罐式炉内石油焦煅烧过程的二维传热传质数学模型

建立24罐8层火道顺流式罐式炉温度场、残余挥发分浓度场的二维数学模型,模型中包含多孔介质渗流传热模型、固相活塞流模型、异相热解反应动力学模型及等效热流密度边界模型4个部分,并通过该模型研究罐式炉中石油焦热解传质传热过程。结果表明:在给定工况下,石油焦挥发分热解反应主要在二至五层火道高度对应的料罐内进行;在六至八层火道高度对应的料罐内,形成长度约为2.0 m的高温煅烧带(T1423 K),满足石油焦进一步聚合并实现碳结构重排的煅烧温度要求。经生产数据对比验证表明:该模型基本能够反映炉内温度的分布情况,可为罐式炉的温度自动化调控提供一定的理论依据。     

整体叶盘回转辅助水平振动式抛磨的颗粒力学行为仿真分析

针对目前抛磨整体叶盘存在的加工效率低、均匀一致性差等加工难题,采用回转辅助水平振动式滚磨光整加工工艺对整体叶盘进行抛磨加工。基于离散元法模拟加工过程中颗粒的作用行为,探究颗粒对整体叶盘的作用行为特征、作用力变化规律、作用力分布特征。结果表明:颗粒在整体叶盘流道区域与两侧无工件区域具有不同的运动特征,两侧颗粒仅能作用于整体叶盘的两侧区域;整体叶盘回转过程中,叶片在进出流场区域时会受到一些突变力的作用,沿回转方向叶片表面受力呈先增大后减小趋势,而且改变回转方向影响颗粒对叶背、叶盆的作用力波动幅度;颗粒对叶片表面的作用力存在明显的强弱差异,作用力RSD值在30%～60%,叶背强作用力主要集中于进气及叶尖区域,叶盆强作用力主要集中于排气及叶尖区域。      

不同边界条件下消失模铸造泡沫珠粒射料充填数值模拟研究

建立了欧拉/拉格朗日离散颗粒模型,采用数值模拟方法,研究消失模铸造泡沫珠粒射料充填过程中稠密气固两相流动的流体动力特性.对每个颗粒进行编号追踪,后处理采用不同的颜色分布显示颗粒的编号区段,在不同边界条件下研究射料充填过程中颗粒的分布位置并进行对比,表明该方法可以有效地模拟射料充填过程中泡沫珠粒的运动.     

钨粉包套等径角挤压致密行为的介观尺度分析

基于离散单元法理论,建立纯钨粉末多孔材料等径角挤压的离散元模型,并对其进行单道次变形行为和致密行为的数值模拟和实验,获得了变形中颗粒簇流动过程、速度场、接触力链、致密行为等相关场量变化规律。结果表明,标记颗粒在剪切区的流动过程反映了颗粒簇在剪切力作用下的变形规律;试样头部形状及变形中内转角处的间隙都与内外转角处的速度分布不均有关;经一道次挤压后颗粒间孔隙数量减少,致密度提高,材料性能得到改善。实验结果与模拟结果较为一致,证明了所建模型的可靠性。     

不同冷却水流速度下的铸轧辊套温度分析

利用ANSYS有限元软件对铸轧辊套建立二维模型,模拟铸轧辊套在铸轧过程中的温度场分布。通过分析不同冷却水流速度下铸轧辊套温度场分布,揭示在镁合金双辊铸轧过程中不同冷却水流速度对铸轧辊套冷却的影响规律,为工业生产提供重要的参考依据。     

不同排气塞数量下的泡沫模样的射料充填数值模拟

建立了欧拉/拉格朗日离散颗粒模型,采用数值模拟方法,研究消失模铸造泡沫珠粒射料充填过程中稠密气/固两相流动的流体动力特性。泡沫珠粒的运动与气相压力分布密切相关,泡沫珠粒充填过程中在排气塞附近区域形成型腔内外压力差,是珠粒充填的动力。在其他条件相同时,对3种不同排气条件下的射料充填过程进行了数值模拟,结果表明,排气不畅时射料充填过程持续时间最长,易在型腔内的高压区出现充填不密实的现象。     

消失模铸造中泡沫塑料珠粒射料充填过程的数值模拟及其应用

采用欧拉-拉格朗日方法建立了消失模珠粒射料充填过程的数学模型,模型中把空气处理成连续介质,采用SIMPLE方法在欧拉网格中求解气相连续方程和动量方程;珠粒为离散颗粒,其运动遵循牛顿运动定律。对操纵杆壳体铸件的射料充填过程进行了数值模拟,模拟结果中的珠粒体积分数低的区域和实际充填过程中的充填疏松的缺陷位置一致。并用数值模拟方法改进了模具结构,消除了充填疏松缺陷。     

基于DSMC-CFD方法的气固两相流冲蚀预测研究

目的 研究气固两相流中固体颗粒间碰撞对冲蚀的影响。方法 使用Eulerian-Lagrangian方法，将气相作为连续相，通过Navier-Stokes方程求解，颗粒平移运动由离散相模型（DPM）求解。颗粒间碰撞运动采用直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法进行模拟，用少量采样颗粒代替真实颗粒计算颗粒间碰撞，碰撞的发生条件通过修正的Nanbu方法判定，碰撞过程遵循颗粒间碰撞动力学模型，采用Grant-Tabakoff随机颗粒-壁面碰撞反弹模型，计算颗粒与壁面的碰撞运动。将颗粒运动信息导入5种不同的冲蚀模型，并将计算与未计算颗粒间碰撞的冲蚀预测模拟结果与实验数据进行对比。结果 颗粒间碰撞位置主要分布在90°弯头外拱侧的颗粒高浓度区，随着颗粒质量流量的增大，颗粒碰撞次数增加，且直管段中碰撞次数占比增大。随着入口速度的增大，颗粒碰撞次数减少。使用DSMC-CFD方法计算的最大冲蚀位置沿弯管外拱轴线向高角度方向偏移，且数值比忽略颗粒间碰撞的CFD方法约低5%~15%，总冲蚀率则两者区别不大。结论 引入DSMC方法计算颗粒间的碰撞，可以节省大量算力。弯管处发生颗粒间碰撞，DSMC-CFD冲蚀预测方法更符合实际，使用DSMC-CFD方法的Oka模型与实验测得值最贴近。     

消失模铸造泡沫珠粒射料充填过程的三维数值模拟

建立了欧拉/拉格朗日离散颗粒模型,采用数值模拟方法,研究了消失模铸造泡沫珠粒射料充填过程中稠密气固两相流动的流体动力特性,并将数值模拟结果与试验结果进行对比,表明该方法可以有效地模拟射料充填过程中泡沫珠粒的运动.     

基于离散单元法的粉末高速压制流动过程模拟

将离散单元法应用于粉末高速压制流动过程研究,以模拟粉体流动的非连续特性。将粉末视为粘弹性的离散颗粒,推导了力与位移表达的粉末高速压制粘弹性本构关系,建立了粉末高速压制成形颗粒流动的离散单元法控制方程;并给出了该模型的动态松弛法求解过程。基于离散单元法求解器PFC软件,对粉末高速压制成形过程颗粒流动情况及密度分布进行了模拟,模拟结果与实验结果较吻合。分析了阻尼系数变化对求解过程的敛散性和压坯密度分布的影响     

Ag-Cu钎料粉末压制致密化行为

采用离散元软件EDEM,基于Hysteretic Spring接触模型,对BAg72Cu28和BAg47Cu53钎料压制成形过程进行模拟,并对BAg47Cu53钎料进行低速压制实验。分析了钎料压制的成形机理、速度场特性及压制速度、摩擦系数对压坯致密度的影响。结果表明:压制初期上部粉末速度最大,压制中后期中部粉末速度最大,压坯致密度分布特性与中后期速度场特性一致;压制相同致密度的压坯,高速压制比低速压制的致密度均匀性更高;颗粒间摩擦系数越低,压坯致密度均匀性越高,相同压制力下摩擦系数越低,压坯致密度越高;除松装状态下,BAg47Cu53钎料低速压制的压坯致密度的模拟值与实验值误差小于6%,Hysteretic Spring接触模型进行钎料压制模拟具有较高的模拟精度。     

SiCp复合材料筒状件中增强颗粒分布的数值模拟

对离心铸造SiCp/ZL 104、ZL109复合材料筒状件的颗粒在离心场中的运动特征进行了研究和数值模拟,并将实验结果与模拟结果进行对比.结果表明:在筒状零件的壁厚方向,形成两个区域,颗粒绝大部分偏聚在壁厚的外侧,形成颗粒偏聚区;在壁厚的内侧,基本没有颗粒,是合金基体区,两种结果在颗粒层厚度方面吻合;高温浇注可制备颗粒呈骤变分布的梯度功能复合材料.     

水平振动抛磨颗粒介质流场特性分析

目的 探索不同振动参数下水平振动抛磨颗粒介质的流动模式和流场特性.方法 基于离散元法(DEM),对水平振动抛磨工艺下的颗粒介质运动特性进行模拟,分析颗粒介质的流场特征和不同参数下颗粒介质的流态变化,研究颗粒介质床层高度比、空区变化和对流面积比对整个颗粒系统对流强度的影响,以及颗粒介质的平均速度对流场的影响,并通过高速摄影速度测试实验验证模拟的有效性.结果 在外部振动作用下,颗粒介质流场可分为对流区、混流区和稳流区3个区域.随着频率的增加,颗粒介质的平均速度在18 Hz达到最大,然后减小.随着振幅的增加,颗粒介质的平均速度增大.颗粒介质的床层高度比、空区和对流面积比的变化与平均速度随振动参数的变化趋势一致.结论 随着振幅增大或是频率达到18 Hz左右时,平均速度变大,颗粒介质床层逐渐由上层到下层从只有稳流类固态转变为有对流与混流的类液态.颗粒介质的平均速度与对流强度的变化趋势一致,因此可通过前者预测后者的变化,而且增加振幅比增加频率能够更有效地提升对流的流化程度.     

罐式炉内石油焦层高温煅烧带迁移数值模拟

针对高温下石油焦层挥发分析出、渗流传质传热问题,结合多孔介质气固耦合机理建立了罐式炉煅烧石油焦过程的三维数学模型。该模型采用双流体模型描述石油焦煅烧热解过程,采用有限速率/涡耗散燃烧模型、标准湍流方程、DO辐射模型描述火道中挥发分燃烧及热交换过程,并利用该模型研究料罐中高温煅烧带迁移规律。结果表明:在给定工况条件下,随着单罐单位排料量由75 kg/h增加至115 kg/h,高温煅烧带(1373 K)由L6区域下移至消失,且其长度由2.0 m缩短至0 m;随着生焦中挥发分含量由7%增加至15%,高温煅烧带由L8区域上移至L6区域,且其长度由0 m增加至3.02 m;随着空气过量系数由1.05增加至1.60,高温煅烧带由L5区域下移至消失且其长度由3.02 m缩短至0 m。     

煅烧炉水套内漏维修措施及成本分析

对罐式煅烧炉冷却水套运行过程中发生的常见故障进行了介绍,并给出了相应的维护措施,同时也对相应的维修成本进行了分析和说明,延长了罐式煅烧炉使用寿命,降低了企业生产成本,增加了经济效益。     

超音速火焰喷涂气固两相流的数值模拟

从两相流的基本理论和输运方程出发,建立超音速火焰喷涂过程的气固两相流场的数学模型,以FLUENT软件为计算平台,采用k-ε湍流模型模拟湍流流动,采用非预混燃烧模型设置反应过程,模拟气态流场的流动特性,研究喷涂过程中燃烧反应、燃烧物质含量比等参数对气态流场的影响;采用离散相模型中颗粒随机跟踪轨道模型计算喷涂颗粒的动力学飞行行为,研究颗粒大小与颗粒注射速度对颗粒动力学行为的影响,为以后喷涂工艺参数的选取和FLUENT在喷涂模拟中的广泛应用提供有用信息.结果表明:当煤油与氧气含量比为3时,焰流速度与温度场最好;随颗粒直径的增大,颗粒的加速度减小;速度为25 m/s以上的颗粒出现了与壁面的撞击行为.     

基于边界元法的站场阴极保护数值模拟软件设计与开发

边界元法在阴极保护电位分布计算方面有着明显的优势,采用边界元法对数值模型边界进行离散,计算节点少,计算速率快。站场阴极保护数值模拟软件基于边界元法对站场阴极保护电位分布进行计算,得到可视化结果,通过该结果可以发现屏蔽和干扰位置,对辅助阳极位置进行优化,从而解决站场阴极保护系统腐蚀区域不能预测的困难,使站场阴极保护系统工程更加合理有效。     

我国延迟石油焦原料现状及煅烧对策

由于延迟石油焦原料的粉料较多,导致在回转窑煅烧工艺过程中实收率降低。建议采用罐式煅烧炉工艺或者粉料成球＋回转窑煅烧工艺,以提高延迟石油焦的煅烧实收率。     

基于DEM法氢气直接还原竖炉内物料运动行为研究

H2作为还原剂在竖炉内生产直接还原铁,可降低炼铁过程中的碳耗并减少CO2排放。物料运动行为直接影响到氢气直接还原竖炉内反应及生产效率。本文通过离散单元法建立竖炉内炉料颗粒运动三维模型,针对不同高度条件下炉内物料运动行为进行模拟仿真。研究表明氢气竖炉由于高度较低,下层物料运动速率分布不均匀性更显著,在竖炉下部,物料下降速率由中心向边缘处逐渐降低,为氢气直接还原竖炉炉型及设备设计提供理论指导。     

基于多相流模拟的水力旋流器内依赖于粒度的颗粒流动行为（英文）

为研究水力旋流器内不同粒度颗粒的流动行为,设计了这样一个过程:将具有一定粒度分布的颗粒群注入一个具有稳定流场与空气柱的直径为100 mm的水力旋流器中,并通过瞬态求解器来模拟这一过程。通过比较分级效率结果,用实验验证了数值模拟所选择的数值模型。模拟过程表明:相比于粗颗粒与细颗粒,接近分离粒度的25μm石英颗粒需要消耗更多的时间在旋流器的出口形成稳定的质量流率。随着粒度从5μm增加到25μm,处于内旋流中的颗粒需要更多的时间才能进入溢流管。25μm石英颗粒在上升至溢流管的过程中在径向上朝外运动,这与5μm和15μm石英颗粒向上运动时紧紧包围空气柱的现象刚好相反。研究结果表明:颗粒在旋流器内的流动行为是依赖于颗粒粒度的。