高速离心泵启动过程的仿真与优化

为研究离心泵启动过程中泵内的流场和外特性变化,首先使用CFD软件提供的二次开发接口,通过编写cel函数来精准加载流量和转速变化规律,从而模拟启动整个变化过程。数值模拟结果表明:在启动初期扬程和效率均会出现脉冲现象,针对此脉冲现象进行改善,对离心泵的结构参数进行改变,如叶片包角、出口宽度等,并且将不同结构参数的仿真结果构建成神经网络,使用遗传算法找出最优解,以实现泵初期扬程、效率脉冲的减小。发现扬程脉冲减小3.21 m,效率脉冲降低2.87%。

能量利用系统的构形热力学优化理论——研究进展与太阳能驱动热电冷氢联产系统优化应用初探

首先介绍了有限时间热力学、构形设计和构形热力学优化等热学优化新理论的起源和最新研究进展;其次介绍了这些新理论在热力循环和部件性能优化中的应用研究进展;然后基于能量的高效梯级利用,提出了基于太阳能和燃料补能的能源供给方式,集成燃气轮机循环、超临界二氧化碳布雷顿循环、有机朗肯循环、吸收式制冷循环和制氢过程,建立太阳能驱动热电冷氢联产系统新构型;最后对此联产系统新构型的构形热力学优化作了初步探讨。核心是围绕联产系统的“热-电-冷-氢”协同优化机理及调控机制、热力部件“流-结构-性能”的耦合演化规律与传热和热功转换强化机理、联产系统的能量高效梯级利用与多参数构形热力学优化三个关键科学问题,考虑子循环串/并/混联三种模式,综合运用理论解析、数值计算和实验验证的方法,开展联产系统的有限时间热力学优化、热力部件的构形设计、联产系统的构形热力学优化、三种联产系统优化结果的综合比较,实现联产系统热力部件与热力循环性能的一体化全局优化,促进形成一种多联产总能系统能量梯级利用优化理论的思路与框架,服务“双碳”战略。

玻纤增强塑料成型参数优化及阀杆性能研究

选择模压压力、保温时间、成型温度3因素进行正交试验,以成型材料拉伸性能为指标,对乙烯基玻纤增强塑料成型参数进行优化。参数优化后得到材料成型的杨氏模量为10 GPa,泊松比为0.3。对玻纤增强塑料阀杆扭转性能进行有限元仿真,研究预埋件结构参数对阀杆扭转性能的影响。研究结果表明:对玻纤增强塑料拉伸强度影响因素的主次顺序为:模压压力>保温时间>成型温度,模压成型参数的最佳水平组合为:成型温度160℃、模压压力20 MPa、保温时间20 min,成型后材料拉伸强度为146.268 MPa,增加6%。当预埋件顶部高度为8 mm、预埋件深度为47 mm、预埋件底部形式为椭圆形时阀杆具有最佳抗扭性能,阀杆所能承受最大扭矩为160.62 N·m,杆体最大变形为0.192 mm,较无预埋件乙烯基玻纤增强塑料阀杆最大扭矩增加51%,最大形变量减小62%。

基于正交实验的换热器循环水电化学除垢系统优化

为了研究电化学水软化系统中操作参数对除垢量的影响程度,建立循环水电化学水软化系统。设计正交实验,分析电解电压、电极板间距与溶液初始硬度等实验因素及水平数对系统除垢量的影响。结果表明,在实验工况条件下,影响除垢效率的主次因素依次为溶液起始硬度、电解电压、电极板间距。综合性能最优的水平组合为:电压为30 V,电极板间距为50 mm,溶液起始硬度为1000 mg×L^-1。电化学水软化法适合软化高硬度的循环水,优化电化学软化水装置应优先考虑适当增大电解电压,其次是减小电极板间距。

旋流器固-液分离的数值模拟

为研究旋流器固-液分离性能,采用欧拉模型与离散相模型相结合的方法,对旋流器内部流场特征和分离效率进行数值计算。结果表明:砂粒粒径大于10μm时主要分布在外旋流场;入口流量为9 m~3/h时,旋流器的分离效率最大;砂粒粒径>30μm时,旋流器分离效率趋近于100%,粒径为40μm时分离效率达到最大为97.5%;砂粒浓度由1 g/m~3增至8 g/m~3时,粒径为10μm的砂粒分离效率增加了9.7%,砂粒浓度为10 g/m~3时,旋流器分离效率下降。通过数值计算得到了旋流器的最优工况。

三相混合器内部流场的数值模拟

采用欧拉模型与群体平衡模型相结合的方法对三相混合器流场进行数值模拟,对比了未充气与充气条件下混合器速度场分布规律,分析了充气条件下流场中气泡分布特征。模拟结果表明:充气后对流场的强化提高了微气泡与粒子之间的碰撞聚并粘附效率。充气后流场中微气泡粒径大量分布于100~200μm之间,并且出口气携率达到19.77%。较于传统的气浮技术,微气泡与粒子间碰撞几率更大、气泡直径小数量大、分布范围窄、粘附效果更好,因此气浮性能更佳。

套管式换热器注气强化传热数值模拟

为研究注气技术强化换热的效果,采用混合模型建立了立式套管式换热器的数学模型,对不同流动状态下的注气强化换热过程进行数值模拟,基于努塞尔数对强化换热性能进行评价,比较了不同流动状态下注气速度对换热器的速度场、温度场和压降的影响。结果表明,注入气泡能够促进流场产生垂直于壁面方向的运动,提高努塞尔数并降低压降,改善了换热器的换热性能;层流时强化换热效果最好,努塞尔数最大提升102%;过渡流和湍流状态下,气泡流速大小对努塞尔数和压降变化无明显影响。