漆包线热解炉反应器的数值模拟与优化设计

铜漆包线是重要的二次铜资源,回收过程中表面有机漆层的脱除主要依靠热解,热解炉内的不均加热将导致漆层脱除不完全或铜线表面氧化。以某铜漆包线热解炉为研究对象,通过数值模拟的方法对热解炉内燃烧及传热过程进行计算,并根据模拟结果进行了结构优化:使用EDM燃烧模型模拟甲烷燃烧产生热量,得到炉内高温气流的温度场分布及气流流向,发现炉内存在流动死区及罐体加热不均匀问题。根据计算所得流场及温度场对炉膛结构设计进行优化,增加导流挡板及更改出口位置等,增加热解罐受热面积,解决罐体加热不均问题,提升温度均匀性约58%,可提前20 min达到热解所需温度,在工业生产中可以节省耗气量。

搪瓷蓄热元件结构参数对其传热与流动特性的影响分析

回转式空气预热器的传热与流动特性和所用蓄热元件的结构密切相关。利用计算流体力学软件Fluent,对某种回转式空气预热器搪瓷蓄热元件的传热和流动问题进行了三维数值模拟研究。通过改变波纹倾角、波纹节距进行数值模拟,对模拟数据进行分析,得到了传热特性及阻力特性曲线。通过对比分析得出:波纹倾角对努塞尔数和阻力系数的影响更加明显,而波纹节距对努塞尔数和阻力系数的影响相对较弱。模拟结果可为传热元件的选型优化以及回转式空气预热器的设计计算提供基础数据。

可变涡流对直喷汽油机进气流动和油气混合特性影响的数值模拟

为一台带可变涡流进气道的缸内直喷汽油机建立了三维数值模型,对其在2 000和5 500r/min全负荷工况和涡流调节阀开启与关闭不同状态下的进气、喷雾和混合气形成过程进行数值模拟。结果表明:通过涡流调节阀开启和关闭可以改变进气门周围进气流动速度分布,进而调节缸内滚流强度。在低转速时,涡流阀关闭使缸内滚流强度明显提高,达涡流阀开启时的4～6倍;关闭涡流阀产生的大滚流强度加快了缸内燃油雾化速度,有助于在点火时刻形成浓度均匀一致的混合气。但在高转速时,关闭涡流阀使进气道流通能力受到抑制,缸内进气质量仅为涡流阀开启时的2/3,且过大的湍动能也不利于稳定燃烧。

主动式冷梁内部喷嘴间距变化对其性能的影响

主动式冷梁作为一种新的空调末端装置,对房间的温湿度与气流组织起重要作用,通过改变冷梁内部喷嘴间距,以诱导比、噪声标准、空气分布特性指标作为评价指标对冷梁内部喷嘴间距变化引起的冷梁流体输送性能的影响及经济性变化进行了评价分析,结果表明:喷嘴间距超过48 mm后,冷梁诱导比增幅明显收窄,且噪声超过标准限值;喷嘴间距从36 mm增加到48 mm,满足房间舒适性所需功率节约百分比为3.5%,喷嘴间距超过48 mm后,所需功率反而略有上升。

主动式冷梁诱导特性研究

针对主动式冷梁诱导性能实验中存在的风量测量问题,设计了一套新型主动式冷梁诱导性能测试实验台,基于此实验台研究不同一次风量对主动式冷梁诱导性能的影响。结果表明:一次风量小于80 m3/h时,冷梁诱导比随一次风量的增加而增加,当一次风量达到80 m3/h以后,诱导比基本趋于3.17。冷梁静压箱压力与一次风量之间存在二次方的关系,在冷梁4 mm喷嘴下,静压箱压力随一次风变化的拟合曲线为y=0.0225x2+0.0101x。建立主动式冷梁模型,针对一次风量对诱导性能的影响进行数值模拟,并基于设计的实验台对模拟结果进行验证,得到冷梁诱导比、静压箱压力模拟结果和实验结果误差最高分别达10.5%和8.8%,模拟整体结果和趋势与实际测量吻合良好,说明该模型具有较高的可靠性。

漆包线烘炉出口气流诱导过程及改进方法

漆包线生产过程中,由于漆包线高速运动对周围空气产生诱导作用,导致部分有机废气随漆包线排出烘炉炉膛,造成车间工作环境空气质量恶化。本文通过建立炉膛出口段漆包线运动过程的数学模型,对不同线径及线速下的漆包线诱导过程进行数值模拟,得到了不同线规条件下漆包线诱导气体量,并针对性地在炉膛出口设置进风口,阻挡诱导空气进入室内环境,结果显示,当进风口与炉膛轴线夹角为53°,送风风速为8.5m/s时,漆包线诱导进入室内的污染气体量最小,有效改善了室内环境。

漆包机烘炉均风道仿真及结构优化

以提高漆包机烘炉均风道出口断面速度均匀性为目标,以Fluent软件为计算平台,对国产RHW3600型热风循环漆包机烘炉均风道内的流场、出口速度分布进行数值模拟研究。结果表明,在直道中安装孔板,孔板安装角度对均流效果影响较大;弯道内安装孔板,安装位置对改善出口气流速度横向均匀性效果更好。最优孔板出口断面速度测点的极值偏离平均值的程度系数K=6.27%。

诱导式风管内流体特性的数值模拟研究

低温送风诱导式缩放风管具有结构简单、造价低廉、节省能耗、噪声低、维修工作量小和能利用普通风口等优点,但不易达到较高的诱导比。运用CFD软件对风管内部流体特性进行模拟,通过云图进行压力分析,并在云图静压较低处对应地设置二次风口。计算各种情况下诱导风管的诱导比,通过诱导比计算值的对比,确定出二次风口的最佳位置,设计出诱导式缩放风管的吸收段。

悬索桥主缆除湿过程中钢丝尺度流动特性研究

为精确预测悬索桥主缆内除湿空气的流动阻力,以深中通道伶仃洋大桥主缆为研究对象,针对钢丝束截面中微米至毫米级尺度下的空气流动特性进行数值研究。考虑到钢丝堆积方式和通气方向的不同,对钢丝六面体堆积水平通气、钢丝六面体堆积垂直通气和钢丝方形堆积水平通气3种物理模型下的空气流动特性进行数值模拟研究,并与经验公式进行对比;分析来流速度、钢丝间距及钢丝排数对钢丝束内空气流动特性的影响。结果表明:钢丝之间空气的流速较大,钢丝六面体堆积垂直通气时,空气流动所受阻力最大;钢丝束进出口单位距离压差随来流速度的增大而增大,且构建钢丝实体模型计算的钢丝束进出口单位距离压差大于采用经验公式计算的结果;钢丝间距越小,空气流经钢丝束时受到的阻力越大,且阻力系数最大值出现在钢丝六面体堆积垂直通气的情况;钢丝排数对截面空气流动特性的影响较小。

改进型诱导器冬季气流组织优化实验与模拟

为改善改进型诱导器在冬季应用时热气流不易下沉的问题,优化气流组织状况,采用计算流体动力学分析(Computational fluid dynamics,CFD)模型对冬季不同回风口位置下房间气流组织进行模拟,并通过实验验证CFD模型的可靠性,得到在两种回风方式下房间的空气分布特性指标、温度场、速度场和不同送风参数房间的温度场。对比结果发现:采用下回风方式较上回风方式房间垂直温差减小约5℃;该下回风方案能够提高改进型诱导器系统在冬季的制热效果,优化其气流组织状况,提高热舒适性。

机舱无风管诱导通风系统优化设计

机舱通风采用无风管诱导风机的布置,机舱内温度场、风的流向和风量的控制就完全依赖于诱导风机的选型及布置。利用数值计算软件,首先模拟没有风管和诱导风机情况下的机舱内空气流场,分析其流场中存在的问题及不足点,针对这些问题和不足点选择和布置不同类型和风量的诱导风机和喷嘴,改变局部流场,满足机舱内设备对通风的个性要求,最后再根据数值模拟来校核机舱内增加诱导风机后的空气流场。从模拟结果可看出,诱导风机的增加大大的改善了机舱无风管时的舱内气流组织,很好的代替了通风风管的作用,能进一步优化机舱通风系统,使机舱通风系统更加高效,可控性更高。

漆包线引线自动去漆系统的设计

针对批量生产中的漆包线引线去漆要求,设计了一套自动去漆系统,用于直径大于0.5mm的漆包线。采用气压传动和步进电机驱动,以及PLC自动控制,完成了漆包线从输入裁切、传输、感应加热、磨削等一系列工序。感应加热工序可使涂漆层半融化。利用气动伺服系统实现动作的位置控制,采用PLC实现各动作的自动运行和反馈控制。运用AMESim软件,对气缸的位置伺服PID调节进行了仿真。系统经实际使用后,提高了生产效率,获得了良好的去漆效果。

线材斯太尔摩风冷过程相变动力学研究及温度场预测

线材轧后斯太尔摩风冷过程对其最终组织性能非常关键,而奥氏体相变与温度场的双向耦合是线材风冷过程温度场预测的一大难题。为此,对斯太尔摩风冷过程中线材温度场及相变进行了研究,建立了线材风冷过程的三维模型及相变动力学数学模型。采用CFD模拟的方法对换热系数进行求解,发现线材搭接点区域换热系数远小于非搭接点区域,并且搭接点区域换热系数随时间呈周期性变化。通过模拟计算得出线材同一截面上下表面换热系数相差70~100 W/(m^(2)·K)。采用有限差分法对线材相变动力学及线材在风冷条件下温度场的数学模型进行计算,得到线材温度场分布,发现线材在风冷过程中温差最大为30~50℃,与现场测量数据非常吻合,这表明模型可以用于工业生产线材风冷冷却过程温度场和相变过程的预测。

改进型诱导器系统室内气流组织模拟与实验研究

改进型诱导器送风可创造出无气流感、无温差感的舒适环境。为探究与评价改进型诱导器应用下的室内气流组织效果,引入CFD数值模拟方法分别对改进型诱导器送风和双层百叶垂直送风方式下的房间气流组织进行模拟,对比得到两种送风条件下的房间温度场和速度场,并实验验证模型可靠性。结果表明,由于改进型诱导器具有风口面积大、送风速度小的特点,相对于双层百叶垂直送风形式,其送风温度梯度小、温差小,房间气流速度分布均匀且处在舒适范围。

基于钛丝高频感应熔化气雾化制粉工艺的熔化数值模拟及实验研究

采用数值模拟和实验验证相结合的方法研究了增材制造用钛粉的新型制备工艺--钛丝高频感应熔化气雾化技术(wire induction heating gas atomization, WIGA)的钛丝感应熔化部分。数值模拟得到了钛丝感应熔化模型的最优参数:感应线圈的夹角为90°;电源输出频率为450 k Hz;线圈最优单匝直径为8 mm。钛丝直径选定为4 mm,形成长度为15 mm金属液流的临界送丝速度为45 mm/s。在此条件下,金属液产生350±50℃过热度时电源的临界输出功率为34 kW。建立氩气保护氛围的钛丝感应熔化实验装置,通过实验研究得到TC4钛丝形成长度为15 mm液流的临界送丝速度为50 mm/s,实验值与模拟值误差为10.0%。在此条件下,熔体产生350±50℃过热度时,电源的临界输出功率为38 kW,实验值与模拟值误差为10.5%。实验结果与模拟结果相互验证,得到了钛丝熔化的工程应用数据。