燃煤PM_10_在磁场中聚并脱除理论与实验研究

提出了燃煤可吸入颗粒物在均匀磁场中的二元碰撞聚并模型,模型通过直接跟踪在磁偶极子力、气体曳力、布朗力和重力作用下做相对运动的粒子,根据粒子的相对运动轨迹确定燃煤细微飞灰粒子间的聚并系数。在数值计算获得聚并系数的基础上,应用求解粒子聚并动力学方程的区域算法,计算了东胜烟煤燃烧产生的飞灰细微粒子在均匀磁场中的聚并脱除效率,并与实验进行了比较。结果表明,在0.098～9.314μm粒径范围内,0.576～3.758μm粒径的飞灰粒子聚并脱除效率最高;总脱除效率随外磁场强度、颗粒质量浓度以及粒子在磁场中停留时间的增加而增大,粒子饱和磁化时,总脱除效率达到最大值;实验结果与数值模拟结果相一致。模型预测结果表明,当颗粒质量浓度为40 g/m3时,燃煤飞灰细微粒子的总脱除效率可达52%。     

磁化油工作场磁密分布的数值分析

建立轴对称变系数静磁场数学模型,依据磁学高斯定理推导了离散方程,对多种磁路系统中磁化油工作场磁密分布进行了数值计算和分析,表明计算结果符合物理真实,因而基本解决了磁化油工作场磁密分布的计算问题。     

水轮机主轴磁流体密封摩擦功耗分析

纳米磁流体在水轮机主轴密封中摩擦功耗计算及其性能一直是影响装置设计与应用研究的瓶颈。以悬浮在顺磁性载液中不平衡旋度Ω≠1/2(rotν)的纳米磁流体为研究对象,通过Langevins,Navier-Stokes方程推导,得到纳米磁流体磁粒子摩擦功耗理论计算式,并且通过试验验证,试验与计算值相符。进一步的仿真研究发现,在水轮机主轴纳米磁流体密封装置中,齿槽(波谷)与极齿(波峰)对应的磁感应强度差值ΔB_(sum)对不平衡旋度影响较大,即ΔB_(sum)越大,此处纳米磁流体不平衡旋度越明显,纳米磁流体不平衡扭矩越大、密封压差越大、密封能力越好、摩擦功耗越大,反之亦然。     

电除尘器内部流动特性的数值模拟

针对电除尘器内部流场运动规律,采用基于有限元法的COMSOL软件对电除尘器三维模型进行数值模拟,分析了主流速度和电流体动力学(EHD)流对电除尘器内部流场的影响。通过泊松方程与电流连续性方程耦合模拟电晕放电,采用稳态不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-?湍流模型求解气流流动,运用流体流动粒子追踪模块模拟粒子运动轨迹。结果表明:随着通道入口流速的增大,二次EHD流影响逐渐减小,主流流速达到1 m/s时,EHD流影响消失,主流速度占据主导地位;对于1μm粒径的粒子,随着入口流速从0.3 m/s提升到1 m/s,收集效率由48%降低到15%;有无EHD流对于粒径小于10μm粒子收集效率的影响可忽略不计。     

基于旋流与声波的颗粒复合凝并建模与运动轨迹仿真

为提高微细颗粒间碰撞凝并的概率,提出一种切圆式旋流凝并装置.采用离散颗粒模型(DPM),对切圆式旋流凝并装置内流场和颗粒运动轨迹进行了仿真,分析了旋流速度、颗粒粒径和添加声波与否对颗粒运动轨迹的影响.结果表明:切圆式旋流具有很好的混合与旋流效果,为微细颗粒的凝并创造了有利条件;旋流速度越大,颗粒受旋流的影响越大,发生碰撞凝并的概率也越大;粒径大的微细颗粒受到的离心力大,易与种子颗粒发生掺混运动,粒径小的微细颗粒受到的离心力小,倾向于与粒径相近的微细颗粒发生掺混运动;声波可以增强不同粒径颗粒间的相对运动,有效地提高了微细颗粒与种子颗粒间碰撞凝并的概率.     

柴油机DPF湍流通道内微粒形态对微粒输运特性的影响

利用建立的椭球形微粒的运动学方程和动力学方程以及湍流场中椭球形微粒的受力及力矩模型,对柴油机微粒捕集器(DPF)湍流通道中微粒的输运特性进行了研究,着重对微粒形态的变化对湍流通道中微粒的运动轨迹、运动方位以及沉降速度的影响进行了分析.结果表明:微粒在壁面附近存在富集现象,且这种现象随着微粒长短半轴比的增加愈发明显;随着气流速度的增加,微粒有向通道内扩散的趋势,且微粒形态对微粒运动轨迹的影响变得显著;在湍流场通道中,椭球形微粒的长轴倾向于与流体流动方向平行,微粒长轴在垂直于壁面方向和展向上的姿态角分布则比较均匀,距壁面量纲为1距离对微粒长轴取向的影响不大;微粒量纲为1沉降速度与微粒形态关系紧密,且随短半轴长的增长并非呈单调变化规律.     

燃煤PM_10_磁聚并动力学数值模拟

提出了求解燃煤PM10磁聚并动力学方程的双分区算法,应用该算法模拟了东胜烟煤燃烧产生的飞灰细微粒子在均匀磁场中的聚并动力学过程,并与实验结果进行了比较。结果表明数值模拟结果与实验结果相一致,双分区算法具有较好的适用性;在0.023~9.318μm的粒径范围内,中间粒径粒子的聚并脱除效率高于小粒子和大粒子的聚并脱除效率;提高外磁场磁感应强度、粒子总质量浓度、粒子在磁场中停留时间以及气流平均速度,可提高粒子的聚并脱除效率;在粒子达到饱和磁化后,外磁场的增强对粒子的聚并无影响;当气流平均速度与粒子在磁场中的停留时间的乘积为一定值时,粒子的聚并脱除效率随气流平均速度的增大而减小;粒子分粒径脱除效率最大值对应的粒径和粒子数目中位直径随聚并总脱除效率的增大而减小。     

基于飞蛾扑火算法的浆液循环泵组合优化

为了解决浆液循环泵能耗过高问题,在满足供浆指标约束条件的基础上,建立浆液循环泵的最小能耗优化模型,采用螺旋式搜索的飞蛾扑火优化算法求解浆液循环泵的最优组合和频率以及该条件下的最低能耗。分析了10个典型工况点下实际运行负荷、浆液pH值和烟气入口二氧化硫浓度对浆液循环泵能耗的影响。结果表明:负荷与入口二氧化硫浓度越高,能耗越高;浆液pH值在一定范围内越大,能耗越低,若浆液pH值超出一定范围则能耗越高;将飞蛾扑火算法与遗传算法及粒子群算法进行对比,在同等初始条件下,飞蛾扑火算法求解速度更快,计算结果更优,性能更优越。     

发动机减压缓速器在商用车上的应用研究

针对国内在用发动机制动技术效果不佳的问题,运用内燃机运动学和热力学理论,构建了发动机减压缓速器工作过程数学模型,采用MATLAB软件通过数值计算的方法模拟分析了发动机转速、减压气门提前开启角、开启速度及气门最大开度等相关参数对其工作性能的影响,确定最佳参数值,实现发动机减压缓速器工作性能的改善。运用试验对模型进行了验证,试验结果与模型计算结果吻合度高,证明模型准确可行。研究结果表明:发动机转速越高,减压缓速器制动能力越大;对应每一发动机转速都存在一个最佳气门提前开启角和最大开度,转速越高,最佳气门提前开启角和最大开度越大;发动机转速一定时,减压气门开启速度越快,减压缓速器制动能力越大。     

电磁力对导电流体二维流动的影响

导电流体在磁场中会受到电磁力的作用而导致流体运动发生改变。本文模拟了不可压缩粘性导电流体在不同外加条件下的流动状况。模拟结果表明：（1）电磁力与外加磁场和外加电场有关,对于不同的外加磁场和外加电场,导电流体所受到的电磁力作用也不同。对于外加垂直方向均匀磁场的导电流体在两电极间的流动,外加磁场和外加电场越大,电磁力越大;在外加电场和外加磁场相同的情况下,对于不同的进口流动速度,入口速度越大,导电流体的流动受电磁力影响越小。（2）在电极附近会产生端部效应影响导电流体的流动。