布特性,可将其用于替代细骨料制备自密实混凝土,实现钼尾矿的高值建材化利用。以修正后的Anderson-Andreason颗粒堆积模型对自密实混凝土配合比进行设计,针对不同钼尾矿替代量制备的混凝土进行工作性能和力学性能测试,结果表明,当使用30%的钼尾矿替代河砂制备自密实混凝土时,其工作性能和力学性能均有一定提升。

不同堆积结构颗粒床内的流动特性研究

为了研究不同堆积结构颗粒床内的流动特性,使用两种尺寸球形颗粒构建了均匀混合堆积结构和分层堆积结构床,在碎片床冷却性实验装置(DEBECO,DEbris BEd COolability)上进行了单相和两相流动实验。基于实验结果,对比分析了两种堆积结构的流动阻力压降,进一步验证了流动阻力模型。实验结果表明:对于不同尺寸颗粒均匀混合的堆积颗粒床,其有效直径在低速(Rep<7)条件下更接近面积平均直径;随着速度(Rep>7)升高,其有效直径更接近长度平均直径。当气液两相同向向上流过均匀堆积结构颗粒床时,实验测量的两相压降总体上与Reed模型预测值较为接近;与均匀堆积结构床相比,相同颗粒分层堆积结构床内的两相流动阻力压降较低。该实验研究结果对完善多孔介质结构内流动阻力分析具有重要的学术意义。

颗粒堆积多孔介质内幂律流体的流动阻力特性

为深入研究幂律型非牛顿流体在均匀球颗粒堆积多孔介质内流动的阻力特性,基于经典Carman-Kozeny-Blake模型及孔喉通道模型,提出一个新的预测模型.针对幂律流体的流变特性,利用平均水力半径理论,得到了于迂曲度、孔隙率、孔喉比、颗粒直径及幂律指数等重要参数修正的Ergun型方程表达式,且方程中的系数表达式A、B等各物理量都有明确的物理意义.对所建模型与文献中的理论模型及实验数据关联式比较的结果表明,新模型在一定流态区间内的阻力预测值与文献吻合较好.给出了幂律流体的临界雷诺数、修正渗透率及惯性系数的关联式.

粉末颗粒线性堆积密度模型的改进

评价了线性堆积密度模型的优缺点 ,并对该模型进行了改进 ,使它更符合现有的实验数据 ,应用现有的实验数据对改进前后的模型进行了比较。同时 。

PFC3D模拟颗粒堆积体的孔隙连通性初步研究

构成混凝土的骨料、砂、水泥等颗粒在不考虑水化作用形成的堆积体的孔隙特征与未来混凝土的渗透性密切相关,利用PFC3D研究了颗粒级配和颗粒形状等因素对在自重作用下达到密实的颗粒堆积体系的孔隙率和孔隙连通性的影响。

粉末颗粒线性堆积密度模型的改进

评价了线性堆积密度模型的优缺点 ,并对该模型进行了改进 ,使它更符合现有的实验数据 ,应用现有的实验数据对改进前后的模型进行了比较。同时 。

颗粒堆积型多孔介质内弯曲流道毛细管束模型的研究

本文建立了基于弯曲流道的颗粒堆积型多孔介质内流体流动的毛细管束模型,并在低雷诺数、低空隙率范围内对颗粒层多孔介质内的渗透率、阻力特性等进行了研究,结果表明弯曲流道毛细管束模型适合于计算颗粒层多孔介质内流体流动。

基于颗粒离散单元法的获取任意相对密实度下级配颗粒堆积体的数值方法

土体的密实程度对土体的工程性质影响很大。获得给定相对密实度下的初始颗粒堆积体,是利用离散单元法进行土体细观力学分析的重要前提。基于离散单元法,首先获得颗粒在自重作用下稳定后的最松散堆积体。其次提出采用减小压实过程中颗粒间摩擦系数的拟振动压实法来模拟现实中的振动压实作用,并验证了其可行性。当压实过程中颗粒间摩擦系数为0时获得最密实堆积体。研究了拟振动压实过程中颗粒间摩擦系数与压实稳定后的堆积体孔隙率的关系。最后根据该关系可估算出获得任意给定相对密实度堆积体所需的压实过程中颗粒间的摩擦系数。研究结果表明:颗粒的配位数与粒径近似满足指数关系;通过减小压实过程中颗粒间的摩擦系数能较好的模拟振动压实效果;压实过程中颗粒间的摩擦系数与堆积体孔隙率满足负指数关系;该方法可获得任意相对密实度下的颗粒堆积体,可以为土体细观力学的数值模拟提供初始颗粒堆积结构。

颗粒堆积现象的计算机模拟(英文)

颗粒堆积现象的计算机模拟是为能经济地、有效地分析和优化不同材料如陶瓷、水泥、医药、粉末冶金、聚合物等的性能 ,并为设计先进材料提供一种行之有效的手段。近 15年来该领域研究的评述表明颗粒堆积现象模拟 ,尤其在动态过程方面已取得了一些进展。有些计算机模拟软件已应用于模拟如陶瓷和混凝土的颗粒堆积过程 ,离散元方法也成功地被应用于模拟过程中。另外 ,为了简化现有的计算机模拟过程 ,有关专家用一维MonteCarlo方法来取代复杂的三维方法 。

圆球及椭球颗粒有序堆积多孔介质内强制对流换热实验研究

采用"瞬态单吹反问题研究方法"实验测定圆球及椭球颗粒有序堆积多孔介质内的流动阻力系数及颗粒与流体之间的表面对流换热系数。详细研究不同颗粒形状及堆积方式下多孔介质内的对流换热规律,结果表明:通过合理选择颗粒形状和堆积方式,多孔介质内的综合换热效率显著提高,传统经验公式对颗粒有序堆积多孔介质内的对流换热不再适用。

网格尺度、时间步长和颗粒堆积率对射流床CFD模拟的影响

采用欧拉-欧拉双流体模型,在CFX4.4软件上增加用户自定义子程序模拟了高2.0m、宽0.3m的二维射流床内空气和玻璃珠体系的流体动力学特性.考察了网格尺度、最大颗粒堆积率和时间步长对射流的形成及发展过程、射流穿透深度及射流频率的影响,并与实验数据进行了对比.结果表明,对于本研究的气固体系,当床层下部纵向网格数为100、时间步长0.0005s时,不仅可以满足网格尺度和时间步长的无关性要求,而且模拟的射流穿透深度和射流频率与实验测量值的误差分别为5.7%和3.8%.最大颗粒堆积率在本研究范围对模拟结果的影响可以忽略.