基于组分输运模型和RNG k-ε模型的浑水异重流数学模型研究及其应用

基于组分质量守恒理论,将浑水异重流的运动过程看成是含沙浑水中的泥沙这一组分在水体中的传输过程,建立组分方程,与考虑了平均流动中的旋流流动情况的RNGk-ε方程组进行耦合求解,利用目前广泛使用的商用FLUENT软件进行数学模型计算,并采用室内模型试验进行论证。结果表明:该数学模型可以有效模拟浑水异重流的潜入和前锋运动过程,为深入研究水库、湖泊及河流入海口浑水异重流问题提供了新的途径。借助此模型模拟了水库内汛期浑水异重流运动情况。

基于组分输运模型的SCR烟气脱硝系统模拟及优化

采用计算流体力学软件对某600 MW燃煤机组烟气脱硝系统的烟气流场和氨浓度场进行仿真模拟,将不同组分烟气和氨混合物与湍流流动方程耦合求解,得到了系统内的烟气流动和组分分布状况;并根据模拟结果对烟道进行优化。结果表明:在BMCR工况下,3个烟道直角转角处加入渐缩型圆弧导流板,首层催化剂前加入整流格栅,使脱硝装置流速不均匀系数从47.42%降至12.18%,但氨浓度均匀性未满足要求;当整流格栅倾斜角为30°,在烟气脱硝反应器入口拐角处等间距布置3片1/4圆弧导板,烟气流速分布不均匀系数和氨浓度分布不均匀系数分别为8.27%和9.53%,满足技术要求;此外,该方案在不同运行工况下均满足技术要求,因而适用于机组变负荷运行。

表面活性剂驱组分输运过程模拟

建立了表面活性剂驱组分输运数学模型 ,将模型中所需的物化参数描述为与驱油剂浓度相关的函数。定义了“有效驱替带长度”参数 ,量化和分析了吸附、扩散弥散、段塞尺寸和驱替速度等因素对组分输运过程与结果的影响机理。分析了大庆油田ASP常用表面活性剂ORS 41在孔隙输运过程中的有效性和持久性。研究成果不仅可以为表面活性剂驱和ASP复合驱工程工艺方案设计和动态监测提供指导 ,而且可用于代替部分实验室流动实验和辅助机理研究。研制的模拟软件的显著特点是对注化学剂段塞情况下的数学模型计算进行了边界条件处理 ,用有限差分的预测 校正格式使计算结果更为准确可靠 ,其可靠性可用相应的物理模拟 (流动 )实验进行验证。图 4参

质子交换膜燃料电池氢循环喷射器的组分输运与相变研究

采用计算流体力学技术,研究了质子交换膜燃料电池系统中用于阳极再循环的喷射器内组分输运、相变过程对喷射器内部流动动力学和喷射器性能的影响。建立了组分输运-相变模型,并通过仿真,将所提模型与干蒸汽模型做对比。结果表明,当电堆输出功率在40~70kW时,引入组分输运-相变模型后,喷射器内部压力、速度和温度分布受到显著影响,且模型预测精度显著提高,最大误差小于5%。

基于截面重构的液流电池内部多组分输运强化

有机液流电池以其低廉的价格和优异的电化学性能受到广泛关注。本文以醌-铁有机液流电池体系为研究对象,建立了多孔电极内部多组分输运模型,并搭建实验台验证了其可靠性。基于传统的蛇形流道,本文研究了流道截面形状对多孔电极内部多组分输运过程和电池性能的影响机理。结果表明,与传统矩形截面流道相比,在相同操作条件下半圆形的截面流道消耗更低的充电电压并且具有更高的放电电压。相较传统矩形截面流道,具有半圆形截面流道的电极均匀性因子最多提高了7.4%。且在电极四分之三切面处,半圆形截面流道电极的反应物浓度比传统电极高10.8%,大幅增强了活性离子的输运。半圆形的流道截面的提出,有利于基于有机液流电池大规模储能技术的发展。

中俄东线大口径输气管道的投产气体运移规律及注氮量优化

中俄东线天然气管道是外径1 422 mm超大口径天然气管道在国内的首次应用,投产采用氮气作隔离、后续天然气置换的方式。为了进一步明确中俄东线天然气管道在投产过程中各气体的运移规律以及确定合理的注氮量,采用计算数值模拟的方法,建立了基于外径1 422 mm管道的组分输运模型,进行了基于投产实测数据的模型可靠性验证,分析了不同管径、不同初始氮气封存管容比、不同置换速度条件下的气体运移规律,得到了理论最优注氮管容比值。研究结果表明:①天然气置换时,重力因素不可忽略,与小口径管道天然气沿着管道中心线"锥进"不同,中俄东线天然气沿着管段的顶部突进;②天然气置换速度是影响气体运移规律的主要因素,置换速度越快,纯氮气管容比值越大,最终将趋于一个极大值,投产时应适当提高天然气置换速度;③在氮气封存压力为0.02 MPa的条件下,5 m/s、7 m/s、9m/s、15 m/s、30 m/s的天然气置换速度对应的理论最优注氮管容比值分别为7.60%、5.00%、4.50%、4.00%、4.00%。结论认为,该研究成果可为大口径天然气管道的安全、经济投产提供借鉴。

间隙水输运管流体运动分析

对沉积物间隙水在充满超纯水的采样管内的流动和扩散规律的研究是之后对样品进行分析研究的基础。建立了流体运动的数学模型,利用FLUENT软件中的组分输运模型对质量分数为1%的nacl溶液在水中的扩散进行了仿真。模拟了在一定入口流速下从采样管和间隙水交界处开始的溶液浓度分布规律,分别讨论了流速梯度及分子扩散对溶液浓度分布的影响,通过仿真分析验证了理论公式的正确性。

氢基竖炉最佳开炉条件的数值模拟研究

利用组分输运模型对不同孔隙度、入口温度、H2含量条件下氢基竖炉开炉5 h的升温情况进行了模拟研究。结果表明,当还原气体组分及入口温度保持不变时,随着孔隙度的增大,炉内中心温度总体呈现升高的趋势;当孔隙度与入口温度保持不变时,炉内中心温度随着还原气体中氢气含量的增高而降低;当孔隙度与还原气体成分保持不变时,炉内中心点温度随着入口温度的上升而升高。氢基竖炉的最佳开炉条件为孔隙率0.40~0.42、还原气体中H_(2)和CO体积占比为40%和60%、入口温度1173 K。

水滴撞击倾斜非Newton除冰液液膜动力学行为特性数值研究

为了探究降雨天气下水滴撞击除冰液液膜后引发的非Newton动力学行为,耦合相界面控制方程及组分输运方程,构建了多相、多组分、多体系耦合作用的液滴撞击非Newton液膜的动力学行为模型.开展了水滴撞击除冰液液膜非稳态演化行为特性数值研究,以实验结果验证并修正了模型.此外,进一步分析了除冰液的剪切稀化特性和斜面坡度对撞击过程的影响机制.研究结果表明:液滴撞击倾斜液膜后会产生非对称的液冠,而除冰液非Newton特性引发的黏度差异进一步导致撞击后的非对称运动;在液冠的形成过程中,除冰液被带离液膜,与水分的稀释效应共同降低了液膜的黏度;坡度的增加限制了水滴在液膜上游的作用范围,促进了下游液冠的生长进而加快了除冰液的脱离,因此液膜在下游的黏度显著降低.

振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢碳偏析模拟

建立了振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢二维轴对称非稳态电磁场、流场、温度场和组分传输的多物理场耦合模型,分析了碳的偏析行为和影响规律,利用VOF模型对渣/金界面进行追踪,采用Lever算法调控了非平衡条件下的溶质再分配行为,并考虑了铸锭中不同元素之间的相互影响.结果表明:与传统工艺相比,振动电极电渣重熔工艺可以明显改善碳的偏析,最大正偏析指数由0.135减至0.116,减小了14.07%,最大负偏析指数由-0.124增至-0.105,增大了15.32%;增大w(W)会加重碳的偏析,当w(W)从9%增至9.5%时,最大正偏析指数增大了7.11%,最大负偏析指数减小了10.3%.

空调列车硬座车厢内污染物扩散规律研究

目前的检测手段很难从整体上了解列车车厢内污染物分布情况。本文以空调列车硬座车厢为研究对象,采用κ-ε湍流模型和组分输运模型,对车厢内污染物CO2的扩散情况进行模拟研究,结果表明:在现有的条缝通风模式下,车厢内在地板上方110 cm到170 cm的高度范围内,CO2质量分数基本上都超标,除了座椅间通道,整体上处于客车空调设计规范TB1951-87的上限1.7倍左右;靠近座椅间通道的两列乘客区受送风气流旋涡的影响,在110 cm的高度上,CO2浓度沿车厢长度方向呈脉动状分布;在靠近车窗的乘客区,由于上升气流的带动,乘客头部高度上的CO2浓度低于车厢中上部的浓度;在同一高度上,车厢中部CO2浓度高于端部的浓度;双人座位乘客区的CO2浓度低于同排相同高度上三人座位乘客区的浓度。研究结果可为空调列车硬座车厢内污染物的检测测点设置和气流组织改善提供参考。

机械式冷藏集装箱内温湿度场的数值模拟及其试验研究

以配置了上送风管的机械式冷藏集装箱为研究对象,采用番茄为试验物料,建立三维k-ε紊流计算模型,结合多孔介质模型及组分输运模型,采用非稳态求解方法,计算装载货物情况下集装箱内部的动态温湿度场;同时对该模型相应点的温湿度变化过程进行试验验证研究。结果表明,果蔬在冷藏集装箱运输过程中,自身的呼吸作用及通过箱壁从外界传入的热量对温度场的影响较大,造成货物内部与靠壁面处的温度较高;由于货物区温度较高,且热湿空气被水分含量较低的冷空气取代,致使在同等水蒸气含量下货物区的相对湿度较周围空气区低。模拟计算结果与试验验证结果能较好地吻合,建立的模拟模型可为果蔬冷藏集装箱内温湿度的监测与控制提供技术依据。

化学氧碘激光(COIL)三维混合反应流场数值模拟研究

通过求解层流Navier-Stokes方程和组分输运方程,数值模拟了化学氧碘激光(COIL)三维扩压器和光腔中10组分21反应的内流流场,计算中没有考虑水蒸气在低温下的冷凝以及激光能量的输出。通过与国外文献计算结果比较可知,物性系数、化学反应速率常数、边界条件处理等对组分浓度影响较大,缺乏这些数据库将会影响计算结果。计算表明,三维副流射流基本穿透主流到达中心线,主副流混合较强,激发态粒子高浓度区主要在中心线附近,因此,也只有在中心线附近有较强的小信号增益系数,进一步研究混合增强技术可以提高原材料的使用效率以及激光的出光功率。本研究可为强激光武器系统之新型压力恢复系统的设计提供技术储备。

浙江省多气源混合天然气管网稳态仿真研究

为了获得浙江省多气源混合天然气管网中未安装气质测定设备的那些地方的有关气质信息,以各管道供气入口测定的气质数据为基础,利用流体仿真软件Fluent,以浙江省天然气一期主干线线路管网规划图为依据,建立大规模长输管道管网仿真模型,采用二维单精度解算器、标准k-ε湍流模拟方程、压力基密度求解器和组分输运(species transport)模型,对管网中天然气混合情况进行稳态模拟计算,获得管网出口天然气各组分的质量分数,取仿真结果与实测采集到的数据进行比对,为安装气质测定设备———气相色谱仪的布点提供了依据.

燃气蒸汽式弹射内弹道研究

燃气-蒸汽式弹射方式以其结构简单、温度适中、压力输出平稳等优点,被越来越广泛地应用到水下运载器的发射系统中,深入研究燃气-蒸汽式弹射装置的内流场对弹射装置的设计、改进具有重要意义。本文通过采用3种不同仿真模型对燃气-蒸汽式弹射内弹道进行计算,结果表明:对流场进行仿真计算时应同时引入汽化模型和组分输运模型,其仿真结果与实际情况更为相符。汽化模型对流场温度的影响比对压力和速度的影响更为明显。研究成果可为燃气-蒸汽式弹射装置的设计与改进提供理论支撑。

煤粉无焰燃烧的数值模拟

用组分输运方法对煤粉的无焰燃烧进行了数值模拟,湍流采用Realizable k-ε紊流模型,颗粒相采用随机轨道模型,挥发分的析出采用化学渗透模型(CPD),湍流化学反应采用涡耗散模型(Eddy-Dissipation),煤粉颗粒表面燃烧模拟采用内表面化学反应动力学模型,辐射传热采用P-1辐射模型.结果表明,实验数据与数值模拟吻合良好;煤粉无焰燃烧时,燃烧反应发生在整个炉膛空间,炉内温度分布较均匀,温差为200K左右,燃烧呈现低O2浓度特征,NOx排放浓度较低.

湿工况下圆形和椭圆形肋片管蒸发器热质传递特性研究

通过焓差法实验研究了湿工况下圆形和椭圆形肋片管蒸发器的热工性能,发现在相同条件下椭圆形肋片管的换热量比圆形的高57.15%。建立了蒸发器内湿空气的热质传递计算模型,与实验和其他文献结果的最大误差均小于20%。经过对2种管型速度场、流线场、温度场和浓度场的分析,结果表明,虽然湿空气绕流圆形和椭圆形肋片管后均形成尾流,但椭圆形肋片管的流线型结构使气流到达第2排管的最大速度比圆形肋片管高约50%。因此椭圆形肋片管蒸发器的传热量更多、水蒸气冷凝速度更快,性能更好。

复合型湿式除尘器脱硫除尘优化数值仿真

为研究复合型湿式除尘器脱硫除尘性能,探究其脱硫除尘机理,利用Fluent软件中的多组分化学反应模型(species transport)和离散相模型(DPM)对复合型湿式除尘器风机内部脱硫除尘过程进行模拟。混合烟气采用Realizable k-ε模型,喷淋Ca(OH)_2液滴采用离散相模型,并使用Coupled算法对传质和流动过程进行压力-速度耦合的稳态计算。分析了风机内部的气相、离散相的浓度、速度、压力等分布情况。计算结果表明,随着风机电机转速的提高、喷淋液气比的增大以及入口烟气中SO_2质量分数浓度的降低,脱硫效率上升。仿真结果对于复合型湿式除尘器三相流场分析和脱硫过程的最优化运行有指导作用。

包钢工业园区气体污染物扩散的数值模拟

利用CAD软件建立三维物理模型,采用Fluent软件RNG k-ε模型,分析了SO_2污染物排放扩散的分布规律.结果表明:风速是影响大气污染物浓度分布的最主要因素,污染物的浓度随着风速的增大而减小,这对了解工业城市气体污染物传输扩散过程有一定指导意义.

上送下回通风方式稀释室内污染物的数值模拟研究

以CO2为室内示踪气体污染物,通过数值模拟,得出室内气体污染物浓度随通风时间的变化规律;经比较发现,上送下回的通风方式优于下送上回的通风方式;数值模拟结果和实验数据表明,标准的κ-ε模型和组分输运模型能较好地模拟室内上送下回的通风方式稀释室内污染物的过程。