零维系统模型改进及其对EAST稳态运行区的分析和预测

零维系统模型已广泛应用于下一代托卡马克装置设计以及聚变反应堆等离子体性能的预测和分析,但普遍采用物理近似和经验公式会导致较大的系统性误差.本文通过引入等离子体平衡程序使主要等离子体分布参数及其计算基于磁面信息,引入Sauter模型的自举电流系数与碰撞率变化关系改进自举电流计算,利用EAST上的实验结果对改进后的模型进行验证,零维系统模型计算结果与动理学平衡分析结果基本符合.利用改进模型从已有实验结果出发,对EAST上实现500 kA等离子体电流的稳态、长脉冲运行区所需要的加热/电流驱动功率及其能够达到的归一化比压进行了分析和预测.计算结果表明,EAST在7.0—9.5 MW加热/驱动功率,约束改善因子H98为1.25—1.35,归一化密度f_(nG)约为0.9的参数范围内可以实现500 kA等离子体电流且自举电流份额在50%以上的稳态运行;9.5 MW加热/驱动功率,H_(98)为1.0—1.4,f_(nG)为0.8—1.0的参数范围可以实现较高性能的长脉冲或稳态运行.综合来说,提升等离子体约束性能,可在较低的加热/驱动功率下实现同样等离子体参数的完全非感应运行,扩展等离子体运行区,是实现高参数等离子体稳态运行最为有效的途径.

基于群体平衡模型的旋流萃取元件的数值模拟

以旋流萃取元件为研究对象,建立了物理模型,通过流体分析软件ANSYS 15.0对液液两相流场进行数值模拟。选用群体平衡模型,考虑液滴的破碎、聚并,通过加载源项考虑相间的传质行为。研究结果表明,随着计算时间的推移,分散相的索特直径分布从Log-Normal初始化分布到小液滴占多数、再到大液滴的较均匀分布,可作为分析萃取过程的方法之一。在处理量一定的情况下,随着被萃取组分含量的增大,萃取率也相应增大;在被萃取组分的含量一定的情况下,萃取率随连续相流速的增大呈先增大后减小的趋势,过大的流速使得两相没有足够的接触时间,导致萃取率降低。本研究可为进一步认识群体平衡模型模拟液滴行为以及液-液分散过程提供一定的指导。

烟草加料过程中双流体喷嘴雾化粒径的分布特性

为考察烟草加料工艺过程中双流体喷嘴雾化粒径的分布特性,促进烟草加料工艺优化与设计工作,利用双流体喷雾试验装置和激光喷雾测量系统,分析了雾化引射介质类型、气液比、液路温度、料液性质等因素对双流体喷雾雾化粒径及其分布的影响规律,同时利用量纲分析方法建立了双流体喷嘴雾化索特尔平均直径D_(32)的经验模型。结果表明:①雾化介质流量恒定或者液路流量恒定时,随着气液比增大,D_(32)逐渐减小,分布均匀性指数N值有所增大。②其他条件相同,随着水温的升高,D_(32)和N值均没有显著变化;随着料液温度的升高,D_(32)呈现逐渐减小的趋势,N值没有显著变化。③其他条件相同,使用不同组分料液,随着料液黏度增大,D_(32)逐渐增大;雾化介质为压缩空气时,不同组分的料液与水相比较,N值无显著变化规律;雾化介质为水蒸气时,不同组分的料液与水相比较,N值显著减小。④雾化介质为压缩空气和水蒸气的条件下,分别使用水和料液作为雾化液体,D_(32)模型预测值与实测值之间平均相对误差2.3%~3.9%,最大相对误差15.2%。

振荡流反应器内液-液两相流的数值模拟

运用计算流体动力学和群体平衡模型相结合(CFD-PBM)的方法对振荡流反应器内液-液两相流进行CFD模拟。模拟结果表明,反应器内平均流速随振荡雷诺数的增大而增加,而且是最大振荡速度的(1.1～1.2)倍;分散相的体积分率随振荡雷诺数的增大基本不变。利用群体平衡模型得到了分散相液滴的粒径分布及其平均粒径,随着振荡雷诺数的增大,粒径小的液滴在分散相中所占的体积分率越来越大,液滴的平均粒径逐渐减小;在相同的振荡雷诺数下,振幅比频率对液滴粒径的影响更大,更有利于液滴间的破碎。通过得到的流场信息和液滴平均粒径可以预测两相间的传质特性,为反应器的设计、结构改进和优化提供理论依据。

旋流杯近场液雾SMD的空间分布模型

旋流杯液雾的空间分布特性对航空发动机燃烧室燃烧性能至关重要。基于旋流杯燃油雾化的物理过程及其近场液雾索太尔平均直径(SMD)空间分布呈"双峰"或"三峰"分布的基本特点,建立了旋流杯近场液雾SMD空间分布的半经验模型。该模型将旋流杯近场液雾分为中心区和边界区,其中中心区液雾采用离心喷嘴与内旋流的混合型雾化模型,边界区液雾采用文氏管液膜的气动雾化模型,同时将液雾SMD及SMD空间分布与正态分布函数相结合。根据空气压降不同,分别对压力雾化主导及气动雾化主导两种形式的旋流杯液雾SMD空间分布模型进行了验证,并对供液压力及空气压降的影响规律进行了预测分析,预测结果表明:随着供液压力和空气压降的增大,旋流杯液雾SMD呈现整体降低的趋势。

时变来流条件下横向射流燃油破碎和雾化特性数值研究

针对涡轮基组合循环发动机加力/冲压燃烧室模态转化过程中进口气流随时间剧烈变化的问题,以横向射流为研究对象,在来流温度300~800 K、来流速度100~164 m/s和来流加速度20~100 m/s^(2)条件下,采用雷诺平均/离散相模型相结合的方法探讨了来流加速度对横向射流外轨迹以及索太尔平均直径(SMD)分布的影响,采用大涡模拟/流体体积法相结合的方法探讨了来流加速度对横向射流燃油雾化过程的影响。结果表明:来流加速度对横向射流外轨迹和下游SMD分布几乎没有影响;来流加速度可能引起射流液柱破碎点延后、反向对转涡沿喷射方向分布变宽且沿展向在边缘处强度减弱,但影响并不显著;时变来流对于燃油破碎及雾化特性无明显影响。