氧化铝蒸发工序用能分析及系统优化节能研究

利用火用分析方法建立氧化铝蒸发工序的能耗模型,运用火用效率等评价准则对工序的用能状况进行分析。基于"三环节"能量系统优化理论提出利用余热回收工序预热原液的能量系统优化方法,建立蒸发工序当前运行状态下能量回收用于预热原液后的系统能耗模型,并进行优化计算。研究结果表明:适当提高蒸发工序入口料液温度可有效降低新蒸汽消耗,从而提高氧化铝生产蒸发工序的用能水平。

基于神经网络的变截面再生冷却结构优化设计

针对目前再生冷却结构优化研究存在参数对比范围窄、依赖于经验关系式等问题,根据航空发动机燃烧室特点提出了一种变截面宽度再生冷却通道,并采用神经网络模型结合数值模拟结果,以通道出口燃油温度相对标准差、燃气侧最高壁温及壁温相对标准差为目标,预测了全参数范围内不同槽宽和、槽宽比及肋高下目标函数的变化规律。预测结果表明:当槽宽和较小时,增大肋高可以强化换热,但当槽宽和较大时,需减小肋高才能强化换热,这也揭示了为何有些文献中关于肋高对换热性能影响的结论会相反;此外,存在一个最佳槽宽比范围,可使得三个目标函数均最低;增大槽宽和可以明显降低燃气侧壁温及其不均匀度,减小肋高可以缩小不同管道出口燃油温度的差异。从预测空间内可选取多组综合流动换热性能较优的结构,优化后三组目标函数的加权值降低了9.09%。

基于神经网络的双轴向旋流器结构参数影响分析

针对目前航空发动机燃烧室旋流器研究工作中存在的研究变量单一、对比范围窄等问题,采用神经网络模型结合数值模拟结果,以有效流通面积、旋流扩张角、中心回流区宽度为目标,预测了不同叶片安装角、套筒扩张角、旋向组合等11项关键结构参数下目标函数的变化规律,并对各关键结构参数进行了敏感性分析。结果表明:有效流通面积主要受面积比及叶片安装角的影响,旋流扩张角及回流区宽度随各结构参数的变化趋势与相应研究文献一致,即旋流扩张角随套筒扩张角的增加而增大,随文氏管出口至套筒扩张段距离、一二级面积比的增加而减小;中心回流区宽度随套筒扩张角、各级叶片安装角的增加而增大,随文氏管出口至套筒扩张段距离的增加而减小;旋向组合对旋流扩张角与中心回流区宽度的影响相对较小。基于训练模型可选取多组符合优选条件的结构组合,优选组合中套筒扩张角均大于90°,一二级叶片安装角大多在40°上下,一二级面积比增加、旋向相反时,可选方案增加。

某型全环燃烧室点火特性试验

对某型全环燃烧室进行了模拟地面起动和高空状态下的点火性能试验,研究表明:着火及联焰油气比均随燃烧室进口马赫数的增大而减小;随着模拟点火高度增加,点火变得越来越困难,特别是在试验工况中的低进口马赫数状态下;着火、联焰边界对应的油气比均随换算参考速度的增加而减小,且符合幂函数的函数形式,通过拟合得到着火、联焰边界对应的油气比与换算参考速度之间的函数关系式,经与试验值对比,着火、联焰边界预估值的误差大多分别不超过10%和15%。

基于数值模拟的气液相界面积计算方法

相界面积对气液两相流中传热、传质、物理化学反应等动力学过程影响重大.为获取这一参数,提出一种根据两相流数值模拟结果计算相界面积的方法.此方法借鉴分段线性重构界面的思想,在各网格单元内以平面近似真实相界曲面,根据目标流体的体积分数及其梯度向量将网格内相界面形貌归为五类,进而采用不同的方法分别计算各类相界面的面积.在铜转炉熔池内两相流数值模拟结果分析中的应用效果表明:该方法能有效提取两相流体系中任意区域的相界面积,从而为体系动力学特征的定量分析提供依据.利用相界面积数据,进一步计算了氧气利用率并识别出熔池内'高效反应区',计算和识别结果与工程实际吻合,证实了该方法的准确性.

基于数值模拟结果聚类的两相流气体形态识别

气体分布形态对气液两相流中的传热、传质及化学反应均有重要影响,为从数值模拟结果中提取该信息,论文构造了一种阈值自适应的凝聚层次聚类算法,并提出了一种基于此聚类算法的气体形态识别方法。针对数值模拟结果数据量巨大的特点,论文还提出了一种"数据空间软分割-子空间分别处理-结果合并"的处理方法。利用二维、三维人造数据及实际数值模拟结果对本文方法的测试结果表明:即使在离散网格尺度不均一、部分网格单元有一定扭曲的条件下,论文方法仍可根据数值模拟结果高效地识别气液两相流中的气体的聚集形态(气泡/气泡群);数据空间软分割方法能有效地降低算法的空间复杂度,便于在大数据条件下的实现气体形态识别。

基于半经验耦合的贫熄边界预测方法

提出了一种根据FV(flame volume)模型与燃烧室热态仿真相结合的贫油熄火边界耦合预测方法。利用两种不同构型五个不同方案燃烧室的贫熄试验数据对此方法进行验证,结果表明:对于直流型燃烧室与回流型燃烧室,FV模型中的经验常数K分别取1.35和0.55时,能够保证各方案燃烧室的贫油熄火边界预测精度均在±20%以内。相比于Lefebvre模型,此方法的计算精度更高、适用范围更广。

燃烧室涡轮交互作用尺度自适应模拟

为了揭示燃烧室涡轮交互作用机理,采用尺度自适应模拟方法对某航空发动机燃烧室和燃气涡轮开展了跨部件联合数值模拟研究,分析了燃气涡轮导叶对燃烧室内部流场和温度场的影响、燃烧室出口速度分布和热斑对涡轮气动和传热的影响。结果表明:尺度自适应模拟方法在预测燃烧室和燃气涡轮部件性能方面具有较高精度,并能有效捕捉燃烧室及涡轮流道中的复杂涡系结构。同时,涡轮对燃烧室内部速度场的影响一直可以回溯至导叶上游0.3倍弦长的距离,燃烧室出口速度分布对涡轮内部流动、热斑对燃气涡轮导叶及动叶绝热壁温均有较大影响。