同轴旋转可压缩气流中黏性液体射流形态研究

采用射流线性稳定性分析方法,考虑液体黏性、周围气流的同轴旋转运动以及可压缩性的条件下,建立了描述同轴旋转可压缩气流中黏性液体射流的数学模型,并进行了验证,研究了气流量纲为1旋转强度以及流体物性对液体射流不稳定形态的影响.研究表明:周围气流的旋转速度较小时,对射流起促稳作用,继续增大气流量纲为1旋转强度,开始对射流起促分裂作用;且随着气流旋转强度的增大,射流扰动沿周向方向发展,射流柱变的高度不对称.在研究参数范围内,气体可压缩性和气/液密度比均能促进射流的失稳,并会影响射流空间形态,尤其是在周向方向上能够改变射流的占优模式,增强射流的不对称性;液体黏性以及表面张力对射流均具有增强稳定性的作用.

气流床煤气化熔渣流动行为参数预测模型的研究进展

煤的灰熔融特性和黏温特性是气流床(EFB)气化炉能否顺利排渣的2个关键指标。EFB气化炉内的化学反应处于高温高压湍流多相反应的苛刻条件下,通过试验获取熔渣流动行为参数困难大,建立能够预测该参数的模型至关重要。在分析煤的灰熔融特性参数(灰熔融温度、全液相温度)、黏温特性参数(黏度、临界黏度温度)及影响参数因素的基础上,阐述了回归分析法、软件预测法(FactSage、LAMMPS)、数学建模法(反向传播神经网络、支持向量机)和离子势预测法4种预测方法的原理及步骤,对灰熔融特性参数和黏温特性参数构建预测模型进行了系统综述,最后归纳了4种预测煤灰流动行为方法的优缺点及应用范围。基于煤灰成分及其微观结构,结合热力学和动力学模拟软件,采用数学模型优化流动性参数,从而建立最优预测公式,对指导EFB气化过程中熔渣流动行为的准确预测具有重要意义。

离心式气流分级机不同湍流模型流场模拟结果分析与对比研究

利用数值模拟方法计算离心式气流分级机内部流场的强旋流动,分别考察标准k-ε模型、RNG k-ε模型、雷诺应力模型这3种湍流模型的模拟结果。结果表明:雷诺应力模型计算结果与实测值数据吻合较好,标准k-ε模型和RNG k-ε模型计算结果与实测值偏差较大,可以采用雷诺应力模型模拟离心式气流分级机的流场特性;选用适当的湍流模型对离心式气流分级机内部流场进行模拟,可以更准确地预测强旋流速度场的分布特点。

转杯纺分梳排杂区气流场的多维数值模拟对比

为探讨转杯纺分梳排杂区二维与三维模型气流场数值模拟结果的准确度与差异性,采用COMSOL仿真模拟软件建立分梳排杂区的二维与三维几何模型,对气流场进行数值模拟并进行比较。结果表明:与二维模型模拟结果相比,三维模型输纤通道出口处速度高,分梳腔速度、压强与湍动能分布更均匀,且排杂区的气流与湍动能分布结果更加准确;引入杂质颗粒后的运动结果也证明,三维模型中大部分杂质颗粒随气流运动及时排除,仅有少部分杂质进入输纤通道内,对流场细节和颗粒分布情况的模拟展现得更加准确直观,适合指导实际生产与优化转杯纺机构的设计。

热防护材料烧蚀模型的研究进展

对国内外热防护材料烧蚀模型的研究进展进行了综述。首先介绍了非涂层类和涂层类材料的热化学烧蚀模型,然后阐述了发动机内防护材料受颗粒和气流侵蚀的模型,最后讨论了飞行器外防护材料的机械剥蚀模型。分析表明:热化学烧蚀模型主要基于体烧蚀和表面烧蚀守恒方程,但现有表面烧蚀方程中缺乏对气流侵蚀和机械剥蚀的描述,体烧蚀方程中也未能体现炭层的多孔介质特性;颗粒和气流侵蚀模型中,一般将临界孔隙度作为炭层破坏的判据,建立表面剪切应力和孔隙率的经验关系式;机械剥蚀模型中,普遍将现象与侵蚀机制结合,未考虑材料内部性能演变和破坏机制。未来有必要重视飞行器外防护涂层材料的研究,建立更为精准的气流侵蚀、力学剥蚀模型,并与热化学烧蚀模型耦合。

基于三维数字模型和CFD的通信机房气流组织优化研究

本文以某运营商一处通信机房为例,结合三维数字模型与CFD仿真技术进行气流组织仿真及分析,通过定制化增设开孔地板、设置导流装置、隔离冷热气流、封闭漏风点位等措施优化该机房气流组织,减小温差、消除热点和冷点、实现精确送风、提高换热效率。同时通过调整精密空调轮值方案以及优化设定参数,降低空调运行能耗。改造后机柜冷却指数和节能率皆达到预期目标,证明该通信机房气流组织优化与节能运行效果良好。

基于Aspen Plus的气流床煤气化炉建模及其变工况特性研究

【目的】研究整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)电站中煤气化炉的运行机理,分析和优化煤气化炉的关键运行参数。【方法】基于Aspen Plus建立了气流床煤气化炉的稳态热力学模型,并与文献中数据进行比对,验证了模型准确性,在此基础上,开展了对煤气化炉关键参数敏感性的研究。【结果】热力学模型适合对稳态的煤气化过程进行模拟,具有模拟结果准确、建模简单和计算量不大的优点。【结论】敏感性分析的结果表明:氧煤比是影响煤气化过程的最主要的运行参数,氧气不足和氧气过多都会造成合成气有效成分的产量减少,建立的Shell气化炉模型的最佳氧煤比在0.85左右;水煤比也是影响煤气化过程的关键参数,气化炉内能量充足时,增加输入水的量可使合成气中含有更多的氢气,而能量不足时过多的水也会导致合成气有效成分的减少。

基于链式的爆炸气流场耦合电弧动态模型

为研究大电场条件下有效熄灭电弧的优良方法,在开放空间下,考虑爆炸产生的冲击波及强烈气流耦合电磁场等因素的影响,基于电弧链式思想和经典激波理论分析电弧在爆炸气流影响下的受力情况,推导出电弧运动速度控制方程。在此基础上,结合能量平衡方程及热交换原理,建立耦合场的电弧模型。通过有限差分法求解模型,分析气流耦合电磁场下电弧熄灭的运动过程和物理特性变化,并得出电弧状态相关参数(温度、电导率等)和熄灭时间的特性。试验结果表明电弧熄灭效果具有工程应用价值。

高速电弧喷涂雾化气流速度的数学模型

雾化气流速度是电弧喷涂涂层性能的决定因素之一,是模拟计算熔滴速度、熔滴温度、冷却速度等参数的前提条件。通过比较文献中出现的几个数学模型,结合试验测定结果,在空气动力学理论的基础上提出了高速电弧喷涂雾化气流数学模型。

基于真实气体模型的SF_6断路器中冷态气流场特性的仿真分析

准确地计算灭弧室内气流场特性对于SF6断路器优化设计有重要意义。基于真实气体模型(user-defined real gas model,UDRGM),运用线性插值与UDRGM相结合的方法来导入SF6的气体属性,并与流场控制方程组联合求解,研究了SF6断路器简化灭弧室冷态气流场的特性规律。通过分析监测点处的物理量发现,触头分开过程中,灭弧室内整体压力差不断增加,气体密度分布主要取决于气压的变化;在喷口区域,气压最大值出现在动触头端部中心位置,各监测点处的气压与马赫数受触头位置的影响较大,当触头运动到监测点时,马赫数与气压会发生跃变,而喷口内部两触头间的气压变化梯度却很小。结果表明,基于UDRGM建立的SF6断路器冷态气流场分析新方法可有效地提高计算精度,也为热态气流场的研究提供了基础。

循环呼吸模式口喉模型内气流运动特性数值模拟

应用计算流体动力学方法对人体在循环呼吸模式下口喉模型内的气流运动特性进行数值模拟,分析了循环呼吸模式下口喉模型内的气流组织形式以及气流运动对呼吸道壁面以及气溶胶运动沉积的影响.吸气阶段,在咽部外壁和声门下游气管上部外壁气流发生分离,形成分离区.呼气阶段,分别在咽部外壁和喉部外壁形成高速区.循环呼吸模式下,咽部、喉部与气管内的高轴向速度区和二次涡流运动均是在呼吸过程中间歇性的产生,形成的高剪应力区也是间歇性的.壁面受到的剪应力周期性地改变方向,引起壁面劳损和组织损伤的可能性增大,同时在这些部位容易造成气溶胶的沉积.

采用双向流固耦合方法构建辅助气流作用下棉花叶片变形模型

气流辅助喷雾中,辅助气流能够使冠层叶片变形、拓宽雾滴输运通道,有助于提高雾滴在作物冠层内沉积均匀性。为进一步研究辅助气流作用下叶片变形机理,以棉花叶片为研究对象,首先,在测定叶片力学参数的基础上,建立了棉花叶片双向流固耦合模型,并利用高速摄像技术验证了模型的有效性;进一步,借助耦合模型,以辅助气流风速、叶倾角、叶柄及叶面弹性模量为试验因素,以叶柄和叶面挠度值为评价指标,开展正交试验分析,得出试验因素影响叶片变形的显著性顺序依次为:气流速度、弹性模量、叶倾角;最后,基于非线性最小二乘法构建棉花叶片变形的参数辨识模型,所建的叶柄挠曲线方程的平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)为5.13%,叶面主叶脉挠曲线方程的MAPE为10.43%,证明了叶片变形数学模型的有效性。依据建立的叶片变形模型,量化分析了不同风速与初始叶倾角参数组合下叶片迎风面积的动态变化过程,揭示了速度不恰当的辅助气流作用下冠层郁闭度增加的原因,明确了初始叶倾角为20°和30°时,棉花叶片的辅助气流末速度应分别不小于2.4和2.9m/s。本研究为理解辅助气流喷雾中作物冠层郁闭度的动态变化、合理选取施药工作参数提供参考。

零方程模型用于空调通风房间气流组织数值模拟的研究

为了对Chen提出的零方程模型进行评价,研究了三种典型的空调通风房间气流组织工况(强迫对流、混合对流和自然对流),同时采用Prandtl的混合长度理论和双方程K-ε湍流模型的计算结果作为比较。研究表明,总体来说Prandtl的混合长度理论能够获得比Chen的零方程模型更好的结果;从这两种零方程模型的构造分析,Prandtl混合长度理论较为合理,但Chen的零方程模型更容易收敛。相对于双方程K-ε湍流模型,零方程模型仍属于低级模型,计算精度有限,但它能极大地节约计算资源。

采用简化PDF模型分析分级气流床气化炉的气化特性

为详细研究分级气化技术的流场特点及气化性能,采用Fluent软件对山西某分级气化炉进行三维数值模拟。计算采用贴体六面体网格划分计算域以降低数值扩散,采用Realizablek-ε模型封闭湍流方程,应用离散相模型(dispersed phased model,DPM)和随机轨道模型(stochastic tracking method,STM)分别模拟颗粒气化过程和考察颗粒受湍流脉动的影响;计算根据简化PDF模型建立燃烧表以建立温度、组分等标量同混合分数间的关系,并由此计算同相气化反应过程。除此之外,还引入用户自定义函数改进了焦炭异相反应模型。通过对分级气化炉流场特性和温度等值面特征的分析,发现分级气化炉中由于二次对冲给氧射流的引入,造成了二次卷吸效应以及冲击射流效应,加强了炉内混合过程,有利于碳转化率的进一步提高。

横向风对自然通风干式冷却塔空气流场影响的模型实验研究

本文通过模型实验手段研究了横向风对自然通风干式冷却塔空气流场的影响问题。研究揭示了产生影响的主要原因。

气流床气化炉综合模型及颗粒粒径对气化结果的影响研究

采用颗粒停留时间分布表征炉内颗粒流动,建立了一种考虑了炉体结构、颗粒粒径以及煤焦反应动力学的气流床气化炉综合模型,其中包含了煤脱挥发份、均相反应、非均相反应、气-固相能量方程、相间传热等子模型。模拟结果与多喷嘴对置式水煤浆气化炉工业运行数据吻合良好,考察了气相组分、温度以及不同粒径颗粒的碳转化率和温度在炉内的一维无因次分布。对模拟结果的分析表明:煤颗粒的预热、脱挥发份和燃烧过程在约30 ms内完成,气化过程占颗粒反应历程的绝大部分;气化炉内100μm以下的小颗粒升温速率快,且温度较高,碳转化率基本接近100%;而200μm以上的大颗粒升温速率较慢,碳转化率较低,影响了气化炉整体碳转化率。

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.

利用缩比模型CFD数值模拟计算舰船舰面空气流场相似准数的影响探讨

舰载航空系统是现代舰船的重要组成部分,舰船空气流场对舰载机起降的安全性有明显的影响,因此,舰船空气流场特性研究对全船总体性能具有重要意义。目前,对舰船空气流场的研究方法主要有实船测量、模型试验及数值模拟等方法,利用缩比模型对舰船舰面空气流场进行CFD数值模拟具有成本较低和周期较短的优点。缩比模型计算需要考虑相似性问题,文章针对此问题从缩比模型的采用、流场模型试验时相关的相似准数影响等方面加以讨论,其中还针对模型试验时不同雷诺数的影响进行了数值模拟计算。

煤的模型化合物混合燃料气流床气化中N的迁移研究

将吡啶配入柴油中模拟煤中氮的存在形式,考察了混合燃料在四喷嘴对置式气化炉中,轴径向位置HCN、NH3、NO和N2的浓度分布。结果表明:氮污染物(HCN、NH3、NO)在喷嘴平面处即产生且浓度最高,远离喷嘴平面时其浓度大幅降低,N2也裂解参与了气化反应,且出口浓度N2>HCN>NH3>NO;氧燃料比增高,NO、N2增加;氧燃料比1.3时HCN、NH3浓度最高,0.9和1.7时浓度较低;流场的分布使靠近出口处径向浓度基本一致,而上部各平面位置浓度靠近炉壁处最低;水汽的加入使HCN、NH3浓度增高而NO浓度降低。

胜利褐煤外热式气流床温和气化建模研究:模型的建立

以胜利褐煤为原料,在80 mm×3 000 mm下行气流床中进行了800℃/900℃气化实验,研究了炉内气固相流动特点、炉内反应分区、主要反应的动力学,进而建立了气化炉模型。结果发现,气相流动存在射流区、回流区、平流区,其中平流区占95%;实验条件下炉内依次发生热解、燃烧、气化反应;结合实验条件,利用缩合模型推导了H_2O-O_2协同作用影响下半焦氧化和气化反应的速率方程,发现它们分别受气膜扩散、化学反应控制,而且受协同作用影响,气化反应速率在添加氧气前后差异较大,故建模时采用推导的速率方程更切合实验条件和煤种特性;考虑H_2,CO,CH_4燃烧、半焦-CO_2/H_2气化,CO变换、CO-H_2甲烷化反应,忽略速率较小的焦油燃烧、半焦-H_2O甲烷化,CO_2-H_2甲烷化等反应;由于半焦微观结构的差异,不同温度和气氛下单位反应体积内气固相有效接触(碰撞)面积差异较大,建模时应分别考虑;通过以上研究建立了气化模型,模型预测值误差较小,92%预测值误差小于20%,75%预测值误差小于10%。