电厂孔板下游流动加速腐蚀模拟研究

使用计算流体软件对电厂孔板下游流场进行模拟分析,研究不同流速和不同孔径比对孔板下游流场分布、传质系数的影响规律,并基于所建立的流动加速腐蚀(FAC)过程模型,确定孔板下游的腐蚀行为与流速、孔径比之间的相关性。结果表明:孔径比一定时,孔板下游传质系数和流动加速腐蚀速率随着流速增大整体呈现增大趋势,并且腐蚀峰值出现位置向孔板下游偏移;流体流速一定时,孔径比越小,传质系数和流动加速腐蚀速率越大,腐蚀高发区向孔板方向移动。该模拟结果与实验结果较吻合。     

核电机组二回路碳钢给水管道节流孔板下游流动加速腐蚀数值模拟研究

使用计算流体动力学方法对核电机组二回路碳钢给水管道节流孔板下游的流场分布进行数值模拟,研究了入口流速和倒角角度对节流孔板下游流场和传质系数分布的影响。基于Sanchez-Caldera流动加速腐蚀(FAC)预测模型,计算分析了节流孔板下游FAC速率及分布与入口流速和倒角角度的关联性。结果表明：模拟结果和实验结果趋势基本一致;当倒角角度一定时,传质系数和FAC速率随入口流速的增加整体呈上升趋势,并且FAC速率峰值位置向下游略有偏移;当入口流速一定时,倒角角度的减小使得FAC速率峰值位置向孔板靠近,传质系数和FAC速率峰值在倒角角度为45°时最小。     

水平渐扩管后气固两相流流动特性的试验研究

为研究气固两相流流经水平渐扩管后的流动特性,采用PIV技术对不同粒径固体颗粒、不同气体流量以及不同颗粒入口位置的气固两相流流动工况进行测试。试验发现,在管道截面扩大后,固相的存在明显加快了气相的速度,并且只有一定直径的固相才能使气体获得相对较高的速度;对于同一流量,固相颗粒的入口位置不同,也会对颗粒在管道中的流动速度产生很大的影响。     

微型缩放喷管中氢气/空气预混燃烧实验研究

在最大内径2mm,喉部内径1mm的微型缩放喷管中进行氢气/空气的预混燃烧实验,获取稳燃范围、壁面温度、火焰起始位置等燃烧特性。缩放的喷管结构相比于等直径的圆直管和T形管拓展了稳燃范围,合适的当量比下,入口流速在3.4~41.4m/s的范围内火焰根部能稳定在缩放段燃烧。壁面温度和火焰位置受到流速和当量比的双重影响。壁面温度最大值出现在燃料稍有富余,当量比为1.4时。火焰起始位置随流量的增大向下游移动,随当量比的增大先向上游移动后向下游移动。通过选择合适的当量比和流速,能控制微喷管内的燃烧温度和位置,为微推进、微喷射等系统的设计和改进提供依据。     

电厂管道90°弯头流动加速腐蚀的模拟研究

利用ANSYS软件对电厂实际运行工况中90°弯头流动加速腐蚀进行模拟,得到弯头内部的流场分布,并研究了腐蚀行为与流体流动的相关性。结果表明:弯头内壁腐蚀速率高于弯头外壁,最大腐蚀速率出现在弯头内侧,最小腐蚀速率出现在弯头外侧。     

旋风分离器壁面磨损数值模拟研究

壁面磨损是制约旋风分离器发展的突出问题,基于计算流体力学方法研究入口速度和颗粒粒径对分离器壁面磨损及分离效率的影响。研究发现,环形空间壁面沿圆周方向的磨损速率分布规律不随入口速度变化而改变,180°至260°方位角区间磨损较严重;分离空间筒体壁面的磨损速率沿圆周方向呈现较均匀分布,锥体壁面的磨损速率随高度的减小而增大。不同单一粒径下环形空间壁面沿圆周方向磨损速率先增加后减小,且粒径较大时磨损峰值对应的方位角更小;分离空间壁面磨损速率在锥体下部达到磨损峰值,且在粒径大于30μm时会明显增加。当颗粒粒径处于8～30μm之间时,增大入口速度是提高分离器效率的有效方法;当颗粒粒径大于50μm时分离效率接近100%。     

基于FLUENT的风粉管道风速流场模拟

电站锅炉二次风管道中,难以实现风速的准确测量,其主要原因是由于靠背管的流量系数以及实际安装位置难以有效确定。为了实现二次风速的准确测量,使用流体计算软件FLUENT对二次风管道内不同条件下的风速流场分布进行数值模拟。将模拟条件下的风速与实验获得的风速进行对比分析,选出流量系数的最佳范围;通过数值模拟挡板、弯头对二次风速流场分布的影响,确定靠背管的有效安装位置,从而实现二次风速的准确测量。该方法已在某电厂中得到应用,具有实际工程应用价值。     

弧线管微粒污垢特性的实验研究

微粒污垢的沉积造成换热面流动阻力增大，传热效率降低，腐蚀加剧。文中通过不同流速和微粒浓度下微粒污垢的加速实验，得到了弧线管微粒污垢渐近热阻值和诱导期；同时，用数值方法模拟了弧线管的内部流场和壁面剪切力。结果表明：弧线管微粒污垢的渐近热阻值和诱导期与微粒浓度和流速有关，流速增大、微粒浓度降低，其诱导期延长，渐近污垢热阻减小。而且，在清洁状态、析晶污垢和微粒污垢状态下，弧线管比对应光管都具有良好的传热和阻垢性能，其主要原因是由于弧线管内部流场和壁面剪切力周期性变化所引起的。     

基于量纲分析的滴灌管水头损失预测模型

通过室内试验分析了管长、滴头间距和入口压力3个因素对滴灌管总水头损失的影响,结果表明:滴灌管总水头损失随管长和首部压力的增大、滴头间距的减小而增大,且变化速率随管长增大和滴头间距减小而增大,随首部压力的变化较为稳定,呈现良好的线性相关关系。针对目前滴灌管水力计算需要推求多孔系数、估算扩大系数、计算量大等问题,将影响滴灌管水头损失的基本量滴灌管入口断面平均流速υ0、滴灌管内径D、液体动力黏滞系数ν、重力加速度g、为管道长度L、滴头间距s,运用量纲分析方法导出为四个无量纲量υ0D/ν,υ02/g D,LD/s~2和ε,通过多元回归建立了具有量纲和谐性的滴灌管水头损失计算公式,分析了滴灌管能坡曲线的函数形式,回归得到了水头损失比和沿程压力分布模型。以上模型预测值与实测数据拟合效果良好,可为滴灌系统水力计算及设计提供参考。     

超临界参数CO2在倾斜管内对流换热数值模拟

对倾角为30°的倾斜圆管内超临界参数CO2的对流换热过程进行数值模拟,分析了管壁热流量和入口质量流量对换热特性的影响.利用相对二次流动能定量表示二次流大小,得到了壁温和传热系数周向分布规律以及上母线传热系数、摩擦系数和相对二次流动能K沿管道的分布规律.模拟结果表明,上母线壁温高于下母线,顶部周向壁面温度高于底部,壁面热流量对上母线的传热系数、摩擦系数和相对二次流动能影响较小,入口质量流量对其影响较大.     

非对称入口条件下突扩流动的数值模拟

为了研究非线性所引起的流动多解性现象,采用流甬数方程,对平面二维突扩流动进行数值模拟.控制方程离散时对流项取迎风格式.求解离散方程采用松弛因子为0.4的显式迭代,取得满意的效果.经检验,与Durst F等人的实验结果吻合良好.通过对突扩前断面非对称突扩流动情况进行数值计算,结果表明突扩后流动是否产生偏转主要取决于雷诺数的大小.如Re=10时,流动对称;Re=56时流动基本对称;Re=114时流动明显偏转.如若发生偏转,其方向是随机的,取决于迭代顺序及初值的给定情况.由此证实了非对称突扩流动情况下多解的存在,同时也进一步检验了所提出的数值模拟方法的有效性.     

基于组分输运模型的SCR烟气脱硝系统模拟及优化

采用计算流体力学软件对某600 MW燃煤机组烟气脱硝系统的烟气流场和氨浓度场进行仿真模拟,将不同组分烟气和氨混合物与湍流流动方程耦合求解,得到了系统内的烟气流动和组分分布状况;并根据模拟结果对烟道进行优化。结果表明:在BMCR工况下,3个烟道直角转角处加入渐缩型圆弧导流板,首层催化剂前加入整流格栅,使脱硝装置流速不均匀系数从47.42%降至12.18%,但氨浓度均匀性未满足要求;当整流格栅倾斜角为30°,在烟气脱硝反应器入口拐角处等间距布置3片1/4圆弧导板,烟气流速分布不均匀系数和氨浓度分布不均匀系数分别为8.27%和9.53%,满足技术要求;此外,该方案在不同运行工况下均满足技术要求,因而适用于机组变负荷运行。     

冲击波压力在分叉管道内的传播规律

为研究冲击波在分叉管道内的压力分布和衰减规律,搭建模块化分叉管道模型,进行冲击波传播试验,得到了不同破膜压力和不同分叉角度条件下冲击波在管道内各测点的超压峰值,并利用兰基涅-胡果尼方程插值拟合衰减曲线。使用FLUENT软件的压强速度关联算法对冲击波在管道分叉处的传播过程进行数值模拟,观察管内压力流场分布。得出结论:分叉角度对干管和支管的压力分布有显著影响,冲击波在管道内的衰减速率与破膜压力有关。30°、90°和150°三种分叉管道中,90°分叉管道支管的平台压力最低。同一破膜压力下,支管与干管的衰减速率变化趋势相反。     

燃机电站余热锅炉硫酸露点腐蚀试验研究

硫酸露点腐蚀可导致燃机电站余热锅炉安全性与经济性降低。为探究其机理,结合现场运行工况,按热力学原理计算出了燃机电站余热锅炉凝结硫酸浓度分布值。以此为依据,对余热锅炉常用的20 G钢进行了硫酸露点腐蚀模拟试验;结合电化学工作站、透反射金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）,对20 G钢的电化学性能及表面形貌进行了分析。试验结果表明：低温-低浓度硫酸腐蚀情况比高温-高浓度硫酸腐蚀情况严重,若将给水加热器入口水温提高至80 ℃以上,可减小低温段管道腐蚀速率。     

双相不锈钢管固液两相流动腐蚀的数值模拟

在碳钢流动腐蚀数值模拟的基础上，针对管道流动体系，对固液两相流条件下双相不锈钢的流动腐蚀进行了数值模拟，模拟了固液两相流体动力学过程和双相不锈钢腐蚀动力学过程，模拟计算得到的腐蚀速率与实测值基本一致，表明建立的两相不锈钢流动腐蚀的综合数学模型是正确的，揭示了两相流中双相不锈钢的流动腐蚀机理，并进行了实验验证，两相流中双相不锈钢流动腐蚀的加剧主要是由于颗粒相的存在会大大强化液相流体的流体力学因素，导致钝化膜内传质速度加快所致，计算结果同时也表明。对于表面覆盖有钝化膜的材料的数值模拟，建立合理的流动腐蚀动力学模型是数值计算方法应用成功与否的关键。     

CO_2作输送介质的煤粉高压密相输送实验研究

利用CO2作输送介质进行了干煤粉加压密相输送实验,研究输送管道中物料的流动状况、总输送差压和补充风流量变化对输送特性的影响以及输送水平管中的阻力特性。研究结果表明,以CO2为输送介质的煤粉密相加压输送系统可以稳定、可控运行;补充风流量增大时,煤粉速率通量逐渐减小,表观气速逐渐增大;在相同的表观气速下,压降随着固气比和煤粉速率通量的增大而升高。此外,得到了CO2作输送介质的水平管压降的回归公式,预测值与实验值符合较好。     

LED模块用液冷基板的流道和换热性能研究

针对大功率LED模块用液冷基板,通过理论分析,提出中间入口的S型流道、双S型流道和中间入口的双S型流道3种改进流道结构,并进行数值模拟。模拟结果表明,在相同的入口流速（流量）和入口水温下,中间入口的S型流道具有最佳的流动和换热综合性能;双S型流道性能次之;中间入口的双S型流道压降最小、且随入口流速增长缓慢,具有最佳的流动性能,提高流量时其散热性能可得到显著改善,因而流量可变时,该流道的综合性能最好。     

脱硫塔内烟气流场影响因素数值模拟

采用Fluent软件对某机组脱硫塔内的烟气流场进行了三维数值模拟,研究了浆液喷淋、烟气入口加装挡板和烟气余热利用3个因素对脱硫塔内烟气流场的影响。结果表明:浆液喷淋改善了塔内烟气流场均匀性,减少了塔内烟气回流现象,使烟气出口流速增加了约10%;加装挡板克服了脱硫塔入口区域烟气贴壁流速过高的现象,使得烟气流动更均匀;低温余热利用后,入口烟气的质量流量减少,塔内烟气密度增大,使脱硫塔内的流场分布更均匀,有利于烟气脱硫的进行。     

中心正交旋转管道内流动沸腾特性的数值研究

采用数值方法研究管轴与转轴正交的、匀角速度旋转管道内流动沸腾的流动和传热过程,建立物理模型和数学模型,基于流体体积多相流模型和Realizable k-ε(RKE)湍流模型,结合用户定义函数(user defined function,UDF)添加汽、液质能源项,求解汽液相变过程中的传热传质。结果显示,旋转管道内核态沸腾开始点(onset of nucleate boiling,ONB)发生时的壁面过热度与静止管道差别显著。随着管道转速的提高,ONB分布逐渐远离管道入口端。管道流动沸腾汽液两相流型受热载荷与旋转载荷的耦合影响,任意载荷的增强都会使流型向紊乱趋势发展。根据汽液两相流动及传热特性,分析了发生以上现象的原因。     

SCR反应器入口速度与氨分布不均匀性对脱硝性能的影响

选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)反应器入口参数的不均匀分布会影响其脱硝性能。文中首先建立了SCR催化剂模块单通道内流动传质与反应模型,通过数值模拟获得了各种参数条件下单通道的脱硝性能;在此基础上研究了多通道催化剂床层入口速度和氨的不均匀分布对SCR脱硝性能的影响。研究表明:入口速度和还原剂的不均匀分布会增加反应器出口的氮氧化物浓度与氨逃逸;不同分布形态对脱硝性能的影响有差异;随分布相对偏差的增加,脱硝效率降低、氨逃逸增加,氨分布偏差的影响最为重要;降低空速和提高氨氮比均能增加脱硝效率,但提高氨氮比同时也会造成更多的氨逃逸。在此基础上提出了满足NO_x超低排放需求的入口速度和还原剂分布相对偏差限值设定方法。