放射性气载流出物取样代表性分析

为获取核设施放射性气载流出物单点连续监测取样位置,提出基于随机轨道模型(DRW)的气-固多相湍流耦合方法求解代表性取样区域。借助k-epsilon湍流模型模拟连续相,并引入离散颗粒模型(DPM)模拟离散相,建立基于DRW模型的排风管道内流道气-固多相湍流耦合计算模型,计算了核设施气载流出物在管道内流道流场分布规律,分析了内流道流体气旋角、气流速度、示踪气体浓度、气溶胶粒子浓度与管道高度间的关联关系。分析结果表明,随着截面高度的增加,气旋角、气流速度变异系数(COV)、示踪气体浓度COV及示踪气体浓度最大值与平均值的偏差逐渐降低并趋于稳定,气溶胶粒子浓度COV在截面6与截面8满足取样代表性要求;基于计算流体动力学方法可快速地确定出代表性取样位置,为气载流出物单点取样现场试验提供了理论参考依据。     

TEPA/MCM-41固体胺吸附剂的制备及其CO_2吸附性能研究

制备了具有高CO_2吸附性能的TEPA/MCM-41固体胺吸附剂,并采用N_2物理吸脱附、XRD、FTIR、EA、TG-DSC等方法对其进行系统表征。采用重量法测试了吸附剂的吸附与循环稳定性能。结果表明,吸附温度为75℃,CO_2/N_2(体积比12%/88%)的气氛条件下,60%TEPA/MCM-41的吸附量最高为123.24 mg/g,经5次循环吸脱附后,CO_2吸附量降低约7.8%。同时借助计算流体动力学(CFD)对吸附过程进行了模拟,研究结果对吸附剂的设计与反应器的开发具有一定的指导意义。     

冷却风机性能试验的仿真计算方法研究

针对冷却风机在设计优化过程中存在试验成本高和效率低等缺点,课题组提出了基于CFD的风机性能试验仿真方法。冷却风机性能试验仿真以CATIA建模软件和FLUENT流体仿真软件为基础,通过CFD计算,实现对冷却风机气动性能参数的分析与研究。仿真的湍流模型采用RNGκ-ε模型,旋转模型采用MRF多重参考坐标系模型,求解方法选用SIMPLE算法。通过仿真数据与试验数据的对比,得出各性能参数的仿真误差均在9%以下,仿真精度在可接受范围内。研究结果表明:冷却风机性能试验仿真的条件设置和计算方法可以满足一般工程应用;仿真模型具有一定的应用价值,可以利用其研究冷却风机的气动性能。     

液动压悬浮抛光固液两相流CFD数值模拟及PIV验证

针对液动压悬浮抛光固-液两相流中固相颗粒与工件表面撞击的过程,对不同加工工况下的固相颗粒与工件表面的撞击角度和速度进行了研究。采用计算流体力学方法建立了液动压悬浮抛光流场的三维模型,并输出了固相颗粒撞击工件表面的速度场;同时使用粒子图像测速方法对不同工况下的抛光流场进行了试验观测。研究结果表明:CFD模拟获得的撞击速度值与PIV观测值非常接近,且随转速增加,PIV观测值受固相颗粒之间的撞击效应影响越大;抛光过程中固相颗粒撞击工件表面的角度非常小,近似于在工件表面平行摩擦,且抛光盘转速和抛光液浓度对撞击角度的影响很小。     

下击暴流作用下定日镜表面风压数值模拟研究

为了研究下击暴流作用下塔式太阳能定日镜表面的风压分布特征,文章采用计算流体动力学方法对下击暴流作用下,不同径向位置和不同工作俯仰角的定日镜表面风压进行了数值模拟,并将模拟结果与大气边界层近地风作用下定日镜表面的风压特性进行了比较分析。分析结果表明:当定日镜正常工作时,下击暴流作用下,迎风面风压呈现出中间高两边低的分布趋势,风压峰值位于定日镜中部,背风面风压中间低两边高;随着俯仰角逐渐增大,下击暴流作用下,定日镜迎风面压力峰值中心从定日镜下边缘逐渐上移,最大压力值和高压区范围也逐渐增大,背风面负压值逐渐减小且谷值中心逐渐下移;与常规风相比,下击暴流作用下,定日镜表面风压受径向距离影响明显,当镜面垂直于地面时,定日镜迎风面和背风面表面风压随着定日镜与下击暴流风暴中心之间径向距离的增大而减小;在定日镜抗雷暴下击暴流强风的设计过程中,须要考虑下击暴流和常规风的速度场、气压场的不同,及其所导致的定日镜表面风压分布特征的变化。     

萃取塔数学模型及过程强化的若干研究进展

萃取塔因生产能力大、占地面积小、密闭性好等优点，在石油、化工、生物、医药和环境工程等多领域被广泛应用。本文从以下几个方面介绍了萃取塔近些年的研究进展：综述了传统萃取塔（脉冲萃取塔、转盘塔与Kühni塔等）的水力学、轴向扩散与传质模型的发展，分析比较了表面张力、传质方向、放大效应等因素对模型的影响；介绍了计算流体动力学（CFD）在萃取塔中单液滴、单相流模拟、液-液两相流模拟、外加能量模拟、与群体平衡模型（PBM）耦合模拟中的应用进展；介绍了国内外设计开发的新型萃取塔，包括改变传统塔的内构件和引入多种外场能量等方式来强化相间传质。研究表明，将先进实验研究方法、准确经验模型和可靠理论计算相结合，将会是萃取塔研究的重要手段和方向。     

口门布置对港池消波和环流的影响研究

针对避风港港池内的波流影响船舶安全等问题,用计算流体动力学模型,分别模拟了避风港口门相对于码头的5种位置布局和三种口门宽度(20、40、60 m)工况下,港池外波高分别为1、2、4 m的规则波传入港池后波浪消减率及可能形成的环流危险区域,模拟结果表明:港池口门偏离码头角度最大时,港池内波浪消减率最大,是较适宜的口门位置;在此条件下,口门越窄,环流区越多,不利于船舶安全,限制了通航能力。研究发现口门宽度为40 m时,既能保证船舶进港率,又能保障港池安全,在此基础上提出了合理的进出港航线。     

控制棒落棒动力学数值计算

控制棒在安全停堆时的下落时间和下落规律是核电厂安全分析的重要参数。本文针对一种超临界水冷堆控制棒组件，采用计算流体动力学（CFD）瞬态动网格数值分析方法研究某控制棒的下落过程，分析其流场演化规律，并得到了控制棒下落过程中位移随时间、速度随时间及加速度随时间的变化规律。同时，研究了控制棒、通道发生变形时对控制棒下落规律的影响。本文的计算方法及结果对控制棒结构优化具有指导意义。      

固体氧化物电解池尺寸对其性能的影响

固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolysis Cell,SOEC)电堆是高温水蒸气电解(High Temperature Electrolysis System,HTSE)制氢系统的核心反应器,由多片单电池串联组装而成。单电池的尺寸制约着单位有效面积上SOEC电堆的电化学制氢性能,进而影响着HTSE制氢装置的系统复杂程度和成本。基于计算流体力学软件建立了平板式SOEC电解池三维模型,采用平面尺寸为4 cm×4 cm、8 cm×8 cm和16 cm×16 cm的电解池,研究其尺寸对电解反应特性的影响。结果表明:工作电压低于热中性电压时,电解池尺寸对电解性能影响不大。当工作电压高于热中性电压时,电解池尺寸越大时电解电流密度越大;然而电解池中温度和电流密度分布的均匀性也会随着电解池的尺寸增大而变差,即产生明显的梯度分布。通过适当增大所通入的H_2O/H_2混合气体量即减小H_2O的整体反应比可以缓解由电解池尺寸的增大引起的温度和电流密度梯度分布。经过计算分析可知,对于有效面积为16 cm×16 cm的电解池,当反应物中水蒸气整体反应比为70%时,在1.34 V的电解电压下,电解电流密度可以达到8 033 A·m~(-2),且电解池中的温度和电流密度分布均匀性均有所改善。