不同结构气化炉激冷室气液两相流的数值模拟

针对目前工业用激冷室存在的粗合成气洗涤效果不佳、破泡器堵渣等问题,提出了改变液池直径与下降管直径之比、在床层内减少破泡条、调整单层破泡条节距等调整方案,基于双流体模型和群平衡模型对含破泡条的激冷室进行了三维CFD模拟,比较了70%、100%、110%负荷下的液相含率、速度分布、湍动能分布、涡分布、气泡直径分布等,结果表明:调整后激冷室中的气泡直径更小,洗涤效果更好,气液两相传质传热更加充分,且能适应不同负荷工况。

段塞流对弯管瞬态冲击的三维CFD数值模拟研究

在核电站和火电站管路系统中,来自上游的高压蒸汽可使管道中的凝结水团(段塞)加速运动,并在弯管、三通、阀门等非连续部位产生剧烈的冲击力,从而对管道造成严重破坏,影响电站的安全运行。针对管道中段塞运动的高维动力学特性,文章运用CFD对单个段塞在含弯头空管中的运动与冲击过程进行了三维数值模拟研究,并将数值模拟结果与文献中的物理试验结果进行了比较。结果表明,CFD模拟的冲击压力时程曲线及压力峰值都与试验结果具有良好的一致性。同时,基于理论分析,提出并详细论述了冲击过程中压力随时间变化的三种趋势,并通过数值模拟验证了其正确性;通过分析段塞长度的时程变化,得到了段塞的质量脱落率曲线;基于数值模拟得到的段塞瞬时冲击速度,验证了简化的冲击压力理论计算方法,发现理论计算值与试验以及数值模拟结果基本吻合。这证明了CFD数值模拟的准确性以及冲击压力简化计算方法的合理性,二者在实际工程应用中具有指导意义。

方孔蜂窝蓄热体内复杂传热的三维CFD研究

采用ANSYS Fluent软件建立了方孔蜂窝陶瓷蓄热体内非稳态流固耦合传热的单元流道模型;以低热值燃料蓄热式燃烧为背景,对蓄热体内烟气、空气与骨架间复杂传热进行了三维数值模拟;预测了各种蓄热体长度下空气预热温度、蓄热体效能和压力损失等热流体性能,并据此进行结构优化;在此基础上研究蓄热体变流量条件下的传热和流动特性。此外,借助温度云图对蓄热式传热机理进行了分析。

超微燃气透平非接触式密封的三维CFD数值分析

提出将螺旋密封应用于超微燃气透平气体介质密封.采用三维CFD数值计算方法分析了微尺度下无密封齿、迷宫密封和螺旋密封的泄漏规律及流场规律.结果表明:微尺度下迷宫密封最优齿数的存在与进、出口压比和密封间隙有关,而齿形对密封性能的影响没有宏观尺度下明显.在小压比下,密封轴转速对螺旋密封性能的提高明显,其泄漏减少量最高可达19.3%,因此螺旋密封显然优于迷宫密封和无密封齿;在大压比下,螺旋密封与迷宫密封的效果相当,均优于无密封齿.当压比为2时,迷宫密封的泄漏率比无密封齿降低27.1%.

一个基于双流体理论预测三维流化床内流动特性的数学模型(Ⅱ)液固体系流体动力学特性

将考虑拟平衡状态下颗粒与流体相互作用的附加力添加在基于双流体理论的动量方程中的数学模型,用于预报三维液固流化床内流体动力学特性。该模型主要特点是将表征颗粒离散属性的特征长度视为颗粒直径的同一数量级且只需曳力系数一个关联式来封闭控制方程。在商业软件CFX4.4平台上,通过增加用户自定义子程序考察了液体速度突变后水-颗粒(密度3000kg.m-3,粒径为2.5×10-3m)体系在长0.1m、宽0.1m和高0.5m流化床内时空分布特性。三维、X和Y方向中间截面上固含率的模拟结果表明:当液体入口速度增大时,床层表面和分隔界面均随时间呈上升趋势,且分隔界面呈现波浪状;当液体入口速度减小时,下降的床层表面和上升的分隔界面与时间呈较好的线性关系。对床层膨胀和收缩过程的动态响应时间进行了定量化模拟,其结果与Didwanla和Homsy的二维实验研究以及Gibilaro的一维理论分析相吻合。

一个基于双流体理论预测三维流化床内流动特性的数学模型(Ⅰ)气固体系散式或鼓泡流态化特性

将考虑拟平衡状态下颗粒与流体相互作用的附加力添加到基于双流体理论动量方程的数学模型中,用于GeldartA类物料散式流态化和B类物料鼓泡/床层塌落特性的三维数值模拟。该模型主要特点是将表征颗粒离散属性的特征长度视为颗粒直径的同一数量级且只需曳力系数一个关联式来封闭控制方程。在商业软件CFX4.4平台上,通过增加用户自定义子程序模拟了长0.2m、宽0.2m和高0.5m流化床内瞬态流动特性。为了检验数学模型的实用性和数值模拟的可靠性,首先考察了两种A类物料在表观气速为umf和1.5umf下的散式流态化特性,结果展示出床层均匀膨胀的固有属性。随后,考察了扰动对A类物料在网格尺度上的局部空隙率和固体速度分布以及在设备尺度上床层压降的影响,探索了B类物料在网格尺度上鼓泡和床层塌落以及在设备尺度上鼓泡过程中床层压降和塌落过程中平均床层高度和相界面标准偏差的动态特性。上述模拟结果与经典的Geldart理论、前人的实验或模拟结果相吻合,说明该模型可以用来预报三维气固流化床内A类物料散式流态化和B类物料鼓泡及塌落的时空特性。

YBCO超导带材二次冲击恢复过程的模拟及实验研究

YBCO超导带材失超后的快速恢复对于电阻型超导故障限流器(RSFCL)重合闸应对二次故障电流冲击至关重要。当前研究通常将电阻恢复视为带材恢复,在实际的盘式结构中存在复杂的微孔结构,一次冲击恢复至超导态时仍存在大量气泡滞留,影响带材的二次冲击恢复过程。针对典型的微孔结构建立了三维模型,采用CFD模拟并结合大电流冲击实验,对比分析了一次冲击恢复过程和二次冲击恢复过程中各项参数的变化。实验结果表明二次冲击过程中的峰值温度为162.9 K,比一次冲击高14.6 K,带材恢复至超导态需要1.88 s,比一次冲击延长0.63 s。模拟结果表明初始状态存在气泡滞留,二次冲击过程中带材温度上升更快,气泡量更多,温度横向分布更不均匀,最大温差达20.5 K。由此可见,超导态的恢复不能作为重合闸的标准,气泡场未完全恢复会降低限流器的安全阈值,危害系统安全,所以也应将气泡完全消散的时间作为实际运行中重合闸的参考时间。

气泡雾化喷嘴气液两相流体混合流动的数值模拟

利用ANSYS建立了气泡雾化喷嘴的三维模型,应用CFD技术模拟分析了不同气液比和喷嘴结构参数等因素对气液混合流动的影响.结果表明:建立的模型可有效模拟气液混合流动过程;气液混合流动中存在一个最佳气液比使气液混合最好;混合室长度越长不利于气液混合;小孔数目越多,产生的气泡越多;小孔直径较小,混合较好;进气直径大,进液直径小,出口直径越小,越有利于气液混合.

预燃室通道直径和形状对低速天然气双燃料发动机爆震的影响

基于三维数值仿真模拟研究了预燃室与主燃室之间通道直径及扩口型和缩口型等通道形状对发动机爆震的影响。研究结果表明:在爆震工况下,预燃室的通道直径越小则火焰射流冲击所引起的压力差越小,从而降低火焰面放热进一步产生的压力差增强效果,最终降低爆震强度。扩口型预燃室通道会减小初始压力差的强度,但是会产生火焰射流持续喷向主燃室的现象,该现象会持续增加压力差的强度,最终提高爆震强度。相反,缩口型预燃室通道可以减少这一现象的发生从而减轻爆震强度。

基于EMMS的循环流化床三维全循环CFD模拟

对于循环流化床内气固两相流动,三维全循环计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模拟是最直观可靠的模拟方式。然而,受计算资源和模型的限制,目前的模拟工作大多对构体进行简化,如仅考虑提升管段,或采用二维长方形代替三维构体,或对实际装置几何尺寸进行成比例缩小等等。对几何结构的简化,忽略了出入口、周向结构或返料装置等因素对流动行为的影响,因而计算结果不能准确反映真实流场。采用基于结构的多流体模型(the Structure-dependent multi-Fluid Model,SFM)耦合能量最小多尺度模型(the Energy-Minimization Multi-Scale model,EMMS)修正曳力,完全依据实验参数建立构体和设定边界条件,对中试规模循环流化床进行三维全循环动态模拟。计算结果表明,三维全循环模拟不仅能定性预测快速流态化中典型的上稀下浓和边壁浓中心稀的非均匀分布,定量对比颗粒循环通量、浓度和速度信息与实验值也吻合较好。由于三维全循环模拟不存在几何结构简化,能直接表征真实工况和流场,特别适合于结构复杂的大尺寸工业装置模拟。

基于BEM理论的兆瓦级风力机叶片设计及其气动性能

根据风力机设计标准,在考虑叶尖损失和升阻力等影响因素的条件下,采用BEM理论设计了2 MW桨距控制型风力机叶片。为验证所开发风力机叶片的气动性能,对风力机模型进行全三维CFD数值模拟。模拟结果表明,该叶片静压强、绕流特性、湍流强度等符合叶片气动特性规律,满足设计要求。叶片展向的升阻系数与二维升阻系数对比结果表明,全三维的数值模拟能更准确地反映叶片绕流的气动特性。

排风系统管路局部阻力的数值探究

通风空调系统中,经设计选型的送、排风系统在现场调试时会出现如下问题,风机压头相同的同一系统,送风工况容易调节出设计风量,而排风工况则可能难以调节到该状态,这表明较送风系统,排风系统除受到常见的沿程和局部阻力外,可能还受到其它局部阻力的影响。本文通过数值手段研究发现,排风系统由于受到吸入空气扰动等因素影响,导致其遭受更大的局部压力损失,造成理论计算的排风工况压头不足,难以调试出设计风量。

低压天然气喷射的船用二冲程低速双燃料发动机爆震研究

为了解决大缸径船用预混天然气双燃料发动机的爆震问题,并拓展天然气的稀燃边界,基于三维数值模拟的方法对大缸径船机进行了仿真模拟。分析了大缸径双燃料发动机爆震的特点,并对缸内涡流强度和废气再循环(EGR)率对爆震的影响进行了研究。研究结果表明:大缸径预混天然气发动机的爆震位置往往发生在气缸边缘,火焰面的传播过程是引起缸内爆震的主要因素。随着缸内涡流从无到有的增强,缸内的爆震强度随之增强;当涡流到达一定程度后,随着涡流的增强,缸内的爆震强度反而降低;缸内加入EGR可以提高天然气当量比的同时减少爆震的强度,可以拓展天然气的稀燃边界。

大流量进水工况下主隧系统水气运动特性

为给深层隧道排水系统工程的主隧系统结构设计和工况控制提供依据,采用数值模拟与物理模型试验相结合的方法,建立与物理模型体型结构相同,包含两竖井和相连主隧段的主隧系统三维数值模型,利用该数值模型对两种大流量极端工况下的进水过程进行三维动态数值模拟。结果表明:主隧系统在大流量下的进水过程可归纳为水流从两端竖井进入主隧,水流碰撞形成液面波并在主隧内相互碰撞叠加,主隧下游、上游侧端口先后被封堵,以及进流停止这4个阶段;进水流量主要影响主隧系统端口封堵程度、滞气现象和进水各阶段进程时间,流量越大,主隧端口的水流封堵、滞气现象越严重,进水过程各阶段进程时间也大幅缩短。