硅基微柱簇阵列微通道流动沸腾实验研究

为实现硅基微通道流动沸腾换热强化,分别设计并加工了具有并联微通道、稀疏微柱簇和致密微柱簇结构的微通道换热器,以丙酮为工质开展热通量200~650 kW·m^(-2)的流动沸腾实验。结果表明,相较于并联微通道,稀疏微柱簇和致密微柱簇微通道具有更强的两相换热性能;在质量流速43 kg·m^(-2)·s^(-1)的条件下,稀疏微柱簇微通道与致密微柱簇微通道的平均传热系数分别可达到18.6和17.8 kW·m^(-2)·K^(-1),稀疏微柱簇微通道PEC最大可达到1.49。微柱簇阵列随热通量的增加呈现出三种不同流型,可视化研究表明,稀疏微柱簇内产生的汽相更倾向发生微柱簇绕流,而致密微柱簇内产生的汽相更倾向包裹住微柱簇,这使得前者表现出更强的两相换热性能。

温室太阳能跨季节蓄热-土壤源热泵耦合供暖运行特性

针对温室采用土壤源热泵供暖存在土壤热失衡明显、土壤温度和供暖能效逐年降低的问题,该研究在112 m^(2)玻璃温室建设了耦合太阳能跨季节蓄热的土壤源热泵供暖系统,通过两个供暖周期试验,对热泵机组的运行、土壤热失衡、太阳能跨季节蓄热以及太阳能直供-土壤源热泵耦合供暖的运行特性进行深入分析。结果表明,在土壤源热泵供暖结束后,工作井温度下降2.40~2.97℃、监测井土壤温度下降0.60~1.00℃,土壤热失衡问题突出;太阳能跨季节蓄热使得监测井土壤温度较初始地温上升约0.2℃,有效解决了土壤热失衡问题;耦合供暖时太阳能直供可承担11%的热负荷,使得温室供暖能效系数从上一年度的2.79提升至3.19,提高了14.3%,节能效果明显。该研究揭示了供暖系统全年度和典型工况下的运行特性,实证了耦合太阳能解决土壤源热泵热失衡问题的可行性和高效性,并给出了系统高效运行主要操作参数的推荐值,为温室供暖相关研究与工程应用提供案例参考和数据支撑。

基于PCA-BPNN模型的埋地管道腐蚀速率预测研究

为了更加准确可靠地预测埋地管道的腐蚀速率,融合PCA分析法和多隐层BP人工神经网络模拟方法进行研究.选取陕西省某油气公司的埋地输油管道,构建8维度外腐蚀指标体系,在PCA-多隐层BPNN模型中模拟训练得到结果.通过PCA预处理将外腐蚀指标体系降为3维,以便减少多元素信息带来的耦合影响,模拟得到隐藏层参数最优的BPNN模型,预测腐蚀速率,求出预测值精确度,统计得到改进后方法精确度大于95%的个数是单一BP方法的2.5倍.为了检验PCA-多隐层BPNN方法的鲁棒性,另取20组数据代入验证,再次证实了PCA-多隐层BPNN模型所得的误差更小,更能满足实际工程需要.

能源动力核心课数值传热学绪论教学改革

为提升能源动力类研究生培养质量,针对能源动力类传统基础课数值传热学绪论教学存在的6个问题,提出相应的教学改革措施:阐明数值传热学的必要性和重要性、突出数值传热学的地位和作用、厘清数值传热学研究对象与解决问题的思路、对比说明数值传热学常用方法的优势、阐述自主编程对学好数值传热学的重要性、做好数值传热学特点与时代特色深度融合的课程思政,重新整合教学内容,设计特色教学案例。教学改革研究成果可提高学生学习兴趣、帮助学生掌握正确的学习方法,也可为同类课程教师提供参考。

“数值传热学”中贴体网格与非结构化网格上的有限容积法对比教学

提出了一套贴体网格和非结构化网格有限容积法的对比教学方法。该方法基于典型案例引入以及对照式、综合式辨析策略,给出了对不规则区域有限容积法涉及贴体网格和非结构化网格内涵的差异,两者对有限容积法实施过程差异,控制方程的异同,控制方程变换的实质以及物理问题适应性5个重要内容进行综合辨析教学的要点及实施过程。该对比教学方法可为“数值传热学”或“计算流体力学”的教学或自学提供参考。

MIR-01型雪茄卷制机茄芯库盖板的改进与应用

【目的】为解决MIR-01型雪茄卷制机茄芯成型装置因茄芯流动不畅或堵塞而导致茄芯库盖板变形、烟支空头率高等问题。【方法】采用增加加强筋的方式对茄芯库前上盖板进行改进。通过对茄芯库及茄芯进行力学分析,使用ABAQUS有限元仿真软件对前上盖板的加强筋结构(两框、四框、下四框、八框)和厚度(1.5、2.0、2.5mm)进行优化,以MIR-01型雪茄卷制机生产的“泰山(红3G)”牌雪茄烟为对象进行测试。【结果】茄芯流动不畅时前上盖板的临界正压力为269.5 N;最优加强筋结构为八框结构、厚度为2.5mm:改进后茄芯库前上盖板平均使用寿命由1099.5h增加至4079.5h,延长271%;平均烟支空头率由9.57%降低至6.43%。【结论】该技术为提高机制雪茄烟质量提供支持。

有限容积法对流项离散格式的稳定性与有界性研究

对于流动传热问题,控制方程对流项处理不当会导致模拟结果出现无物理意义的振荡或越界现象。针对有限容积法对流项离散格式的稳定性和有界性开展深入研究,并提出了一种新的高阶有界格式。在对流项离散格式稳定性方面,指出在均分网格条件下,边界相邻节点的对流稳定性条件与内部节点不同,并给出了边界相邻节点处常见对流项离散格式的稳定性条件;指出绝对稳定的SGSD格式权重系数计算方法不唯一,并给出了两种适合于强对流问题的权重系数表达式。在对流项离散格式有界性方面,提出了高阶有界格式的通用分段线性形式——GHB格式(general high-order bounded scheme),可提高程序的通用性;高阶有界格式计算精度、收敛速率和健壮性等性能互相制约,根据规正变量图中不同区域线型对这些性能的影响,提出了含有两个可调参数的性能可控的高阶有界格式——AHB格式(adjustable high-order bounded scheme);在此基础上,通过优化参数得到了计算精度、有界性、收敛速率和健壮性兼顾的ABC格式(accuracy,boundedness and convergence rate-balanced scheme),并通过多个典型算例验证了该格式计算性能。

CFD/NHT教学中若干易混淆概念的综合辨析教学方法

《计算流体力学》及《数值传热学》系列课程知识体系复杂、概念抽象且分散、易混淆概念较多;若教学方法不当,学生学完课程内容后往往对一些重要的概念似懂非懂,对概念相互之间的区别与联系亦是云里雾里,甚至对一些重要概念理解错误,导致面对数值仿真关键难题时不得要领。立足于此系列课程的特点,本文提出了一种综合辨析教学方法:通过典型案例引出概念,化抽象为具体,通过对照式、综合式、追根溯源式等辨析方法对概念进行综合辨析教学。该方法有助于学生辨析易混淆知识点,明晰零散概念间的区别与内在联系,从而实现对知识点的融会贯通和灵活运用,起到了拨云见日、升华理解的作用。文中以误差、稳定性和收敛性三方面相关易混淆概念的教学为例,介绍了该综合辨析教学方法的实施要点。该教学方法可为《计算流体力学》和《数值传热学》系列课程的教学或自学提供参考。

数值传热学课程中网格生成相关内容的导入式与案例式融合教学模式研究

网格生成相关内容是数值传热学课程的重要内容,在流动与传热数值计算中不可或缺,主要包括网格生成、网格信息处理和网格无关解三个教学模块。为了提升教学质量,设计了导入式和案例式融合的教学模式,并应用于这三个模块的教学中。教师通过启发学生思考逐步导入教学内容,再通过特色教学案例释疑解惑,然后引导学生归纳和提炼知识要点,最终得出结论。该教学模式已应用于北京石油化工学院、中国石油大学(北京)、上海海事大学等多所高校,有助于提升学生的思辨能力和创新素养。

基于响应曲面法优化香菇热风干燥工艺参数

为确定香菇热风干燥的最佳工艺参数,以新鲜香菇为试验对象,开展多目标优化研究。以相对湿度、风速和单位载荷量为自变量,以干香菇的色差、水溶性蛋白含量和干燥时间为响应值,建立香菇热风干燥多目标综合评分模型,通过响应曲面法优化得到香菇热风干燥的最佳工艺参数。结果表明,色差为3.58、水溶性蛋白含量为46.39 mg·g^(-1)、干燥时间为12.5 h,干燥条件50℃时,最佳干燥工艺参数为相对湿度27.1%、风速5 m·s^(-1)、单位载荷量4 kg·m^(-2);将优化目标的模型预测值与试验值相比较,平均相对误差仅为6.6%,最大相对误差为7.4%。研究结果表明,基于响应曲面法建立的综合评分预测模型不仅可用于香菇热风干燥过程,还为提高干香菇的营养和感官品质提供理论指导。

物料-干燥箱一体化的香菇热风干燥模拟方法及应用

为了真实模拟香菇物料在干燥箱内的热风干燥过程,本实验开发了物料-干燥箱一体化的香菇热风干燥模拟方法,首先通过热风干燥试验探究香菇在不同工况下的干燥特性,得到不同空气温度、空气相对湿度和风速下的定工况条件下香菇干燥动力学模型;其次,为了可以预测任意变工况条件下香菇的干燥过程,推导适用于变工况条件下的香菇干燥动力学导数模型,并采用该导数模型计算得到任意空气温度、空气相对湿度和风速变化下的香菇液态水蒸发速率;然后将香菇内部液态水的蒸发速率与传热传质方程耦合,构建出物料-干燥箱一体化的数学模型,通过求解该数学模型可以得到干燥箱内任意位置空气温度、空气相对湿度、风速和物料水分比随时间的变化规律。最后,基于开发的物料-干燥箱一体化香菇热风干燥模拟方法,求解并分析干燥箱中香菇干燥的特性。结果表明,物料与干燥箱一体化的热风干燥数值模拟方法可以用于准确模拟大批量的香菇热风干燥过程。在干燥过程中,香菇整体存在明显的干燥不均匀性,且随着干燥过程的进行,不均匀程度逐渐降低;在空气流动方向上,越靠近干燥箱顶部或底部,香菇干燥不均匀性越明显;在横向方向上,越靠近干燥箱中部,香菇干燥不均匀性越明显。综上,本研究开发的香菇热风干燥模拟方法在干燥箱结构设计、干燥工艺优化和提高产品质量等方面具有一定的指导意义。

卷烟卷制质量的稳定性研究

为评价在制品加工过程中的质量稳定程度,提高卷烟卷制过程中的质量稳定性控制水平,以方差分析、统计假设检验等为手段,对卷烟的质量指标和过程参数进行差异显著性分析,以显著性水平来量化卷烟卷制质量的稳定程度。结果表明,卷烟卷制质量的波动根源主要来自于来料烟丝结构的差异;烟丝结构的差异主要为批次间的波动和机台间的差异。减少机台间来料烟丝结构的差异和批次间烟丝结构的波动可稳定提高卷烟的卷制质量。

内螺纹肋管内流动与传热的数值模拟

本文以空气为介质(Pr=0.698),通过数值模拟的方法在Re=600-2000的范围内对内螺纹肋管内周期性充分发展的层流流动进行了模拟分析,说明了不同Re、螺纹肋的旋转角度α、螺纹肋的牙数N8对速度环量、Nu、Nu和阻力系数的影响,并通过对Nu和速度环量之间的关系进行了分析,得出在内螺纹肋管内强化换热流动中决定换热强度的物理量一速度环量。

求解两相蒸发和冷凝问题的气液相变模型

为了更精确简单地求解两相流中的蒸发和冷凝问题,基于FLUENT中的流体体积(VOF)方法提出了一种气液相变模型,该模型适应于两相中一相为非饱和相,即处于过热或过冷状态,另一相为饱和相,即处于饱和状态.该气液相变模型中:非饱和相导热系数和比热容为真实的物性参数;假设饱和相导热系数等于0,饱和相比热容等于非饱和相比热容;界面处相变率仅由非饱和相决定.最后,通过一维Stefan问题相界面位置的分析解和二维膜态沸腾气相体积比的精确解,验证了该相变模型的精确性和可行性.文中工作为该相变模型的推广应用奠定了基础.

跨季节蓄热水箱温度分层模型的研究及应用

以精确数值模型的计算结果为基准,分析比较温度分层模型和均温模型,得出温度分层模型可以准确预测太阳能跨季节水箱蓄热供暖系统的性能,而均温模型的计算结果偏差较大。基于温度分层模型,以北京市某一供暖建筑为例,分析研究太阳能集热面积、水箱埋入土壤深度和保温材料厚度对系统太阳能保证率及各部分性能的影响规律,为太阳能跨季节水箱蓄热供暖相关实验以及示范工程的建立提供设计依据。

求解流动与传热问题的一种高效稳定的分离式算法—IDEAL

本文提出了一种求解流动与传热问题的高效稳定的分离式算法—IDEAL(Inner Doubly-iterative Efficient Algorithm for Linked-equations)。在IDEAL算法中每个迭代层次上对压力方程进行两次内迭代计算,第一次内迭代过程用于克服SIMPLE算法的第一个假设,第二次内迭代过程用于克服SIMPLE算法的第二个假设。这样在每个迭代层次上充分满足了速度和压力之间的耦合,从而大大提高了计算的收敛速度和计算过程的稳定性。本文通过2个三维不可压缩流动和传热的算例对IDEAL算法与其它三个被广泛使用的算法(SIMPLER、SIMPLEC和PISO)进行了比较。通过分析比较得出IDEAL算法在收敛性和健壮性上均优于SIMPLER、SIMPLEC和PISO算法。在这2个算例中IDEAL算法几乎可以在任意的松弛因子下获得收敛的解,并且IDEAL算法所需最短计算时间较SIMPLER算法减少12.9%～52.6%;较SIMPLEC算法减少48.3%～79.1%;较PISO算法减少10.7%～46.5%。

过程稳态分析在加料工序含水率控制中的应用

为科学评价烟草加工过程的工序能力,根据过程稳态的基本特征,以加料工序含水率控制为例,对烟草加工的全过程进行了系统的数理分析。结果表明:利用数理统计方法,剔除非稳态质量数据对SPC的影响,可对加工过程的稳态进行判定,准确评价加料工序的含水率控制水平,对稳态条件下的过程能力进行定性和定量的描述及评价。

烟草包装设计的历史发展与展望

【背景】烟草包装是品牌文化的重要载体,受控烟履约、绿色环保等法律、政策的影响。【目的】展望未来中国烟草包装设计的发展方向。【方法】通过对烟草包装的历史发展、国际趋势和国产卷烟的商标设计分析,概括了国产卷烟包装设计的既有特点,探讨了中国烟草包装设计的未来发展之路。【结果】(1)国产卷烟的包装设计具有时代特点、民族特征和文化包容性,支撑了中式卷烟品牌的群体崛起;(2)中式卷烟品牌系列化是以品牌名称为纽带的系列化,并没有完成品牌与规格间的文化协调;(3)国际控烟履约、绿色发展将持续影响中国烟草包装的设计方向;(4)国内控烟履约、绿色发展的政策、法律持续完善为国产烟草制品包装设计起到了重要的引领作用;(5)烟草平装的市场技术壁垒作用将对我国卷烟走向世界产生重大影响;(6)我国烟草包装的工业设计已达国际先进水平,未来的设计重点将是装潢设计的系列化水平提升。【建议】坚持民族特色为主,深化宏观策略研究,强化包装技术开发,提高商标国际“化境”能力,防范新型烟草制品技术壁垒,弘扬本土雪茄文化和提高追溯信息设计水平是未来中国烟草包装设计的重要方向。

液氨储罐泄漏扩散模型的改进研究

针对液氨储罐孔洞泄漏的实际工况,综合考虑泄漏及由于泄漏导致液氨闪蒸造成的罐压变化,以及储罐的许用压力,对其连续泄漏过程进行了分析,以此改进现有的泄漏扩散后果分析模型,获得较忽略这些因素更为严重的后果。最后针对灾难性事故发生前连续泄漏最大持续时间的影响因素进行了分析。结果表明,环境温度与初始罐压对其影响较大,是决定灾难性事故发生与否的重要因素。

隔板与保护层对球罐爆炸碎片连锁破坏概率的影响

依据塑性理论分析了隔板与保护层存在的条件下碎片抛射与破坏目标的过程,建立了碎片穿透隔板后三维体系内的运动方程,并以球罐为例,应用Monte-Carlo法模拟了隔板与保护层对爆炸碎片连锁破坏效应的影响规律。结果表明,隔板仅在其尺寸范围内阻止碎片的飞行,降低部分碰撞概率值;而保护层可占有较大的破坏概率,显著减少目标破坏的可能性。偏差分析显示,保护层对连锁破坏概率的降低程度超过了9 0%,为隔板情况下的2~3倍。碎片连锁破坏概率随保护层厚度的变化呈现指数递减关系。研究结果可为球罐防护措施的设计提供理论依据,为了降低多米诺效应出现的频率,应最大限度地避免罐体本身与碎片的接触。