天然气气化炉内介质乙二醇非稳态耦合热流场研究

目的在天然气工业化应用中,液化天然气的高效气化是关键影响因素,为了在国家能源改革的大背景下,尽可能提升现有气化设备的运行效能,采用ANSYS Fluent软件对一种采用乙二醇作为中间载热介质的天然气气化炉内非稳态耦合热流场进行数值模拟。方法通过深入研究天然气气化炉传热传质机理,在总结前人研究仅考虑对流换热情况不足的情况下,将辐射换热加以考虑,构建出大空间非稳态自然对流及介质参与性辐射耦合传热模型,通过天然气加热、传热流动试验装置,对边界条件进行实验校准,验证数值分析模型的正确性。结果中间载热介质为乙二醇的气化炉运行时长达到2.0 h后,传热量趋于稳定,内部热流场不再发生明显扰动,表明气化炉进入稳定运行阶段,此时炉内整体加热效率仅为87.35%,其中介质参与性辐射占总传热量的27.01%,气化炉底部形成了范围较小的低温带,表明该工况下其内部运行存在难以消除的流动死角。结论在本文设置的工况下,大筒体天然气气化炉内部流场分布情况不佳,气化炉的加热效率和启动时间有待进一步优化,炉内主要换热形式仍是自然对流,但不可忽略介质参与性辐射对总传热的贡献。

基于二维非稳态导热模型的蓄热式加热炉炉长研究

实现了一个钢坯加热二维非稳态导热模型,并基于该模型对蓄热式加热炉的设计特别是有效炉长的确定进行了研究。计算结果与工程数据的对比表明,计算结果是准确可靠的。该模型及由此给出的蓄热式加热炉参考炉长,对蓄热式炉的设计,特别是对确定蓄热式炉的炉长具有指导作用。

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。

真空热试验中红外笼对伞状天线非稳态加热过程数值仿真

文章针对真空热试验红外加热装置计算机辅助设计中的非稳态过程模拟问题,以一种较为复杂的伞状天线结构为例,以红外笼作为加热装置,对真空热试验环境下的加热过程进行数值仿真研究。采用红外笼的等效加热面模型简化仿真模型,使计算负荷可以达到工程应用的水平,同时满足模拟精度的要求。数值仿真与试验数据对比证明,所采用的计算方法可以为红外笼等红外加热装置的设计提供准确的非稳态加热过程模拟。

天然气加热炉内介质水非稳态耦合热流场研究

设计制造高效节能的加热气化设备是油气工业中迫切需要解决的问题。本文深入研究天然气加热炉传热机理,开创性地构建了大空间非稳态自然对流及介质参与性辐射耦合传热模型,求解水作为中间载热介质的天然气加热炉内非稳态耦合热流场,并通过天然气加热、传热流动试验平台,对边界条件进行试验校准并验证了数值分析模型的正确性。结果显示,加热炉内流场不均,整体循环不佳,加热炉的启动时间为2.5 h,加热效率仅为83.5%,介质参与性辐射占总传热量的24.5%。显然,传统加热炉结构有待优化,且介质参与性辐射影响不可忽略。

高温超高压釜加热过程的预测模型与研究

高温超高压釜是油田射孔器材检测装置的主要设备 .由于其超高压的特殊工艺条件以及多层介质的复合传热 ,使得釜内油温的控制变得十分复杂 .为此建立了高温超高压釜体到釜腔内液压油的非稳态传热模型 .通过计算机仿真 ,分析了其温度场的分布状况 ,为油温的高精度控制方案的设计提供了参考依据 .

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 。

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.

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。

蓄热式加热炉钢温预报与炉温优化设定研究

在分析新型蓄热式钢坯加热炉的炉型结构与炉温制度特点的基础上,基于钢坯在炉内受热辐射和钢坯内热传导的机理,设计了二维非稳态导热钢温预报模型,并给出了适用该模型的炉温优化策略.该模型能够对出炉钢坯进行网格化钢温预报,具有精度高,通用性强,能够实现炉内钢坯温度分布的在线预报的特点.仿真研究表明,所提出的炉温优化策略能较大地提高钢坯的加热质量.

加热炉内板坯粘塑性下桡变形的研究

在加热炉内 ,由于高温及重力作用 ,板坯两端的悬臂将产生下桡变形。悬臂越长 ,下桡将越大 ,导致悬臂下桡部分与出口端墙相碰 ,影响出料而造成事故。本文对加热炉内板坯的下桡变形进行了分析计算。首先 ,建立了板坯的二维非稳态导热模型并用有限差分法计算了炉内板坯随时间的温度变化 ;然后建立了板坯悬臂粘塑性变形模型 ,用有限元法计算了高温条件下由重力引起的悬臂的下桡变形。由此理论模型计算出的板坯抽出温度与悬臂端下桡量与实测结果吻合良好 ,说明该理论模型及模型计算方法是正确的 ,可用于对装钢生产进行指导。

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。

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。