大缸径柴油机燃烧系统优化模拟

为提高某缸径200 mm船用发电柴油机的燃油经济性,本文设计了活塞燃烧室和燃油喷射系统的升级方案并进行了模拟优化。升级方案提高了压缩比和燃油喷射压力,采用大径深比浅ω燃烧室配合158°喷油夹角喷油嘴。对不同方案下发动机的缸内工作过程进行了计算流体力学模拟,计算了高压指示功和放热率相位,分析了缸内温度、反应过量空气系数和速度分布及演化。模拟结果表明:升级方案能够提高发动机热效率。增加喷孔数并减小孔径,可以在保持NOx排放基本不变的条件下提高高压指示功4.5%,降低碳烟排放约60%。采用“平顶”浅ω燃烧室与158°喷油夹角喷雾配合,油气混合气快速进入余隙并形成逆时针的漩涡流动,能够加速油气混合和燃烧过程,提高热效率。

基于水光电力系统时序生产模拟模型的水光优化配比研究

基于考虑系统负荷、新能源发电出力等时序变化特性的时序生产模拟法,建立了水光电力系统时序生产模拟模型;从系统结构性、经济性、灵活性与可靠性方面综合确定最佳水光容量配比,并通过金沙江上游川藏段水光系统验证了模型的合理性。金沙江上游川藏段光伏电站与水电站出力具有较好的年内、日内互补特性;对于2030年水平年,考虑枯期水电留存,913.6万kW水电配套400万kW光伏的方案综合性能更优,其新增非水可再生电量约60亿kW·h。

一种新型可移动TEM喇叭辐射波模拟器的模拟优化

为改善基于TEM喇叭的辐射波模拟器的低频辐射特性从而展宽其辐射近场半高宽,首次提出了在指数型TEM喇叭上/下两个极板的端口加上2个金属直板、并通过倾斜金属板和并联电阻相连的新型可移动模拟器的设计方案。基于FDTD方法模拟分析了该新型模拟器的特性参数对其近场辐射性能的影响,并给出了优化后的模拟器及其阵列的辐射特性。计算结果表明:尺寸为6 m×6 m×6.24 m的优化后的新型模拟器在距离口面3 m的中心位置的辐射近场脉宽能达到18.95 ns,而达到相同低频辐射性能的常规模拟器尺寸为9 m×12 m×6.8 m。且与常规模拟器相比,优化后的模拟器的场峰值更大。与前人的研究相比,优化后的模拟器场在保持高峰值的同时,时域波形后延震荡的幅度与主峰的比值明显减小。优化后的模拟器2×2阵列模型的测试平面中心点场峰值最大,且在测试平面上满足6 dB均匀性要求的有效测试区最大;有效测试区在横向上范围最大的是2×2阵列模型,其次是2×1阵列模型;在纵向上范围最大的是2×2阵列模型及1×2阵列模型。

基于Aspen HYSYS的LNG接收站全流程模拟

以某LNG接收站为仿真对象,使用Aspen HYSYS流程模拟软件,选取PRSV方程作为物性计算方程,建立了接收站稳态模型。根据各个设备的运行参数,对接收站进行全流程模拟,得到了各物流、设备能耗等详细参数,并利用此模型分析了外输流量、温度和压力变化时对接收站各流程性能参数的影响。实验结果表明:该流程模拟可以完全满足各种复杂工况变化与调整的模拟仿真需求。

原油直接催化裂解UPC工艺过程模拟与反应参数多目标优化

原油直接催化裂解技术可以实现从原油到三烯(乙烯、丙烯、丁烯)、三苯(苯、甲苯、二甲苯)的一步跨越,对我国炼化行业的转型升级具有重要意义。以全馏分石蜡基中原原油(159~780℃)为原料,采用混合馏分结构与分子组成集总建模策略,对原油直接催化裂解制烯烃(UPC)反应过程进行建模与工艺参数校准,并基于工业试验数据验证了其准确性。以多产烯烃、控制焦炭生成为目的,利用NSGA-Ⅲ多目标优化算法对模型进行了优化,得到优化后的操作参数。采用优化后的操作参数,即在第一段预热闪蒸温度为194.32℃、第二段预热闪蒸温度为228.16℃、第一段提升管反应器出口温度为615.73℃、第二段提升管反应器出口温度为622.59℃的条件下,UPC工艺得到的乙烯和丙烯收率之和为53.367%,焦炭收率为8.311%。此外,由于现行税费体系燃料型工艺路线税收贡献明显高于化工型工艺路线,UPC工艺参数优化后,烯烃收率大幅度提升,燃料油收率大幅度下降,原油生产总值降低44.30元t。

卧式紧凑型旋流气浮装置旋流筒结构优化数值模拟研究

由于油田开发采出液含水率上升和海上平台空间的限制,亟需紧凑型污水处理设备用于对海上油田含油污水处理。对此设计了卧式紧凑型旋流气浮装置,通过Fluent数值模拟方法对该装置旋流筒区域的流场分布及油水分离性能开展了系统研究,探究了旋流筒结构、入口管径、含油污水入口速度和入口含油率等因素对油水分离效果的影响。结果表明,在入口管径为20 mm,含油污水入口速度为2 m/s时,采用导流叶片的旋流筒结构能获得较好的流场分布;含油污水入口速度越大切向速度衰减越严重;旋流筒在高度为100~300 mm时切向速度衰减较大,在高度为300~650 mm内衰减较小;相同含油污水入口速度下,增大入口管径能使旋流筒内油相体积分数增大;增大含油污水入口速度反而会导致旋流筒内油相体积分数减小;旋流筒内油相体积分数呈“U”型分布,且随入口含油率增大而增大,与入口含油率成正比。

某核设施主控室流场优化数值模拟研究

对3种不同进、排风方式的主控室内的气体动力学工况进行了三维数值模拟,模型采用标准K-ε双方程模型。模拟得到了主控室内不同高度截面的速度矢量、温度分布,以及整个空间流体流线走向等结果。通过比对国家标准GB 50019—2015《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》、EJ/T 938—95《核燃料后处理厂通风与空气净化设计规定》,综合速度、温度、湿度等影响因子最终认定送风口南北墙布置、回风口东西墙(各2个)对称布置、中心间距5.5 m时,气体分布均匀性最佳,气流速度0~0.3 m/s,满足控制室室内温度20~26℃、相对湿度30%~60%的要求,CFD用于某核设施主控室气流环境优化具有明显的指导意义。

基于改进络合铁法的含硫化氢尾气处理工艺模拟与优化

目的有效处理含硫尾气,确保装置“安、稳、长、满、优”运行。方法采用Aspen Plus V11软件基于Peng-Robinson热力学模型对改进络合铁装置的H_(2)S处理过程进行了全流程模拟,并根据Box-Behnken Design对其进行了响应面设计,得到了最佳H_(2)S脱除率及其对应的优化操作参数。结果此模拟流程能够较好地反映改进络合铁装置的实际运行情况,可以作为后续优化研究的基础模型。当循环溶液温度为47.2℃、循环溶液中Fe^(3+)质量分数为8.4100%、循环溶液体积流量为3.12 m^(3)/h、电解槽电压为0.64 V时,改进络合铁装置的H_(2)S脱除率高达99.999988%。此时,外排气中H_(2)S质量浓度为9.5 mg/m^(3),完全可以满足外排气中H_(2)S质量浓度不大于10 mg/m^(3)的约束条件;t检验结果表明,采用响应面法优化得到的预测值和验证值之间不存在显著差异,其准确度一致。结论该研究结果可为进一步提升含H_(2)S尾气处理水平提供准确、可靠的理论支撑和数据来源。

基于数值模拟的建筑设计优化研究综述

在双碳目标的背景下,对建筑物进行优化设计是实现节能减排的一个新途径;计算机技术的飞速发展,更使得建筑优化设计的效率有了很大的提升。为了更加全面地掌握基于数值模拟的优化技术在实际建筑中的应用现状,对优化研究的主要阶段进行了概括,归类分析了各类优化平台的优缺点,总结对比了各类优化算法的性能。分析发现,优化阶段主要分为预处理、优化、后处理3个阶段;优化工具根据开发目的分为三大类;常用的优化算法有:进化算法、无导数搜索算法、混合算法;并且当下的优化研究还有很大的空间值得探索与改进。

8 kA稀土电解槽单侧电导及阴极优化数值模拟

稀土电解槽导电板的分布位置对稀土电解槽的物理场会有影响,为探究稀土电解槽中导电板分布的最优位置,在本次仿真实验中为该导电板的分布引入一个等差数列的分布梯度,通过对不同分布梯度下的槽内物理场仿真数值进行比较,进而得到稀土电解槽导电板最优分布模型。在仿真过程中观察到阴极底部的尖角对实验结果影响较大,在其他条件保持不变的基础上将阴极底部由圆柱优化为半球形,通过与未优化的结构进行对比,验证新型电解槽结构的合理性。仿真结果显示:随着导电板由侧边位置向中间偏移,电解反应时槽内的温度与阳极电势基本保持不变,槽盖板与阳极间的电势差逐渐减小,槽内电流密度缓慢增大。当将阴极钼棒底部由柱状结构改为球状结构后,槽内电势分布更为均匀,电流密度相较于之前的结构也有所增加,优化后的结构能改善局部过热问题,同时也使得电解效率增大。

基于GIS和SWMM的西安市北郊片区排涝模拟与排水系统优化

为解决西安市北郊河道超载风险问题,通过SWMM和GIS技术构建管网-泵站-河道耦合模型,在不同设计降雨重现期(1、2、5、10、20、50年)下对该区域排水系统进行模拟,进而分析下游河道水位变化规律并提出雨水分流调配与调整泵站调度的协同优化措施。结果显示:在5、10、20和50年降雨重现期下,随着降雨峰值的到达,整个系统88%的排口都存在顶托现象,最长持续时间160min。在重现期为1、2、5和10年降雨条件下,协同优化的措施使得河道峰值流量分别下降了17.6%、4.9%、3.7%和2.6%,河道水位平均下降了35cm,排水系统的超载节点分别减少了16.7%、31.4%、34.2%和27.5%,超载管段的数量分别减少了25.0%、28.6%、30.8%和25.3%。

基于时序运行模拟的水火风光储互补系统电源优化配置

系统时序运行模拟是水火风光储互补系统电源规模优化配置的关键环节。对于水火风光储多能互补系统8760逐小时运行模拟,按照小时尺度构建的模型规模很大,直接求解困难。本文提出按时间尺度逐层分解、递进优化的高效求解算法,精确模拟系统全年逐小时调度运行过程。在此基础上,构建双层规划模型对由风电、光伏、水电、火电、抽水蓄能、梯级水电站混合式抽水蓄能和电化学储能等电源组成的并网多能互补系统的电源容量进行优化配置。将模型应用在青海省电网系统中,对风电、光伏、抽水蓄能电站和基于水电站的可逆机组容量进行优化,得到电源最佳配置方案。

基于数值模拟的通海阀铜合金铸件工艺优化

针对某船舶通海阀在铸造过程中易产生缩孔、缩松等缺陷问题,以Cu-7Ni-7Al-4Fe-2Mn合金通海阀铸件为研究对象,使用三维制图软件UG构建了铸件3D模型,并结合通海阀铸件的结构特性,设计了底注式浇注系统。利用数值模拟软件模拟了铸件的砂型铸造过程,分析了可能出现缩孔、缩松缺陷的位置,优化了通海阀铸件的浇注系统。研究了浇注温度、浇注时间、铸型预热温度等参数对铸件缩孔、缩松率的影响规律,结合正交试验方法优化出匹配的铸造工艺参数。研究结果表明,工艺参数对通海阀铸件缩孔率的影响程度从大到小依次是浇注时间、铸型预热温度、浇注温度。优化后的工艺参数分别为浇注温度1 200℃,浇注时间30 s,铸型预热温度35℃。通过在铸造缺陷较多的部位增大冒口尺寸,有效减少了缩孔、缩松铸造缺陷的产生。

基于响应面法的轻质尾翼均匀挤压成形数值模拟及模具结构优化

针对轻质镁合金尾翼正挤压成形金属流动不均匀和力学性能各向异性大的问题,提出一种可调控金属均匀流动的金属蓄料池模具结构。基于Deform-3D有限元模拟分析,采用Box-Behnken响应曲面法以金属蓄料池结构参数:深度h、池壁距尾翼芯部型腔长度D 1、池壁距翼片型腔长度D 2和池壁与翼片型腔之间夹角α为变量,建立出模口金属流速均方差和成形载荷与金属蓄料池结构参数之间的响应关系。响应曲面分析结果表明:最佳的金属蓄料池结构参数为h=7 mm,D 1=13 mm,D 2=6 mm,α=11°。采用优化后的模具结构参数进行模拟验证和物理试验,金属流动不均匀和力学性能各向异性均得到改善,并成功试制出形状尺寸和力学性能指标满足要求的尾翼形零件。

干气中冷油闪蒸工艺模拟与多目标优化

针对干气提浓装置能耗较高的现状,对最新的中冷油闪蒸工艺进行了研究。采用Aspen Plus软件进行流程模拟,使用改进的遗传算法(NSGA-Ⅱ),以年总费用(TAC)､CO_(2)排放量(E_(carbon))和碳二回收率(R_(C_(2)))为目标函数,通过罚函数法转化为无约束问题,对中冷油闪蒸工艺进行多目标优化,获得了Pareto前沿。统计后发现,半贫液与贫液质量比的变异系数仅为2.37%,可以使用平均值1.95来代表。最后使用优劣解距离法(TOPSIS)选取最优点进行对比,优化结果显示,相比于浅冷油吸收工艺,中冷油闪蒸工艺的R_(C_(2))上升3.09%,TAC下降43.75%,E_(carbon)减少41.77%。结果表明,中冷油闪蒸工艺在各方面性能均有大幅提升,且基于NSGA-Ⅱ算法的多目标优化方法能够发现更多的有益性结论。

响应面法优化老化油破乳脱水工艺条件及油水界面的分子动力学模拟

采用不同相对溶解常数的破乳剂对某油田老化油进行破乳脱水,考察了破乳剂种类和用量、助剂种类和用量、温度等因素对脱水率的影响,利用响应面法优化了工艺条件,并通过分子动力学模拟分析了破乳剂对油水界面的作用机制。在单因素实验的基础上,通过响应面法得到老化油破乳脱水的最优工艺条件为破乳剂C用量130 mg/L、温度75℃、助剂NaOH用量0.3%(w),该条件下老化油脱水率达86.57%。主要工艺参数对脱水率的影响从大到小依次为温度、破乳剂用量、助剂用量。分子动力学模拟结果表明,相对溶解常数最大的破乳剂C与老化油体系的界面生成能最高,在油水界面上的扩散系数最大,对老化油的破乳脱水效果最佳。

高压射流磨振荡反应腔CFD模拟及结构优化

目的:解决工业级高压射流磨(industry-scale microfluidizer,ISM)在实际应用中存在的进料要求高、处理量小、处理效果不佳问题。方法:结合CFD-PBM模拟和乳液制备试验对4种振荡反应腔进行选优,再通过尺寸优化获得最终腔型。结果:4种反应腔相比于原反应腔都拥有更大的孔径和流量;粒径细化效果为T字撞击型>T字—二次撞击型>十字撞击型>二分管型4种反应腔的分流管区均主要存在剪切作用力,撞击管区主要存在撞击作用力,射流管区主要存在剪切作用力和空穴作用力,以上3个区域均存在强湍流。对T字撞击型反应腔进行尺寸优化,得到最终的反应腔模型,其最小管径为0.7 mm,在120 MPa下流量可达878 L/h。优化所得腔型制备的乳液粒径为249 nm,与模拟粒径结果吻合良好。结论:T字撞击型反应腔更具粒径细化优势,撞击作用力是粒径细化的主要因素。

芳烃联产装置生产对二甲苯工艺的全流程模拟优化

[目的]为了整体把握对二甲苯(PX)全流程生产工艺状况并实现优化,利用Aspen Plus流程模拟软件建立了芳烃联产装置生产PX工艺全流程的稳态模型.[方法]以C8的富集和分离功能进行分区以简化建模过程,并以产品质量和能耗为目标对重要操作参数进行优化,然后利用Aspen Energy Analyzer对该工艺进行能量衡算和燃料气排放计算.[结果]所建模型的模拟结果与原工艺流程高度吻合,可对工艺流程进行操作优化;优化后重整稳定塔的塔顶压力为1.7 MPa,抽提蒸馏塔进料溶剂比为2.8,苯塔、甲苯塔、抽余液塔和成品塔的回流比分别为2.0,2.9,1.0和1.1;通过能量衡算计算出优化调整后的节能潜力达10.33%,预计节省能耗费用可达3 950万元/年;计算出全流程生产燃料气118万吨/年,若将其作为生产化工产品的原料而非燃料,即可减少572万吨/年的CO_(2)排放量.[结论]应用Aspen Plus流程模拟软件实现芳烃联产装置生产PX全流程的模拟和操作参数的优化,从全局能量优化和CO_(2)排放角度提出改进方案,可达到节能降耗的目标.

基于等几何法和模拟退火的复杂壳结构分析及优化

本文提出了一种基于等几何法和模拟退火的壳结构分析及优化算法,旨在提高复杂壳结构的CAD与CAE一体化设计效率。首先基于NURBS技术对薄壳结构进行适分析参数化建模,然后基于Kirchhoff-Love壳理论实现等几何分析。接着,基于模拟退火算法以壳体的几何参数为设计变量,以多项力学性能为目标函数进行优化,实现了等几何分析与智能优化算法相结合的壳结构分析与优化。最后,通过2个算例验证了该算法的有效性。相对于传统有限元方法,该算法具有高精度、高效率的优势。

干喷湿纺制备中空纤维膜的喷丝头结构优化模拟

在干喷湿纺法制备中空纤维膜的过程中,喷丝头作为关键的纺丝组件之一,其尺寸及内部几何形状对于聚合物分子链的取向和最终的膜形态有着重要影响,通过优化喷丝头结构有助于提高膜丝可纺性和产品质量。采用数值模拟的方法,建立三维喷丝头溶液流道模型,探讨了环隙直管长度、环隙间距、锥形流动角等流道结构参数对溶液在喷丝头内的剪切流动、出口挤出胀大以及气隙中拉伸流动的影响。模拟结果表明:纺丝液流经喷丝成型孔入口处的压力及压力降随着直管长度增加而增大,随环隙间距、锥形流动角的增大而减小,且环管流道越长,越有助于溶液流动充分发展;相比于直管长度,环隙间距和锥形流动角对溶液的挤出胀大行为影响更显著,随着环隙间距和锥形流动角的增大,挤出胀大现象减弱。直管长度和锥形流动角对气隙中的初生纤维外径分布影响不明显。增大直管长度和环隙间距、采用锥形环管,有利于增加膜丝取向度和强度、提高纺程中的流动稳定性。模拟优化得到的喷丝头结构为直管长度1.1 mm,环隙间距0.11 mm(即长隙比为10左右),锥形流动角大于30°。