地下水人工回灌颗粒沉积特征试验——基于回灌水温度与颗粒电荷影响

分析地下水人工回灌过程中颗粒的沉积特征以及影响沉积的多种因素,搭建地下水回灌物理试验系统和颗粒沉积过程CT扫描检测系统,在此基础上构建与地下水回灌试验系统内砂柱对应的数值模型,用于分析回灌水温度、回灌颗粒电荷和回灌水头对颗粒沉积的影响权重,从而将回灌水温度和回灌颗粒电荷与回灌水头纳入同一评价体系中。结果表明:对于地下水人工回灌过程中颗粒沉积来说,回灌水头影响最大,回灌水温度的影响不可忽视,在地下水源热泵等水温变化幅度较大的工程场景中,回灌水温度的影响超过了回灌水头,回灌颗粒电荷的影响较小。研究成果拓宽了对地下水回灌颗粒堵塞和颗粒沉积影响因素的认知,有利于在地下水回灌工程的设计和运行过程中合理规避颗粒堵塞的影响。

矿热炉烟道颗粒沉积机理的数值研究

为了探究RKEF工艺中颗粒形状及尺寸对烟道颗粒沉积率的影响,基于计算流体力学(CFD)和Det Norske Veritas(DNV)理论,建立了烟道中炉气-颗粒气固两相的多尺度的颗粒沉积模型,精确预测了烟道中颗粒的沉积位置和沉积质量,并通过数值模拟来探究烟道内的沉积率与颗粒大小及形状之间的关系。

采动裂隙缩径后端抽采气流中煤岩颗粒沉积规律研究

井孔瓦斯抽采过程中抽采气流所携带的煤岩颗粒易在采动裂隙内沉积,严重降低了井孔瓦斯抽采流量,掌握裂隙内颗粒沉积特性是提高井孔瓦斯抽采流量的重要基础。开展了含缩径的裂隙内颗粒运移沉积实验,研究了抽采气流影响下颗粒在越过缩径后的颗粒沉积床演化规律,分析了抽采气速和缩径特征参数对采动裂隙缩径后端颗粒沉积规律和抽采局部阻力的影响。结果表明:裂隙缩径后端颗粒沉积床呈现2种演化规律;当颗粒沉积床沿气流方向呈“V”形分布时,颗粒沉积床沉积高度呈现先快速增大后缓慢减小的演化规律;当颗粒沉积床沿气流方向呈“?”形的颗粒沉积床时,沉积高度呈现先缓慢增大后缓慢减小的演化规律;此外,随着裂隙内颗粒床的发展,裂隙缩径后端的局部阻力变化可分为初期稳定阶段、快速发展阶段和最终稳定阶段;初期稳定阶段演化时间随抽采气速的增大或缩径比减小而缩短;快速发展阶段演化时间随抽采气速的增大或缩径比增大而缩短。

矿热炉烟道中颗粒沉积特性的数值研究

为了精确揭示烟道中颗粒沉积特性,基于计算流体力学(CFD)和JKR理论,结合多物理场耦合多相流条件下,建立了烟道中炉气-颗粒气固两相的多尺度的颗粒沉积模型,用于精确预测烟道中颗粒的沉积位置和沉积质量,并探究烟道内的颗粒沉积率与烟气温度和烟气流速的关系。

微米荷电颗粒在光滑玻璃表面沉积实验研究

为分析静电力对荷电月尘在光滑玻璃表面碰撞沉积过程中的影响,建立了荷电微米颗粒碰撞沉积实验系统;考虑极–板电压、颗粒粒径和玻璃试样倾角等影响因素,研究了2~13μm荷电颗粒的光滑玻璃表面沉积机制。实验结果表明:由于静电力作用,相同粒径颗粒的沉积量随极–板电压增大而增加;相同电压下颗粒的沉积量随粒径减小而逐步增大,平均粒径2.15μm的颗粒在14 kV电压荷电状态下,与0 V极−板电压下的沉积量相比增加了114%;相同粒径颗粒的沉积量在极–板电压小于6 kV时随玻璃试样倾角增大而减少;在30°~60°倾角范围内,45°玻璃试样荷电颗粒的沉积量增幅最大。研究结果可为航天探测器月尘防护设计提供参考。

湖相细粒沉积岩颗粒微观力学特征及类型划分——以鄂尔多斯盆地上三叠统延长组7段页岩为例

细粒沉积岩蕴藏着丰富的油气资源,为了研究细粒沉积岩颗粒微观结构及力学特征,以鄂尔多斯盆地上三叠统延长组7段细粒沉积岩为例,开展了扫描电镜观察和纳米压痕实验分析,据此研究细粒沉积颗粒的几何特征和微观力学性质。研究认为:用粒径、扁平度、棱角性、硬度和弹性模量5个特征参数,可将细粒沉积岩划分为粒度+棱角型、扁平度+棱角型、扁平度+棱角+弹性模量+硬度型、弹性模量+硬度型、棱角+弹性模量+硬度型和粒度+棱角+弹性模量型6种主要颗粒类型;接着,根据颗粒类型的相对含量,进一步将颗粒类型划分为5种组合类型;最后,分析了细粒沉积颗粒类型与矿物类型之间的耦合关系。细粒沉积岩颗粒微观分类方案的建立,有助于理解细粒沉积岩微观结构特征,预测地质“甜点”空间分布,对细粒沉积岩的油气资源评价和效益开发具有重要的理论和科学意义。

温度对撞击器内颗粒沉积粒径影响的研究

微颗粒的性质几乎与颗粒的粒径紧密相关,为研究气溶胶粒子特性,需获取颗粒粒径分布信息.惯性撞击器是一种基于惯性原理实现大气中不同粒径颗粒沉积分离的装置,在实际使用过程中,经历复杂多变的环境.文章利用拉格朗日多相(LMP)模型对撞击器内的气-固两相流动进行数值模拟,使用有限体积方法(FVM)研究了在绝热和换热两种情况下,气溶胶温度变化(-40℃~60℃)对颗粒沉积率的作用,并分析其对颗粒粒径分离的影响.结果表明:在壁面绝热情况下,随着气溶胶温度的升高,颗粒沉积位置由冲击板中心向边缘发散,颗粒收集效率逐渐降低,颗粒收集数量减少;在气溶胶和壁面换热情况下,随着气溶胶温度的升高,大颗粒沉积位置由冲击板中心向边缘发散,颗粒收集效率降低,小颗粒正好相反.此外,不同气溶胶温度下的颗粒收集效率曲线存在一个交点,交点两侧大小颗粒的收集效率随温度的变化情况相反.通过研究温度对撞击器颗粒收集的影响,可以对颗粒分径结果进行修正,获得更精确的粒径分布.

矿热炉水冷型烟道中颗粒沉积的模拟研究

介绍了为研究矿热炉水冷型烟道中颗粒沉积行为的分布及特性,采用计算流体动力学(CFD)技术对矿热炉水冷型烟道内烟气沉积行为进行了模拟。采用RNG k-ε湍流模型计算了流场,并采用离散相模型(DPM)和JKR理论相结合建立了颗粒沉积的判断准则,对矿热炉水冷型烟道中的颗粒沉积进行了模拟研究。结果表明,当烟气温度由873.15 K升高至1273.15 K时,入口段、Ⅰ段和三通段的沉积速率对比于其他管段沉积速率有着明显的增大,入口段沉积速率由0.12 g/s增加至0.98 g/s,Ⅰ段沉积速率由0.11 g/s增加至0.88 g/s,三通段沉积速率由0.11 g/s增加至0.45 g/s。

微颗粒在人体上呼吸道中运动沉积的数值模拟

为了揭示在人体上呼吸道中气流和微细颗粒的运动沉积规律,采用数值分析方法进行了研究.在广泛参考各种上呼吸道模型的基础上,建立了一个新的完整的从口腔-咽-喉-气管-支气管的三维几何模型.采用RNGk-ε模型描述气体的流动,并在拉格朗日框架下追踪颗粒运动.计算得到了模型内详细的流场和颗粒在不同部位的沉积情况,结果表明,颗粒沉积率主要取决于气流流速与颗粒惯性大小.为了验证模型的合理性与结果的正确性,将不同工况下颗粒沉积率的数值计算值与实验数据进行了比较,结果发现两者较吻合.

撞击流气化炉内气固两相流动与颗粒附壁沉积数值模拟

对多喷嘴对置式气化炉内复杂的气固两相流动与颗粒附壁沉积进行3D数值模拟。采用Realizable k-ε湍流模型计算炉内气相湍流流场,应用Euler-Lagrange模型模拟气固两相流动,颗粒轨迹跟踪采用随机轨道模型。根据液态排渣气化炉本身特点,描述炉壁熔渣流的形成过程,建立适用于液态排渣气化炉的颗粒附壁沉积模型,模拟结果与实验值吻合较好。模拟结果表明,数值模拟再现了撞击流气化炉内分区流动的情况;射流撞击使颗粒在气化炉内分布较为均匀,撞击中心和撞击流股区域浓度略高;颗粒在炉壁沉积基本覆盖整个气化炉,不存在局部积渣;当气化炉操作压力达到4.0MPa时,渣口气流夹带颗粒量有所提高,气流流速的增大而提高,颗粒停留时间缩短,影响碳转化率。

气溶胶颗粒在人体上呼吸道模型内沉积的实验研究

目的研究气溶胶颗粒在人体上呼吸道模型内的沉积规律,探索有毒气溶胶在人体上呼吸道的致病机理。方法采用ABS材料制作人体上呼吸道实验模型,搭建人体上呼吸道内气溶胶颗粒沉积的实验台,开展不同呼吸流量(30、60 L/min)条件下不同粒径(0.3、6.5μm)的气溶胶颗粒在人体上呼吸道模型中的沉积实验。结果不同呼吸流量下不同粒径气溶胶颗粒在人体上呼吸道模型内沉积模式趋势一致,在咽部、喉部和气管部位沉积较多,且喉部沉积最多。结论呼吸流量对模型内气溶胶颗粒沉积率影响较大,大粒径气溶胶更易沉积到模型中,惯性碰撞和湍流强度是气溶胶颗粒沉积的主要机制。

人体上呼吸道模型内气流和颗粒沉积的大涡模拟

为探索人体呼吸道内的气体流动和颗粒的运动沉积规律,建立了一个从口腔到前三级支气管的三维几何模型,采用大涡模拟方法计算了此复杂几何结构内的气体流动,并在拉格朗日框架下研究了颗粒的运动现象.讨论了在呼气和吸气过程中不同横截面的流动分布规律,统计了在不同工况下颗粒在呼吸道模型内各部位的沉积率.分析结果表明,不同级气管横截面的流动结构存在很大差异,颗粒沉积率主要受到呼吸强度与颗粒惯性的影响.为验证模型和模拟结果的正确性,将模拟得到的沉积率和文献中的实验数据进行了比较,两者吻合良好.

颗粒趋壁沉积的直接数值模拟

气相采用直接数值模拟方法、颗粒相采用拉格朗日轨道模型方法对摩擦雷诺数为180的充分发展槽道内Stokes数为1～10^4的颗粒趋壁沉积现象进行了研究。研究表明，惯性颗粒在湍流涡的作用下趋向壁面运动，并以一定速率沉积。在“吸收壁面”条件下沉积速率首先随着颗粒弛豫时间增大而增大，在弛豫时间大于100时，沉积速率保持不变。

基于网格冻结法颗粒沉积形态对纤维介质过滤特性的影响

为研究不同操作条件下颗粒沉积形态对纤维介质过滤特性的影响,采用计算流体动力学中的网格冻结法来处理运动边界,使动态边界计算问题简化成固体边界问题,利用该方法定性地描述纤维介质表面颗粒的沉积形态,并利用数值模拟的方法计算不同斯托克斯数St、不同沉积颗粒数和不同颗粒沉积形态下纤维介质的过滤效率。研究结果表明:在一定范围内增大St可以显著增加纤维介质的过滤效率;颗粒在纤维表面的沉积有利于提高纤维的过滤效率,并且在颗粒沉积的初期作用显著,而在其沉积的后期,过滤效率增幅相比初期会大幅降低并呈平缓趋势;同时,与迎面过滤颗粒有较大接触表面积的沉积形态,有利于纤维介质对颗粒的捕集。

错流过滤中由颗粒沉积模型对滤饼厚度的分析

膜过滤过程中污染物颗粒会不断在膜表面沉积从而形成滤饼,其所带来的通量下降使膜过滤效率下降.为分析微粒在沉积过程中的机理与影响因素,以单个微粒的受力为基础,建立了过滤过程中滤饼厚度的方程式,为尽量降低膜过滤阻力提供了理论参考.

颗粒物粒径对EGR冷却器沉积物及换热效率的影响

通过一台高压共轨涡轮增压柴油机,对4种相同规格、不同换热芯管长度(140、180、220和260,mm)的冷却器进行颗粒物沉积试验及换热效率测试,结果表明:连续运行240,min后,EGR气体中小粒径颗粒物(D_p≤5,nm)在4种不同长度换热芯管中的减少率均为100%,,中等粒径颗粒物(5,nm<D_p<50,nm)减少率依次为:73%,、54%,、70%,和71%,,大粒径颗粒物(D_p≥50,nm)减少率依次为:-171%,、-8%,、-3%,和11%,;换热芯管长度为140,mm的单位长度换热效率提高,而换热芯管长度为180、220和260,mm的单位长度换热效率基本保持不变.沉积物表面的扫描电子显微镜(SEM)扫描结果显示,同一换热芯管的上游到下游沉积层表面逐渐形成"沟壑"并不断扩大,且不同长度换热芯管随管长增加,其出口处沉积层表面的"沟壑"也逐渐增加.

考虑进口旋流的涡轮静叶流动传热的颗粒物沉积效应

为了掌握颗粒污染物在航空发动机涡轮中的迁移规律,研究高温涡轮部件中颗粒物的沉积效应,采用数值模拟方法,结合用户自定义函数和动网格技术,在航空发动机真实运行条件下针对高压涡轮第一级静叶,研究了涡轮进口旋流对颗粒物迁移及沉积规律的影响,对比了不同颗粒物温度下叶片表面的沉积特性,并详细分析了颗粒物沉积前后叶栅通道中流场结构、出口气动损失及叶片表面换热系数的变化规律。结果表明:进口旋流对颗粒物的迁移规律及沉积特性改变十分明显,并使得相邻叶片表面的沉积分布规律不再相同;颗粒物温度仅对沉积效率有影响,不会改变颗粒物在叶片表面的沉积规律;颗粒物沉积后,由于叶栅通道面积变窄,主流马赫数会有所提高,再加上叶片型线发生改变,叶栅出口的气动损失明显增大;在存在进口旋流时,颗粒物发生沉积后,叶片表面的换热系数并不一定会增大,主要由进口旋流和叶片沉积物的综合作用决定。

粗糙流道微细颗粒物沉积特性的数值研究

应用Weierstrass-Mandelbrot（W-M）分形方程构建了均方根粗糙度为0.5mm的壁面,采用欧拉-拉格朗日双向耦合方法,对粒径范围为0.1-20μm的球形固体颗粒在风速范围为3-7m/s的粗糙流道内的沉积行为进行了数值模拟,研究了粗糙流道内的颗粒沉积特性。结果表明：粗糙结构在近壁区间生成一系列湍流涡,可大幅提高微小颗粒（无量纲弛豫时间τ＋〈1）的沉积速度,但粗糙结构对较大颗粒（τ^＋〉1）的沉积速度影响较小;风速的提高增大了近壁区间内的湍流涡速度及湍动能,可增大dp≤5μm的颗粒的沉积率,但对于dp≥10μm的颗粒,提高风速会使其沉积率下降;减小壁面粗糙度可作为减弱PM2.5沉积速度的有效手段。

飞灰复燃对炉内颗粒沉积状况的影响分析

实际工程表明,采用飞灰复燃技术对锅炉进行改造,可以减少飞灰所带走的燃料损失,提高锅炉效率,但飞灰回收复燃给壁面颗粒沉积状况也带来了影响。采用FLUENT模拟了SZL15-1.25-AⅡ型双筒链条蒸汽锅炉炉内燃烧,对比分析了采用飞灰复燃技术前后炉内壁面颗粒沉积状况。模拟结果表明,飞灰复燃对锅炉顶墙、前墙及后墙的颗粒沉积速率影响较大,其中飞灰复燃提高了顶墙和前墙的颗粒沉积速率,降低了后墙颗粒沉积速率,而对锅炉前后拱的影响很小可以忽略。减小飞灰入射质量流量或调整飞灰入射角度为水平偏下,均可以降低颗粒在水冷壁的沉积速率,有利于炉膛与水冷壁间的传热。

可吸入颗粒污染物在下呼吸道运动和沉积规律的数值模拟

为研究受慢性阻塞性肺病影响的呼吸道内气固流动特性,建立了基于Weibel模型的5～8级三维肺部模型.气相采用标准k-ε湍流模型,颗粒相采用离散颗粒模型.三级呼吸道内模拟的气固流动特性与实验结果进行了对比验证.在呼吸强度为30,60和90 L/min条件下,模拟了稳态、非稳态吸气时第7级内侧呼吸道受慢性阻塞性肺病影响收缩和非稳态正常呼吸道内的气固流动特性,分析了颗粒沉积形式和沉积率.通过对比发现:呼吸道内变形使前后级沉积范围缩小,对侧沉积范围扩大;使前级同侧和后级的沉积率下降,对侧和同级外侧的沉积率增加;并使更多的颗粒在收缩处产生沉积,使原本阻塞的呼吸道愈发狭窄.