合成气非预混燃烧的数值模拟

针对合成气非预混火焰结构开展数值模拟和试验验证,分析天然气改烧合成气后燃烧特性的变化规律.结果表明,大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)在速度分布和温度分布的预测中与试验结果比较吻合,而在对燃烧过程产物(如OH自由基)预测中则与试验结果有所差异.采用数值模拟与试验测量相结合的方法,探讨和分析合成气燃烧特性的变化规律:与天然气火焰相比,合成气燃烧时高温区域更大,火焰稳定性较好;随着当量比提高,燃烧室热负荷不断增大,同时最高回流速度增大,火焰根部受到压缩,逐渐呈现出推举火焰特征.     

改进的Bilger型湍流燃烧反应速率模型及其数值模拟的验证

基于旋涡耗散原理,结合平均生成速率正比于化学计量比下的混合分数的概率密度的理论分析,发展Bilger型燃烧反应速率模型,使之能够模拟富氧和贫氧燃烧工况。模型中利用快速反应假设,辐射由多射线模型模拟,结果与Steckler的燃烧实验数据比较,并与文献中多个模型比较。温度、速度分布以及总体量的比较表明,当前模型比传统的EDM、Brizulea-Bilger模型在模拟贫氧燃烧方面好。对不同模型的应用提出了建议。     

煤粉射流燃烧及火焰传播的大涡仿真

研究煤粉射流燃烧优化控制问题,针对射流速度及挥发份含量对煤粉射流燃烧特性的影响,以小型炉膛模型为研究对象,采用大涡仿真方法(LES)和雷诺平均方法(RANS)对煤粉射流燃烧进行数值仿真,结果能够更精细地反映浓度及温度分布,且能更准确地预测火焰中心位置和炉内回流情况。然后,采用不同射流速度和挥发份含量下炉内流场分布模型特点进行仿真。仿真结果表明,射流速度过大会使火焰中心靠后,火焰直射对墙,造成较大的碰撞损失,分析发现5m/s为最优射流速度。通过不同挥发份含量煤粉对比,发现高挥发份煤的着火距离明显短于低挥发分煤,且在炉膛上部存在强烈的回流,将炉膛中心的高温气流卷吸到喷口附近,从而加快煤粉气流的升温及着火速度。仿真结果可为煤粉射流燃烧的稳定性和系统优化设计提供理论依据。     

合成气一步法制二甲醚分离工艺流程优化模拟

为获得合成气经浆态床一步合成二甲醚最优的分离流程和工艺参数,运用化工流程模拟软件Aspen Plus对3种分离工艺过程进行了模拟分析。提出用水吸收一步反应气相产物中的二甲醚,再用两个精馏塔分离吸收液的工艺流程,模拟过程中汽液相平衡采用NRTL热力学模型。对从吸收液中分离二甲醚的3种方法进行了模拟计算值的比较,并与文献中的实验值做了比较,最后采用了先通过第一精馏塔塔顶分离出CO₂,塔底出甲醇和二甲醚,再通过第二精馏塔分离二甲醚和甲醇的方法。此种分离流程可使二甲醚的回收率达到91.1%,产品浓度达到99.96%,高于文献报道的结果。并对吸收塔的温度、操作压力、液气比、塔板数等参数以及2个精馏塔的温度、压力、塔板数等参数进行了优化模拟,确定了优化的工艺和设备参数。最优的分离流程尚需经过回收率和操作费用综合经济核算来确定。     

湍流燃烧反应数值模拟的研究与实现

基于开源计算流体力学平台OpenFOAM和化学动力反应模型库Cantera设计出定常可压缩的湍流燃烧反应解算器,使用该解算器对Sydney钝体驻定火焰HM1进行数值模拟,模拟采用煤气和空气的详细反应机理,并根据计算结果得到燃烧流动组分浓度分布图和温度曲线变化图.通过计算结果与实验数据对比分析表明,模拟效果较好的符合燃烧组分变化的研究要求,这说明设计的解算器对定长可压缩燃烧流动问题有很好的计算仿真效果,体现了其可行性.湍流燃烧流动解算器的设计对于燃烧室性能预估有一定的参考价值.     

物体燃烧模拟方法的研究

物体燃烧是个极其复杂的过程,物体的种类不同,燃烧时的具体变化也不尽相同.简要介绍火焰和烟雾的生成模拟方法;重点研究近年来木棒、纸张等固体物体燃烧模拟的方法,侧重于物体自身在燃烧过程中的变化特点和真实过程;比较各种方法的优势及其特点;关注未来的研究工作需要重点加以关切的几个方面;介绍今后需要进一步努力和完善的一些工作思路.     

基于CFX的燃油燃气锅炉炉膛内燃烧传热的数值模拟

在锅炉设计过程中由于试验和测量的条件受到种种限制,本文提出采用数值传热学理论来模拟炉膛内火焰温度场、速度场变化,分析可能出现的问题,加快设计速度。本项研究中,采用ICEMCFD造型和划分网格,最后在CFX中进行模拟计算。     

基于机群的湍流燃烧数值模拟平台的构建与应用

首先对机群系统的特点和软硬件配置环境进行阐述,然后基于MPI和开源工具OpenFOAM实现一个计算流体力学机群系统的搭建,并对这个机群系统的性能和并行效率进行测试和分析。通过利用此机群系统对湍流燃烧流动反应进行数值模拟及并行计算得到模拟效果的三维流场。实验结果表明,该机群系统针对湍流燃烧数值模拟可以明显提高计算效率并得到较好的仿真效果。     

X总线控制器的功能模拟验证

X总线控制器是时分多路复用串行数据总线控制系统的核心部分,工作模式复杂,功能众多。针对X总线控制器的特点,设计了它的功能模拟验证策略和方案:基于离散事件的事件调度策略,采用芯片级和系统级的验证方法,较好地完成了X总线控制器的功能模拟验证。     

合成气一步法制二甲醚过程热力学模拟的研究

使用美国商用过程模拟软件PRO/Ⅱ,根据最小化青布斯自由能方法,研究合成气一步法制二甲醚过程的热力学模拟.考察温度、压力、合成气组成等因素对热力学平衡条件下一氧化碳转化率、二甲醚选择性和产率的影响,为二甲醚合成过程反应器的模拟计算和开发,提供理论依据.结果表明:低温高压有利于二甲醚的合成;为提高一氧化碳的转化率,最佳的氢炭比为1.4～2.0;在一定范围内二氧化碳含量对热力学平衡组成的影响不大,而水蒸气不利于合成反应.模拟与固定床微反装置的实验结果比较,不分伯仲.     

自熔式燃硫炉燃烧过程的数值模拟

以数值模拟自熔式燃硫炉燃烧室内湍流燃烧过程.考察不同过量空气系数α对出口组分摩尔浓度的影响,求出最佳过量空气系数α为1.6;通过对α为1.6时燃烧过程的速度场、温度场及组分浓度场分析,结果表明:自熔式燃硫炉中各组分混合效果不均匀,燃烧效果不理想,出口中含有较多对生产有害的S2、SO3气体.模拟结果为自熔式燃硫炉的改进提供参考.     

小型柴油机EGR+富氧燃烧排放特性的数值模拟

运用了三维仿真软件AVL FIRE v2014中的ESE模块[1],建立了小型单缸直喷式柴油机的几何模型和计算网格;通过设定合适的边界条件、初始条件以及计算步长,选取喷雾、燃烧、排放等模型,并在此基础上调整各参数,构建了合适的模拟平台。研究了小型柴油机在富氧,富氧+EGR(进气中掺入CO2)以及单独使用EGR三种情况下的排放特性,得出了EGR协同富氧燃烧有利于尾气排放的控制,综合考虑颗粒物和NOx两种有害物的排放,进一步得出了21%EGR(CO2)+23%富氧含量是改善小型柴油机排放的理想匹配。     

脉冲防暴水炮近流场的数值模拟

为研究脉冲防暴水炮非稳态气液两相射流的雾化机理,采用一方程大涡模拟耦合有界压缩型VOF方法构建数值计算模型,对近流场进行数值模拟。从喷雾形态看,由数值模拟得到的气液两相界面分布图与近流场的高速摄影图像相符程度较高。对两者进行分析比较后发现,在近流场中高压气体膨胀为射流发展的主要动因。     

基于纯模拟与实物模拟的闭环DCS设计验证

传统的DCS(分布式控制系统)设计验证主要通过运行离散的测试脚本实现,该方法虽然简单易实施,但无法对连续变化的工艺系统进行有效测试,且测试脚本的完整覆盖性不易证明.该文设计了一套包括离散脚本测试、纯模拟方法与实物模拟方法的闭环验证体系,将DCS的组态算法通过仪控仿真平台与实物控制器的方式实现,分别与工艺系统过程模型组成...     

警用脉冲防暴水炮管外动力过程数值模拟

为研究脉冲防暴水炮发射后在管外的动力过程,在Open FOAM软件上利用LES和VOF相耦合的方法对脉冲防暴水炮气液两相流流动过程作数值模拟。对水炮发射过程及其在距端口1.5m范围内的压力分布和速度分布做了分析。用SAMPLE软件对流场数据进行了采样,得到了用其它手段难以获得的数据。模拟表明,液柱形状急剧变化,首先形成蘑菇形,接着被压缩成半球形,在球形内部压力的作用下,半球形液弹被压缩成弧形。压力的作用距离集中在距端口300mm范围内,并很快降到了0.4MPa以下,其间因为压力有一个二次突然释放的过程,造成了二次喷射现象。速度是一个急剧先增加后减小的过程。所采用的圆柱式喷嘴使压力和速度下降太快,不利于提高水炮射程,需要改用其它类型的喷嘴。     

微处理器功能验证的模拟加速方法

复杂微处理器的功能验证是当前主要的设计瓶颈．为提高验证效率,提出了自验证和混合模型模拟两种模拟加速方法．前者通过实现验证流程的自动化来提高验证效率,其有效性正比于激励空间的规模,反比于单个向量的平均模拟时间;后者则通过模拟不同抽象层次子模块模型组成的系统,将全芯片网表的验证时间从子模块数的指数关系降低到线性关系．该方法的有效性和可行性在32位处理器的设计实践中得到了验证．