华龙一号反应堆上腔室及热段流-热耦合场数值模拟

压水型反应堆(pressurized water reactor,PWR)系统主管道热段内冷却剂的温度和流量,直接反映了核功率和堆芯换热状态,是反应堆功率控制和安全保护的核心参数。为全面掌握华龙一号反应堆上腔室及热段内冷却剂流-热耦合场分布及演变规律,为核心参数测控提供参考,基于有限元分析(finite element method,FEA)方法,对上腔室及热段冷却剂流域进行了计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟。首先建立了合理简化后的华龙一号(Hualong One)反应堆上腔室及相连热段的3D几何结构模型。随后对模型计算域进行了离散化网格划分和网格敏感性分析。最后通过计算,获得了冷却剂非等温流动的稳态特性解,流量、温度与相关设计估算值、实际测量值的相对误差均小于2%。对稳态特性研究表明,高、低温冷却剂在上腔室垂直内壁附近的不充分换热导致热段入口冷却剂温度分布不均,存在14.0~16.3℃的温差。随冷却剂沿轴向流动,冷却剂温度场分布和流场分布均逐渐趋于均匀和稳定,且是热段内低温冷却剂的流动主导了冷却剂温度分布的变化。

适用于超临界CO_(2)管道的稳态输送水力热力计算模型

超临界CO_(2)管道输送是碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)中的重要环节,由于超临界CO_(2)水力热力特性与气液有明显差异,为满足实际CO_(2)管道工艺方案设计要求,需要建立适用于超临界CO_(2)的水力热力计算模型,为CO_(2)管道工艺设计参数选择及方案优选提供理论支撑。基于此,以考虑高程差的管道稳态连续性方程、运动方程、能量方程三大守恒方程为基础,结合相平衡实验选择适宜状态方程计算纯CO_(2)或含杂质CO_(2)的物性参数,采用四阶龙格—库塔法迭代数值求解,通过C++语言采用自适应步长设置来满足实际高程变化影响,自主编程得到了一维非等温考虑地形起伏的超临界CO_(2)管输稳态水力热力计算模型,并分别通过实验和OLGA软件从多个方面验证了模型具有较高的精度。利用建立的模型研究杂质含量及种类对CO_(2)管道稳态输送过程的压降和温降的影响,得到杂质种类对压降和温降的影响规律:O_(2)、N_(2)、H_(2)O、CO、Ar、H_(2)、CH_(4)等杂质对温降数据有相同的趋势,几乎不存在影响;在压降数据上发现H_(2)O杂质会导致压降减少,其余杂质均会造成不同程度的压降增加,影响程度体现为H_(2)>CO>N_(2)>CH_(4)>O_(2)>Ar。结合CO_(2)的独特性质,针对超临界CO_(2)管道稳态运输的计算不应当忽略高程差的影响,同时也应注意杂质导致的温降和压降的变化。

基于稳态磁场阻尼效应的激光熔覆气孔缺陷抑制机制

气孔作为激光增材制造主要的缺陷之一,严重影响其在动态载荷下的力学性能。采用稳态磁场辅助激光熔覆的方法,以在不改变激光工艺条件下实现对气孔缺陷的抑制。为了明晰稳态磁场对气孔缺陷的抑制机制,基于稳态磁场下气孔输运多物理场模型及激光熔覆试验,研究不同磁场强度下熔池的流场分布、气孔输运轨迹、气孔分布及内部的元素分布等规律。模拟结果显示,外加稳态磁场在熔池内产生的感应洛伦兹力增加了流体的粘滞效应,降低了熔池内流体的流速。随着磁场强度从0 T增加到1.2 T,熔池表面最高流速从0.137 m/s降低到0.054 m/s。试验结果显示:随着磁场强度从0 T增加到1.2 T,涂层孔隙率从13.339%降低到7.768%。结合气孔运动轨迹及熔池元素分布规律,得出稳态磁场抑制气孔缺陷的主要原因为磁阻尼效应降低流体速度,抑制外界氧元素进入熔池与碳元素结合生成气孔,从而降低气孔的数量。研究结果可为磁场辅助激光熔覆、焊接及修复等过程中的气孔缺陷控制提供理论依据。

夏季运营环境下西宁市某型号架空导线温度场变化规律

特殊、多变的高寒区气候条件导致架空导线的温度场变化较大,影响导线丝温度变形和分层应力波动,进而引发疲劳断股问题。因此,开展在高原寒区运营环境下架空导线温度场变化规律研究具有重要意义。本文基于二维稳态热平衡控制方程,考虑输电导线内部钢芯和铝导线丝的接触构造及孔隙,建立一套架空导线径向温度场数值求解方法。将该方法应用于JL/G1A-630/55-48/7型钢芯铝绞线,研究其径向温度分布规律和在不同环境下架空导线的温度场变化规律。结果表明:导线内存在不容忽略的径向温度差,风速、光照强度及环境温度对架空导线温度场有较大的影响。

木材导热系数实验与模拟方法的研究进展

精准评定木材的导热系数对木材干燥、热处理等工艺优化及模型构建意义重大。近年国内外学者主要通过实验法与模拟法两方面解析木材的导热行为。本文在综括木材导热系数的实验法与模拟法的基本原理、特点及应用研究现状基础上,从检测方法的规范性、模型构建的合理性两方面,分析不同检测方法的科学性、精确性及实用性,旨在为木材导热系数的精确测算提供借鉴与参考。

航空并联混合动力涡扇发动机热力循环与工作特性研究

为确定并联混合动力涡扇发动机的能量利用效率,并对不同电功率输入下发动机工作特性与性能参数的变化规律进行研究,本文从理论上对发动机有效循环功的来源进行划分,并由此分别定义并联混合动力涡扇发动机的电能利用率和燃油利用率;使用航空发动机性能仿真软件PROOSIS搭建基于CFM56-7B26发动机的并联混合动力涡扇发动机零维模型,模拟不同电功率输入条件下的发动机稳态性能。研究结果表明:并联混合动力涡扇发动机内涵道的循环类型仍然是基于布雷顿循环的实际循环,输入的电功率对发动机外涵道推力的贡献占比远高于其对内涵道推力的贡献;电能利用率始终明显高于燃油利用率,这也是并联混合动力涡扇发动机实现节能的主要原因;当输入的电功率增加时,发动机的涵道比增加,涡轮前温度与总压比降低,各部件的稳态工作点将发生移动,可能造成部件效率的下降。由于电功率的输入以及电能的高利用效率,并联混合动力涡扇发动机的油耗和能耗均低于常规涡扇发动机。

脱硫湿烟气喷淋冷凝过程中的参数优化研究

湿法脱硫技术的广泛使用将脱硫效率提高到90%以上,但脱硫后烟气含湿量大,增加了雾霾和微细颗粒物形成的可能性。以喷淋塔作为研究对象,基于Fluent软件对塔内的气液两相流场进行了三维稳态数值模拟。结果表明:喷淋液滴粒径对烟气冷凝除湿具有关键作用,液滴粒径越小,气液两相接触面积越大,换热效果越明显,当液滴粒径小于700μm时,烟气温降可达到6 K以上;当入口烟气温度为319~335 K时,所引起的冷凝水量的比值基本不变;喷淋液滴速度对烟气流场具有整合作用,选择合适的液滴速度可减小烟气回流区、提高塔内空间利用率,当液滴速度增加至40 m/s时,出口烟气温降可提升1.9 K左右。

吸收式制冷系统应用于高温热害隧道降温的理论分析研究

为解决高地温隧道施工过程中出现的热害问题,利用隧道施工过程中出现的高温涌水作为吸收式制冷系统的热源,驱动溴化锂吸收式制冷机组工作产生冷冻水,通过空冷器释放冷量,作为隧道施工降温辅助措施。提出一个新的热害资源利用方法——利用高温涌水驱动吸收式制冷循环并服务于自身隧道降温,该方法适用于施工过程中遭遇高水温的隧道。基于能量守恒和质量守恒原理对循环的各个部件建立热力学模型,借助EES数值模拟平台对单效溴化锂吸收式制冷循环和2级溴化锂吸收式制冷循环的运行性能进行计算和分析。结果表明:1)当蒸发温度为5℃时,可以利用60℃以上的隧道涌水作为热源驱动吸收式制冷系统。2)提高蒸发温度、降低冷凝温度,系统能够在更低的热源温度下启动,从而能够利用温度更低的隧道涌水作为热源驱动吸收式制冷系统。3)当蒸发温度提高至15℃时,可以利用50℃以上的隧道涌水作为热源驱动吸收式制冷系统,从理论上分析了隧道高温涌水作为热源驱动溴化锂吸收式制冷系统的可行性。4)根据隧道涌水温度能够匹配对应的吸收式制冷系统,当隧道涌水温度在50~63℃时,可以采用2级溴化锂吸收式制冷系统;当隧道涌水温度在63℃以上时,可以采用单效溴化锂吸收式制冷系统。

水下非均匀拖缆稳态动力学分析

水下拖缆物理参数不均匀会影响拖缆的动力特性,研究非均匀拖缆的参数变化对拖缆动力特性的影响有一定的工程实际意义。建立了拖曳系统运动的三维数学模型,推导出了水下非均匀拖缆的稳态运动控制方程,在首尾两端加上相应的定解条件,直接求得或使用嵌套二分法求得非均匀拖缆在端点的初始值,进而求解稳态动力学方程。借助文献中的拖缆—海底拖车系统算例,通过计算结果的对比,验证了数学模型及计算方法的正确性。通过四阶龙格库塔法进行数值仿真计算,得到了稳态解,分析了非均匀拖缆自身物理参数变化对缆绳系统稳态运动的影响。结果表明,非均匀拖缆的切向阻力系数、法向阻力系数、直径和密度变化会影响稳态缆形和张力分布,影响的程度各不相同。最后给出了两个尾拖船系统非均匀拖缆的稳态运动算例。

低温流量计标定平台冷箱内管道热应力分析

针对冷箱内管道在低温状态下受到的压力、重力以及因降温收缩而产生的应力,根据有限元理论,考虑静压和温度的热固耦合作用,建立以稳态热传导为基础的低温管道热应力模型。对其进行网格无关性验证,并以低温管道的整体结构为研究对象进行数值模拟,得到不同管道在施加温度载荷前后的应力应变情况以及管道在预冷时应力变化规律。结果表明,低温下管道的最大等效应力为135.74 MPa,最大位移量为3.42 mm,管道在预冷过程中最大等效应力为127.3 MPa,满足管道结构的设计要求。

色噪声激励下一类驰振能量采集器的稳态响应研究

使用具有指数相关性的色噪声近似外界环境干扰,研究色噪声激励下驰振能量采集器(GEH)的稳态响应.首先,介绍了系统的理论机电耦合运动方程,并对其进行无量纲化处理.其次,通过广义谐波变换对方程进行等效解耦,然后使用能量包线随机平均法得到系统稳态响应的解析解.最后,使用四阶龙格库塔算法进行数值模拟,在验证解析解有效性的同时分析了风速、色噪声参数对系统稳态响应的影响.研究结果表明,较大的噪声强度有利于提升系统的能量采集性能,且在风速较低时效果更明显;噪声相关时间对系统稳态响应的影响与噪声强度相反.当系统的振动模式由风激励主导时,系统的响应表现为带有附加噪声的周期性振动;随着风速增加,增强的风激励削弱了色噪声激励对系统稳态响应的影响.此外,本文还研究了系统结构参数和电气参数对平均输出功率的影响,研究结果为优化系统设计提供了有效的理论指导.

电厂供热中汽汽换热器动态特性数值模拟

为研究工业供热中蒸汽再热器中蒸汽的动态特性,通过仿真软件对用于蒸汽换热的管壳式换热器进行建模和数值模拟,对高温、低温蒸汽热量交换过程中的温度、速度及压力的变化特性进行了分析。获得的结果如下:第一,高温蒸汽域入口蒸汽速度的增加对管壳式换热器的换热效率有正向促进作用;同时,增加高温蒸汽域的入口端速度有助于加快换热反应的整体速度。第二,低温蒸汽域入口速度的增加,可以加快管壳式换热器前期加热的速度,而经过一个转折点之后,低温蒸汽入口速度增大则会降低管壳式换热器的换热效率。第三,提高高温蒸汽域入口初速度可以增加稳态时温度升高的数值,提高低温蒸汽域入口初速度反而会降低稳态温度升高的数值。数值模拟结果揭示了蒸汽再热器的动态特性,所分析的高温蒸汽与低温蒸汽进口速度对蒸汽再热器的换热效率的影响,可为热电联产改造中汽汽换热器优化提供借鉴。

带Flade的ACE建模与稳态性能仿真分析

分析了带Flade的自适应发动机工作机理,建立了发动机单外涵、双外涵、单外涵+第三外涵以及三外涵等4种工作模式的稳态性能数学模型,对带Flade的自适应发动机在典型工况下的稳态工作进行了数值仿真,对比分析了不同工作模式的工作特点。仿真结果表明,带Flade的自适应发动机能够根据不同工况和性能需求,改变工作模式,在一定范围内维持进气流量,更好的匹配进气道流通能力;单外涵+第三外涵工作模式应用于需要大推力的状态,三外涵模式应用于需要低耗油率的状态,双外涵工作模式则在涡轮前温度达到限制时可以产生更大的推力。

网联混合车流跟驰特性及稳态响应策略

随着智能网联、车路协同、自动驾驶等技术的发展,研究网联混合车流的动态特性对提升道路交通运行效率和道路通行能力、提高道路交通安全等方面具有重要的理论价值。针对网联混合车流所呈现的复杂动态特性,考虑驾驶人反应时滞和车辆跟驰过程中相邻车道车辆插入的影响,分析网联混合车流的动态跟驰特性,修正及拓展优化速度模型;基于减少速度波动、提高驾乘舒适性为目标,设计稳态跟驰优化策略。通过MATLAB软件对城市快速路进行数值仿真实验,验证分析稳态跟驰优化策略的效果。结果表明,跟驰响应策略优化下的跟驰特性与实际车辆跟驰行为相吻合,对于减少车流速度波动、提高驾驶安全性和平稳性具有良好的效果。

水下拖曳系统的稳态运动分析与设计

为分析水下拖曳系统的稳态运动性能,给出了稳态运动求解方法,并将其应用到拖曳系统的设计中.对于不同的拖曳形式和条件,拖缆的边界条件被转换为一组关于初始值的显、隐式方程,分别作为初始值和两点边值问题进行求解.通过数值仿真计算,分析了拖缆物理参数变化对系统稳态运动的影响.结果表明:拖缆的弹性、泊松比的影响在其变化范围内微乎其微,可忽略不计;而阻力系数、拖缆密度及拖曳速度变化对系统稳态运动的影响很大.最后,以具体的拖曳系统定深器设计和海洋勘探拖曳系统设计为例说明拖曳系统的设计方法,并根据其稳态运行要求,确定了拖曳系统的参数.

侧面散热对导热系数测量的影响研究

稳态平板法测量导热系数因方法简单直接在测量材料的导热系数中广泛应用。但通过数值模拟和实验发现侧面散热对导热系数测量影响明显,采用大空间自然对流换热实验关联式对实验数据处理公式进行修正,在实验中得到较满意结果。利用数值模拟和实验对影响侧面散热的主要因素如环境温度、热源温度、样品厚度、试样导热系数进行研究,发现环境温度降低、热源温度增加、试样厚度的增加以及试样导热系数的减小,都会导致传热温差增加,侧面散热的绝对量和占总传热量的比例也随之增加。

热传导问题的MATLAB数值计算

分析了应用MATLAB中PDE工具箱解热传导问题的方法和步骤 ,编制了三个难以用解析方法求解的算例 .采用有限元法求解导热偏微分方程 ,应用PDE工具箱得到数值解 .对适合圆柱坐标描述的问题 ,通过公式变化将其转换为能用PDE工具箱求解的形式 .算例表明 。

钾热管稳态数值模拟分析

进行热管的数值模拟主要是为预测钾热管稳态运行时的工作特性。热管的物理模型中包括了管壁、吸液芯及蒸气腔内蒸气3个耦合传热区域。利用PHOENICS程序作为求解器对控制方程和边界条件进行求解,得到了热管稳态运行时的温度、速度、压力分布。计算结果与试验结果进行了对比,两者符合较好。

岩石单裂隙稳态渗流研究进展

从3个方面介绍目前单裂隙渗流研究的最新成果:(1)单裂隙内的流体运动规律,主要研究裂隙渗流模型和流速分布规律等;(2)裂隙过流能力的影响因素,包括应力、隙宽、粗糙度、充填物以及多场耦合等;(3)单裂隙渗流的数值模拟方法,包括裂隙的数值生成方法和模拟技术。系统总结和分析目前最新的研究成果,对渗流研究理论和方法中存在的问题进行深入探讨:裂隙内渗流的流动规律复杂,裂隙渗流模型和机制仍有很多不明之处;剪应力影响是目前裂隙渗流研究的热点,三维应力和拉应力对裂隙渗流的影响也是未来研究的方向,但模拟复杂应力状态下的渗流试验装置仍是研究的"瓶颈";评价裂隙面粗糙程度仍是一个复杂的问题;数值模拟裂隙渗流与试验方法相辅相成,正确选择合理的数值方法非常重要。

强激光稳态热晕效应的数值模拟研究

为了研究强激光在大气传输过程中产生的热晕效应,采用数值模拟的方法,对无风时稳态热晕效应的影响参数进行了求解,探讨了无风稳态热晕效应对轴上光强以及远场能量分布的影响。结果表明,无风稳态热晕效应存在时,随发射功率的增大,一定传输距离截面上的峰值功率密度先增大后减小;截面上的峰值光强随基模高斯光束的腰斑半径的增大而增大;随着传输距离的增大,截面上峰值光强在逐渐减小,能量在逐渐向周围扩展;在一定条件下,截面上的光强分布会呈现中心光强小于周围光强的“草帽型”分布。该结论对研究强激光在远场的辐照效应是有帮助的。