基于CFD的LNG储罐瞬时大风环境数值模拟研究

为分析不同大风风速下储罐迎风侧和背风侧压力分布情况和风场特点,采用k-ε湍流模型,建立液化天然气(LNG)储罐区瞬时大风环境模型。利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对LNG储罐风环境进行模拟,利用软件分析模块生成储罐压力云图和风速矢量图。研究结果表明:LNG储罐在迎风侧承受压力高于背风侧,压力呈现对称分布;储罐前端与两侧易产生气体漩涡,但总体速度曲线较为规律,无混乱复杂的速度曲线。研究结果可为LNG场站抗灾韧性增强、极端大风天气应急疏散路径规划等多方面提供理论参考,对LNG储罐区安全建设具有重要指导意义。

基于CFD的惰性密封箱室内气溶胶运动规律的数值模拟研究

目前,最有前景的快堆乏燃料后处理方法是干法后处理技术,利用该技术操作物料时,整个工艺过程必然会伴随有放射性气溶胶的产生,为了有效的安全性评估、安全性分析、事故溯源等,需要掌握气溶胶颗粒在惰性密封箱室内的运动规律。本文利用CFD技术对惰性密封箱体内气溶胶颗粒进行运动规律的分析与研究。结果表明:绝大多数颗粒沿着流场方向运动,在出口壁面有部分颗粒残留;壁面粗糙度数值为0.4μm,可以有效地降低颗粒在壁面的沉降。本文的研究结果为惰性密封的手套箱及热室的设计提供相关的理论依据及数据支撑。

基于CFD数值模拟的环形大跨度屋盖结构抗风可靠性研究

针对环形大跨度屋盖结构的抗风可靠性进行分析时,可采用CFD数值模拟的方法。本文首先介绍了这种分析方法的基本原理和分析模型的构建步骤,包括几何模型的建立、网格划分、边界条件设置、数值求解及后处理分析,分析了环形大跨度屋盖结构的特点、抗风需求、影响因素。在此基础上,本文重点探讨了CFD数值模拟在环形大跨度屋盖结构抗风可靠性方面的应用。通过对风场流动特性及结构响应的分析,评估了结构的抗风可靠性,并进行了结果验证与误差分析,希望能够为环形大跨度屋盖结构的设计与优化提供一定的参考。

基于CFD数值模拟的输油离心泵选型技术与应用

以某石油企业选型设计的780型离心泵为例,开展CFD数值模拟工作。结果表明,离心泵的扬程随着进口流量的增大逐渐降低,而效率随着进口流量的增大呈现出先增大后降低的趋势,但与石油企业最初的选型需求吻合。分析离心泵出口流量变化对扬程和效率影响趋势的原因,为设备选型工作提供技术参考。

基于CFD的海洋平台桩基冲刷的数值模拟研究

洋流对桩基的冲刷可能导致海洋风电平台结构失稳。因此,需要深入研究洋流对桩基周围的冲刷过程,探索不同桩基直径在洋流下的冲刷规律。文章设计了2.4米、3.5米、4.0米直径的桩基,对桩基和流场进行多尺度的网格划分,通过CFD实验研究了不同直径的单桩基础周围的海床冲刷问题。仿真实验结果表明,当桩基直径增大时,如果冲刷水流速度不变,冲刷孔的深度会增加。根据仿真试验结果,提出了预测风电桩基周围冲刷深度的经验公式。

基于CFD的机械随动调节高度控制阀数值仿真

机械随动调节高度控制阀是列车悬挂控制装置的核心部件,其性能的好坏直接影响系统能否稳定工作。在设计过程中,采用CFD对其进行仿真计算,通过对其流场特性的分析,可以验证其流量特性是否满足系统需求。针对机械随动调节高度控制阀内部气体流动特性,建立了机械随动调节高度控制阀流场仿真模型,利用Fluent分析了机械随动调节高度控制阀阀口在不同开度下的流场特性,研究结果为机械随动调节高度控制阀流量性能指标试验提供理论支撑。

进出口流道对轴流泵性能影响的数值模拟分析

冷却剂流态是影响核主泵装置工作性能的重要因素,而进出水流道的结构影响着进出水流态。在保证叶轮和导叶结构不变的情况下,探究不同的进出口流道结构对泵水力性能的影响。本文基于SST k-ω湍流模型和SIMPLEC算法,使用三个常用的商业计算流体力学软件对采用不同入口弯管、蜗壳和出口直管的轴流泵进行网格无关性分析和全流域稳态数值计算。经计算,两个模型的外特性参数一致,流量特性曲线几乎重合,且轴流泵的进出水流态相似。不同商业流体力学计算软件得到的曲线和云图的趋势一致,各软件计算误差均在5%以内,证明本次研究中进出口结构改型对泵的水力性能没有产生明显的影响。

基于CFD流场模拟的大型卧式反应釜结构研究

近年来,加压浸出湿法冶金工程在向更大规模的发展道路受到了配套装备大型化带来的技术制约。为了适应加压浸出工艺关键核心设备-卧式反应釜的规模大型化发展,更好地保证该设备在使用过程中的可靠性与高效性。本文采用CFD流体模拟软件,针对某项目使用的300立卧式反应釜,研究其在不同长径比下的流场分布情况以及搅拌器功率消耗大小与长径比的关系。研究表明适当增加长径比有利于改善水平方向的流场特性,减小长径比有利于改善垂直方向的流场特性,减小长径比有利于搅拌功率的降低。当长径比取1.08或1.13,能够有效提高卧式反应釜内的反应效率,降低成本和系统能耗。

等螺距螺杆真空泵内气体流动的数值模拟研究

应用计算流体力学(CFD)方法对螺杆干式真空泵进行数值模拟计算,建立了针对螺杆干式真空泵流场的分析方法。对泵腔中流动区域进行三维建模,采用SCORG和ANSYS-ICEM软件对转动域和固定域分别进行了网格划分,利用瞬态模拟方法得到了泵内压力场、速度场和温度场的分布情况,并计算出抽气速率等参数。网格无关性分析结果与理论数据对比表明数值模拟结果可靠,符合预期。

猴子岩水库色玉滑坡涌浪灾害链CFD–DEM耦合数值模拟

滑坡涌浪是一种常见的地质灾害现象,由于滑坡体与水体之间存在复杂的流固耦合作用,使得传统的单一介质模型无法进行准确求解。为此,介绍一种基于计算流体力学方法(CFD)与离散单元法(DEM)的流固耦合模型CFD–DEM,采用计算流体力学方法(CFD)求解水体流动,采用离散单元法(DEM)模拟散粒体滑坡运动,充分利用不同计算模型的优势,对滑坡及涌浪演进过程进行数值模拟分析。首先,利用该耦合模型对Robbe–Saule开展的颗粒堆积体坍塌–涌浪试验进行了相同工况下的数值计算,从颗粒坍塌运动过程、涌浪高度演化过程等方面进行对比,结果表明模拟结果与试验结果吻合很好,验证了CFD–DEM流固耦合模型的有效性。然后,将该方法应用于四川省猴子岩水库色玉滑坡–涌浪灾害的演进过程分析,重现了该事件滑坡失稳运动、涌浪产生及传播、涌浪爬升、涌浪回流的全过程,计算结果显示:计算得到的电站进水口处涌浪高度与实测数据较为接近;色玉滑坡从失稳运动至静止堆积的持续时间约为20 s,颗粒平均速度最大达到16.12 m/s;滑坡引起的涌浪约在滑坡失稳10 s后传播到对岸,之后开始沿坡面向上爬升,最大爬升高度达到27.32 m。研究表明CFD–DEM流固耦合模型能够很好地应用于模拟山区河谷大规模滑坡涌浪灾害,可为库区防灾减灾提供高效的技术支持。

基于DPM模型的高速列车转向架区域风雪流数值模拟

为分析高速列车转向架区域积雪结冰分布规律,采用三维非定常雷诺平均(unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes,URANS)数值模拟方法及离散相模型(discrete phase model,DPM)研究高速列车转向架区域的压力分布、流场流线、雪粒子运动轨迹及积雪堆积情况,并通过对比数值计算与风洞试验结果,验证数值计算方法的准确性。数值计算结果表明:转向架区域由于受气流冲刷,轮对、电机、制动钳夹等突出部件在迎风侧出现明显正压,背风侧则为负压;空气流经转向架迎风侧时会向上扬起,进入转向架的轮对、电机、制动钳夹等关键部位,空气流经转向架背风侧时会冲刷转向架区域的设备舱后端板;空气中的雪粒子不仅具有随动性,还具有惯性,会随气流运动到转向架轮对、电机、制动钳夹等关键部位,并在惯性作用下黏附在其上;积雪堆积主要集中在轮对、电机、制动钳夹以及端板等部件底部迎风区域,而在转向架顶部和背风区域堆积较少。从而得出结论:风场的数值计算结果与风洞试验观测结果具有较高一致性,适用于转向架区域积雪结冰研究;在转向架迎风侧,雪粒子对于气流的跟随性较强,雪粒子的运动轨迹与流场流线分布相符,随气流冲刷至转向架,容易形成积雪结冰;在转向架背风侧以及转向架上方区域,雪粒子对于绕流的跟随程度减弱,不易形成积雪结冰。

基于CFD-DPM的陶瓷料浆喷雾干燥过程数值模拟

针对陶瓷料浆喷雾干燥过程中干燥塔内气固两相流动及传热传质复杂,温度场、速度场、湿度场、颗粒直径分布等难于测量问题,基于CFD方法,采用DPM模型描述陶瓷料浆颗粒运动轨迹,构建陶瓷料浆喷雾干燥过程二维轴对称数学模型,并进行了数值模拟。搭建喷雾干燥试验装置,开展了陶瓷料浆喷雾干燥实验,实验测得颗粒直径分布、颗粒湿含量与模拟结果吻合,验证了该模型的有效性。陶瓷料浆喷雾干燥过程数值模拟得到了干燥塔内空气湿度、速度、温度分布,以及颗粒的运动轨迹、湿含量情况,可为陶瓷料浆喷雾干燥塔的优化设计提供理论指导。

高铁站房虹吸雨水系统消能井井盖压力数值模拟研究

我国部分高铁站房虹吸雨水检查井出现了在暴雨情况下井盖“起舞”现象,存在严重安全隐患。为了解决此问题,通过对我国数个高铁站房消能井存在问题的调研,以及现行规程对消能井做法要求的研究,以计算机模拟计算(CFD)技术为载体,数值模拟了某站房虹吸雨水消能井井盖的压力变化情况,分析了消能井排气措施对消能井井盖压力的影响。模拟结果表明:当暴雨强度较大时,虹吸雨水出户管内夹杂大量的空气,如果消能井未采取排气措施,空气会滞留在消能井内部,造成井盖承受压力增大,存在井盖掀翻风险;在消能井采取排气措施后,井盖所受气压减小,井盖掀翻风险可以消除。

大倾角工作面采空区均压-注氮联合防火数值模拟研究

以峻德煤矿93172大倾角外部漏风工作面为例,研究大倾角外部漏风采空区均压参数合理性以及对注氮防火的影响。采用Fluent数值模拟方法对采空区进行流场分析,充分考虑位压的影响,合理设置工作面和采空区进回风口及漏风口压力边界参数;建立了“L”形大倾角采空区冒落分布模型,进行采空区“恰当均压”,“欠均压”,“过均压”数值模拟,探究不同均压工况的采空区自燃三带分布,同时探讨了采空区均压注氮的合理参数选择。结果表明:“恰当均压”的采空区自然氧化带宽度最短;注氮防火应在“恰当均压”条件下进行,否则将会极大降低采空区惰化效果,徒增注氮量。研究结果对现场科学制定均压-注氮联合防火措施提供理论指导,同时压力边界参数设置方法为大倾角工作面采空区均压-注氮联合防火相关数值模拟研究提供科学参考。

基于CFD数值模拟的射流微泡浮选机气泡发生器的设计

为研究气泡发生器结构对其物理参数的影响,以ZWF6500型射流微泡浮选机气泡发生器为研究对象,通过CFD数值模拟,研究了气泡发生器空气入口数量、喷嘴直径、喉管直径以及喉管位置等结构参数对气含率、矿浆射入量、充气量以及充气速率等物理参数的影响。结果表明:空气入口数量、气含率无明显影响,但是在一定的入料压力下,单个进气口有一个极限的进气量;在一定的入料压力下,矿浆射入量只受喷嘴直径的影响,而且喷嘴直径越大,则矿浆射入量越大;气泡发生器喷喉比对气含率的大小至关重要,气含率随喷喉比的增大而增加,且在增加到一定程度后,气含率达到极限,不再随着喷喉比的增加而增加,甚至会出现气含率下降;喉管位置的影响主要体现在充气量,随着喉管位置的升高充气量和气含率呈现先上升后下降的趋势,即有一个最佳的喉管位置使得气含率最大。该研究为气泡发生器结构优化提供了基础数据。

基于CFD模拟的滁州农宅改造设计研究

近年来,随着国家乡村振兴战略的不断推进,农民的居住环境得到了充分重视,农宅的绿色改造逐渐成为关注的焦点。以安徽省滁州市某农宅为例,在进行实地调研分析现状问题后,对其进行被动式太阳能设计改造,针对被动房的传热过程构建物理模型,采用CFD模拟技术,对农宅冬季与夏季室内热环境进行模拟。模拟结果满足预期设计目标,验证了设计改造的可行性。本研究解决了农宅现存问题,设计方案可为该片区农宅提升改造提供参考,并为相关研究提供一定的理论依据与技术支撑。

二维机翼遭遇气流颠簸的数值模拟研究

尾流间隔缩减方法的最终目标是根据机场上空风场以及前后机配对,实时计算两机尾流间隔。由于进近阶段背景风场环境复杂,为达成这一阶段目标,有必要针对不同背景风场,对前机的尾流场进行研究。论文选择气流颠簸这一近地面常见风结构进行CFD数值模拟研究,观察NACA4415二维翼型在遭遇气流颠簸时的流场结构并对其现象进行了解释。模拟结果说明飞机在遭气流颠簸时二维机翼受垂直方向周期性波动的流场会加快尾流涡量场的断裂。在机翼后方会产生随周期上下波动的湍流,湍流强度在向后发展过程中横穿流线会导致湍流强度的降低。在经过机翼后,机翼后缘附近流线方向主要受机翼前缘与来流夹角影响,约两倍弦长后受背景风场影响扬起或落下,周期与来流周期一致。

基于泡沫携液实验的压降携液量CFD数值模拟

为了研究流体动力学(CFD)方法对泡沫排水采气的可行性及在实际井筒中的流动规律,通过分析直井在不同质量分数泡排剂的流型、压降和携液量,得到最优泡排剂质量分数,基于室内实验模型建立相同的CFD物理模型,并对多相流模型(Eulerian模型、VOF模型和Mixture模型)和紊流模型(Reynolds Stress、k-ε和k-ω模型)进行优选得到最适合泡沫排水采气的数学模型,最后在实际井筒温度压力条件下进行CFD模拟得到流型压降携液量规律。结果表明:泡排剂质量分数为0.3%时携液效果最好;优选得到的最优CFD数学模型为“VOF+k-ω”,模拟结果与实验结果对比,压降、携液量误差均在10%以内;在实际井筒条件下,随着温度和压力增至40℃和15 MPa,液、气量分别低于0.2 m^(3)/h、30 m^(3)/h时,流型转为弹状流,压降增加1.8倍,携液量减少0.72倍,泡排效果减弱。该计算方法计算简单、准确性高,可以为泡沫排水采气工艺技术的高效实施和方案优化提供理论指导。

基于CFD技术的旋风分离器数值模拟研究

旋风分离器在石油化工、环保、医药等行业有广泛的应用。研究颗粒在旋风分离器内部的运动状态十分困难,目前常见的方法有实验法、理论分析法以及计算流体力学法(CFD)。通过Ansys Fluent软件,建立数学模型,通过数值计算的方式,对旋风分离器的内部流场以及分离效率进行模拟。流场模拟中选择雷诺应力模型,模拟过程采用欧拉-拉格朗日模型计算颗粒的运动轨迹。模拟结果为:旋风分离器外部流场总体呈现螺旋向下的趋势,内部流场为螺旋向上的趋势,二者在交界面达到切向速度最大(16m/s);固体颗粒的分级效率曲线接近“S”形,存在一段陡升阶段,在10~20μm范围内,颗粒粒径对分离效率存在显著影响;适当地缩短升气管的插入深度可以提高旋风分离器的分离效率,但同时也会增大压降。选用硅胶进行了旋风分离实验,实验与模拟结果一致。

基于CFD模拟的医院感染楼室内压力分布优化分析

以某医院感染楼为例,运用计算流体力学(CFD)模拟的手段,对其病房层的三区压力分布进行了模拟,验证了通风系统整体的合理性。在清洁区、半污染区、污染区交界的位置选取一定数量的取样点,读取压力值,分析压力梯度,对比分析“病房—缓冲室—医护走道”在2种不同建筑布局下的压力梯度情况,找出满足最佳使用效果的建筑布局;以污染区医护走道为例,通过模拟分析送风和排风2种通风方式的压力云图,阐述单个房间与其相邻房间在压力值上呈现出的关联性。