太阳能热气流发电系统非稳态数值模拟

对太阳能热气流发电系统及蓄热层中的传热与流动特性进行了数值模拟。建立了集热棚、烟囱以及蓄热层内部的传热流动数学模型,分析了太阳辐射对蓄热层蓄热性能的影响。计算结果表明:土壤具有热惯性和较强的蓄热作用;蓄热层表面平均温度和烟囱出口平均温度随时间有一个较大的波动,且蓄热层表面平均温度的波动幅度更显著;蓄热介质的平均温度及系统散热量随时间波动,采用双层玻璃或薄膜材料可减小集热棚顶棚能量损失。

置换通风房间负荷及通风效率的非稳态数值模拟及分析

利用CFD商业软件-FLUENT,采用Realizable k-ε双方程湍流模型和非稳态数值模拟的方法,对某一置换通风房间在夏季室外综合温度和室内热源共同作用下的计算日冷负荷及室内温度场进行了分析.在数值模拟时,用多孔介质模型处理人员区,用离散坐标(DO)模型计算辐射换热.计算结果表明,置换通风房间具有热分层特性,该房间工作区最大负荷只有全室负荷的不到57%,通风效率随时间变化且在最大负荷时刻附近达到最大值约1.77.

密炼机部分充满流场的二维非稳态数值模拟

以两相流模型为研究对象,利用流体力学软件FLUENT的流体体积函数(VOF)模型和动网格技术,对部分充满密炼机内的丁苯橡胶胶料-空气两相流动进行二维非稳态数值模拟,对胶料空间分布和不同区域的流场进行了详细分析。结果表明,利用VOF模型可以较真实地模拟出胶料自由界面的动态变化,得到胶料-空气两相的瞬时分布;密炼机部分充满时胶料受到转子剪切后在密炼室壁上黏附形成胶料层,转子背后形成空隙,较容易实现物料的传递和交换;适当的填充系数能够使转子棱推进区总是充满物料,且能提供较高的剪切应力使填料聚集体破碎分散;在转子背后形成不被胶料占据的空隙,扰动胶料的层流流动,并促进胶料的运动、反转和交换。

建筑物绕流的非稳态数值模拟研究

建筑物绕流是一种典型的钝体绕流形式,而钝体绕流通常具有非稳态流动特征,本文主要工作是对建筑物绕流的非稳态流场进行数值模拟研究。首先采用了RNG k-ε模型对方柱绕流进行非稳态数值模拟研究,通过与实验以及大涡模拟结果进行比较,发现RNG k-ε模型可以获得满意结果;接着又对一种典型的建筑物绕流形式进行数值模拟研究,分别采用了稳态和非稳态模拟方法,模拟结果表明了采用非稳态数值模拟方法可以获得与实验以及大涡模拟更为接近的结果。

离心泵自吸过程的气液两相流非稳态数值模拟

选取一种常用的立式外混式自吸离心泵作为研究对象,运用非稳态数值模拟手段,探索自吸离心泵起动后气液两相流动的瞬态过程。研究采用了接近真实自吸情形的设置,选取一段吸入管路充满空气作为模拟计算的初始条件。计算得到了自吸泵内气液两相分布、压力分布和速度分布与时间的关系,叶轮入口和泵出口处气液相流量随时间的变化规律,由此可估算自吸时间。计算发现泵吸入和排出气量的时间主要集中在泵起动的初期,叶轮入口和泵出口处的瞬时含气率分别可达到30.9%和20.2%。此外,蜗壳开孔起到分流排气的显著作用,孔口排气量占整个蜗壳排气量的20%～25%。本文所采用的模拟方法和结果对于研究自吸泵自吸过程和自吸性能,具有一定的理论和工程价值。

涡旋式流体机械非稳态数值模拟及泄漏流动分析

结合动网格技术建立了包含径向间隙与轴向间隙的涡旋流体机械三维非定常数值模型,对其在不同压比下的流场和性能进行模拟计算,并采用性能实验对模型进行验证。结果表明径向间隙泄漏的速度远大于轴向间隙的泄漏速度。径向间隙内的泄漏为紊流而轴向间隙内的泄漏为层流,最大泄漏量均发生在排气开始后。对不同转角下径向间隙泄漏量进行了计算和分析,并与喷管模型的泄漏量计算结果进行对比确定了修正系数。当泄漏间隙两侧压比高于临界压比时,径向间隙内最大马赫数大于1而轴向间隙内最大马赫数小于1。该研究将为预测和降低间隙泄漏量,提高涡旋流体机械的性能提供理论依据和手段。

U型地埋管三维非稳态流固耦合换热数值模拟研究

利用商用CFD软件Fluent6.3对U型地埋管三维非稳态流固耦合换热问题进行研究。为减少计算资源,首先对流场计算采用稳态计算方法,待流场计算收敛后,再单独对流固耦合换热非稳态温度场进行计算。比较了多层土壤结构与土壤物性参数加权平均后单层土壤结构的换热差异,结果表明换热差别在6%左右;研究了不同流速下,U型管的出口水温变化、不同截面处的换热量以及平均换热量,探讨了热短路现象发生的可能性,最后讨论了不同井深情况下的U型管的换热特性。论文的研究工作对今后U型管简化计算提供必要的依据。

叶栅式反推力装置开启过程的三维非稳态数值模拟与分析

针对涵道比为8的涡扇发动机叶栅式反推力装置,计算分析了反推力装置运动部件在不同运动控制规律下的开启过程对外涵流场、风扇背压、阻流门受力等影响。结果表明:在反推力装置开启过程总时间一定时,随着阻流门开始旋转的时间点向后推移,风扇背压的脉动强度增大,而阻流门受到的气动载荷会减小,存在折中的阻流门开始旋转时间点,即移动外罩开启1/3后阻流门开始旋转;开启反推力装置总时间变化对风扇背压脉动强度和阻流门受力的影响较小;紧急停飞状态下开启反推力装置,风扇背压脉动强度最大值达到20%,超过允许值,而阻流门所受到的最大气动载荷达到4 500N,相当于正常开启反推力状态下的4倍以上。

启停炉工况下循环流化床锅炉非稳态传热模拟与分析

应用经典数值传热学理论,对循环流化床锅炉启动和停炉过程炉体的温度分布进行了数值模拟,并根据运算需要对锅炉的传热以及物理模型进行了必要简化;通过与实际运行数据的对比,对模拟结果及误差进行了分析,并提出了优化途径.

室内热羽流特性小波分析及数值模拟方法比较

通过室内热羽流实验和计算流体力学数值模拟研究,比较了不同热羽流强度下的轴心速度和不同湍流模型对计算结果的影响。实验中高频采样的热羽流速度数据采用小波变换进行处理,处理后体现平均速度变化的低频信息和体现湍流脉动的高频信息直观反映了热羽流流动的特征。实验结果表明,热羽流具有非稳态准周期的波动特性。物体表面温度越高,产生的热羽流平均速度和湍流脉动幅度越大。数值模拟结果表明,非定常雷诺时均法的模拟结果最终趋于稳定而无法反映热羽流的波动特性,大涡模拟方法能够较好地反映热羽流流动的非稳态特征。此外,隐式格式时间步长的选择可以借鉴CFL(Courant-Friedrichs-Lewy)条件进行设置,得到较为准确的模拟结果。

非能动余热排出热交换器数值模拟

用FLUENT软件对AP1000非能动余热排出热交换器进行非稳态数值模拟,研究其传热和流动特性。通过比较分析同一时刻不同位置温度场和流场的分布,以及不同时刻同一位置温度场和流场的变化,对该热交换器的传热过程和自然对流情况有了较深刻的认识,有助于分析其自然循环能力,为非能动余热排出系统的有效运行提供参考。

培养箱内部热流场的数值模拟及开关门过程的影响

基于CFD软件Fluent,对某种新型二氧化碳培养箱及其工艺参数,建立气体流动、传热的数学模型。对其内部的流动、传热进行非稳态数值模拟,并对开关门过程的影响进行分析。结果表明:培养箱打开外门5s内,外界空气对箱内温度影响不大;打开玻璃门25s内,外界空气对箱内温度影响区域顺序分别为从门框附近到箱体内部,从箱内下部到上部,从开门位置的左壁面到已开启的外门一侧的右壁面附近区域;关闭外门后,箱内靠近背壁面以及右壁面附近区域温度的恢复效果较好,靠近门附近区域的温度较难恢复。

自吸泵自吸过程气液两相流数值模拟分析

自吸泵的自吸过程是一个很复杂的气液两相混合流动与分离过程。本文利用非稳态数值模拟方法模拟自吸泵自吸过程,初始条件为进水管及出水管含有部分空气,然后估算自吸时间。模拟结果表明:泵吸气和排气主要集中在自吸初期,期间叶轮入口和泵出口气含率最高分别可达62.4%和45.3%;叶轮入口气含率变化较泵出口气含率变化剧烈;此外,叶轮与导叶间隙对自吸性能有影响,间隙与自吸时间呈负相关变化,说明较大的间隙有利于泵的自吸。

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。

住宅厨房油烟污染现场测试与数值模拟

针对典型高层住宅厨房,现场监测了烹饪条件下(抽油烟机关闭)中国妇女平均工作呼吸区(距地面1.4 m)各污染物(CO_2、CO和TVOC)浓度以及温度随烹饪时间的变化特性。介绍一种评价住宅厨房通风效果的新方法。通过选取距地面1.4 m测点为研究对象,利用FLUENT仿真模拟厨房油烟污染过程;选取不同排烟量,监测各项污染物浓度随烹饪时间变化,将各污染物的浓度与现行规范标准比较分析,结合我国目前城市居民建筑形式和特点,推荐住宅厨房合理排烟量应为300 m^3/h。

自然循环换热器壳侧传热及流动的数值模拟

为分析换热器的求解模型和内部结构的不同对传热和流动特性的影响,用等效自然循环换热器的模型进行多种变换。用Fluent软件对等效模型进行非稳态数值模拟,研究其传热和流动特性。通过比较分析不同模型的温度场和流场的变化,对该换热器的传热过程和自然对流情况有较深刻的认识。结果表明:自然循环换热器的传热管内外温差较大,且流动较复杂,选用湍流模型计算更为合理;传热管位置的不对称性,引起左右两侧传热和流动的不对称性,使得流体相互影响,增强了自然对流作用;传热管的形状由直管变为C型弯管,结构的复杂性在一定程度上增强了流体温度分布和流动的不规则性,使得湍流强度增加,致使换热效果得到改善。

运用CFD-DEM耦合模拟计算离心泵内非稳态固液两相流动

对于泵内固液两相流数值模拟,一般方法是将固体颗粒相视为拟流体,采用多相流的CFD方法进行计算,但这难以体现固体颗粒形状大小、碰撞、凝聚和分离等特性。本文以工程中常用的IS型离心泵作为研究对象,运用DEM离散元法结合CFD方法,采用EDEM-Fluent耦合,模拟计算离心泵内非稳态固液两相流动,探索泵内固体颗粒群运动规律及其对外特性的影响。计算采用的固体颗粒密度为1500 kg/m3,泵入口固相体积率为15%,粒径在1.0~3.0 mm范围内随机变化。计算得到了固液两相泵随时间的外特性变化,包括泵扬程、泵内固体颗粒体积的变化规律;得到了泵内固体颗粒群的运动轨迹和固相体积率分布等有价值的结果。

模态转换时间对模态转换过程的影响

利用动网格技术对外并联TBCC进气道在Ma2. 1定马赫数下的不同模态转换时间(50 ms,100 ms,1 s)的模态转换过程进行了非稳态数值模拟,得到了正向模态转换(涡轮通道由开到闭)和反向模态转换(涡轮通道由闭到开)中进气道冲压通道的起动特性以及起动状态与不起动状态的相互转换过程。结果表明:正向模态转换过程中,模态转换时间越短,冲压通道由起动状态变不起动状态时涡轮通道关闭越多;反向模态转换过程,模态转换时间越长,冲压通道越容易由不起动变起动。

基于热管技术的PRS水池自然对流传热特性分析

为了提高二次侧被动余热排出系统(PRS)的冷却能力,使其不再局限于72小时安全时间,提出了一种基于分离式热管技术的PRS水池长期冷却方案,并通过数值方法研究了72小时内采用分离式热管的PRS水池的自然对流特性、管束的瞬态传热特性以及布置方式的影响。研究表明:在热负荷15 MW下,水池内的平均水温在启动初期会出现短暂的峰值,稳定后该非能动冷却系统可成功带走池内衰变热并保证池内平均温度维持在361.67 K;在启动过程中,首排蒸发管最大传热功率与稳定时相差了51.2%,稳定时所有蒸发管最大传热功率差距为27.8%;当蒸发管束布置在外弧面附近时,总传热功率最大且管束间的传热差距最小。

高低温环境试验箱冷负荷敏感性分析

在高低温环境模拟试验设备中,一般通过冷负荷结合压焓图来进行压缩机选型,准确计算冷负荷对于制冷系统的节能具有重要意义。由于在高低温试验箱中主要的降温热交换过程是通过空气的强制对流来完成,一般的稳态传热过程很难对冷负荷进行精确计算。在防爆实验箱的设计中,为保证箱体的耐冲击性,往往采用较厚的箱体内壁厚,这就为制冷系统冷负荷的确定带来一定难度。本文以某防爆环境试验箱为例,通过自动微分算法,分析了稳态传热计算中冷负荷对22个箱体设计变量的敏感性,得到了影响冷负荷最大的5个设计变量,同时通过全箱体的三维非稳态对流换热CFD计算,验证了主要设计变量对降温过程的影响。结论证明,箱体内壁厚是重要的降温负载,其壁厚对冷负荷影响十分显著。