结构参数对超疏水微通道湍流阻力特性的影响

为研究湍流状态下结构参数对超疏水微通道阻力特性的影响,采用VOF模型和Realizable k-ε湍流模型对具有横向微观结构的超疏水表面微通道流场进行了三维数值模拟。结果表明,具有横向微观结构的超疏水表面微通道产生了增阻现象;无量纲压降比和微通道平均摩擦因子均随凹槽宽度增大而减小,当凹槽宽度增大到某一值时出现减阻的效果,但受凹槽深度的影响不显著;随微通道高度、宽度增加,无量纲压降比和微通道平均摩擦因子均降低。     

往复热循环多孔介质燃烧点火特性数值模拟

采用无量纲形式,以有限容积法为基础,对往复式热循环多孔介质燃烧系统点火燃烧特性进行数值模拟,分析不同点火位置对多孔介质燃烧过程中点火燃烧演变过程、燃烧稳定状态、及点燃燃气热值的影响。指出在点火燃烧演变过程中,各点火位置下的温度分布经历明显演变过程,燃烧火焰位置均逐渐向“特定位置”移动;燃烧稳定时,火焰位置相互重合,预热区温度和峰值温度基本不变,点火位置向燃烧蓄热器中心靠近,蓄热区域内温度越高,直接点燃燃气热值越低。     

固体氧化物燃料电池肋的模拟研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)肋尺寸对电池性能影响巨大。现今文献都是针对某一接触电阻对肋尺寸进行优化,然而实际电堆中接触电阻不是一个固定值,因此需要找到不同接触电阻时合适的肋宽度。采用数值模拟的方法,研究不同接触电阻时肋宽度对电池性能的影响,得到不同相对误差时,阳极肋和阴极肋宽度的取值范围。进一步分析发现当相对误差一定时,阳极肋最大值和最小值分别与循环单元宽度呈线性关系,阴极肋最大值和最小值分别与循环单元宽度呈二次方关系,为今后燃料电池肋的设计提供指导。     

CFB锅炉温度场及氧量场测试与数值模拟

对某循环流化床锅炉炉内温度场及氧量场进行了测试研究,利用数值模拟软件对锅炉的燃烧过程进行了模拟。结果显示,炉膛温度沿炉膛高度分布较为均匀,锅炉设计时稀相区的温度可采用一个固定值代替,距离壁面1 m以上距离的温度变化很小且趋于恒定,锅炉设计时可以用炉膛中心温度作为设计温度;氧气浓度分布规律沿炉膛宽度方向呈近似“M”型分布,炉膛中心和壁面氧浓度低。软件模拟结果与测试结果也基本吻合。研究结果可为掌握循环流化床锅炉温度场及氧量场的基本规律、提高锅炉燃烧效率提供帮助,同时也可为大型循环流化床锅炉的设计和理论研究提供参考。     

火焰中心高度对W型火焰锅炉燃烧影响的数值模拟研究

火焰中心位置是影响W型锅炉燃烧的重要因素.利用数值模拟技术对某电厂300MW机组W型火焰锅炉炉内燃烧进行了3个工况的计算.通过分析各个工况下炉内温度场、侧墙结渣原因、Nox排放量以及炉膛出口处飞灰含碳量得出,炉内火焰中心位置下移时,下炉膛内温度水平升高,侧墙附近和炉膛中部压差减小,Nox排放量明显降低,炉膛出口处飞灰含碳量基本上呈线性降低.     

微尺度燃烧中的温度及热回流分布

以氢气/空气预混气在2mm等径石英管中的当量比燃烧为对象,采用试验和数值模拟相结合的方法研究燃烧器及其内部的温度及温度梯度,分析热回流在来流气预热中的作用。在管子上游入口段,燃烧器外壁温度随环境热风温度和气流总流量的变化不大;最高外壁温度则随热风温度和气流总量的增加而明显升高。外壁上的热回流区域随着气流总流量增加而延长。在燃烧区域附近,管壁温度沿径向向外递减,温度轴向梯度可达105K/m,形成更强热回流。在燃烧器内部,径向截面上的气体最高温度点随着气流流动不断从外侧向中心移动直到燃烧区域,温度梯度可达106K/m。对于入口预热段和燃烧段中的未燃预混气体,从入口温度升到着火温度的热量主要来自上游火焰的热回流、外侧高温气体的预热和外侧火焰面的预热,前两者都源自气体或管壁的热回流。     

线板型静电除尘器的电场、流场与颗粒浓度分布的数值模拟

为了深入研究颗粒在静电除尘器内的传输行为,采用开源软件OpenFOAM计算了Maxwell方程组、连续方程、动量方程、颗粒荷电和输运方程,分析线板型静电除尘器内电场、流场和颗粒浓度分布的特点.结果 表明,电势、流场和收尘效率的预测值与实验数据符合良好.在线板型静电除尘器内,电势和电荷密度以电晕线为中心呈对称分布,流场和颗粒浓度场以电晕线连线为对称轴基本呈对称分布.静电除尘器的收尘率随板间距的增加而减小,随电晕线间距的增加先增加后减小.当表示电场力与惯性力之比的无量纲准数MEHD和表示惯性力与黏性力之比的雷诺数Re的平方之比NEHD/Re2＜ 1.31×10-8时,静电除尘器内漩涡几乎消失,一次流占主导地位.当NEHD/Re2＞3.35×10-6时,静电除尘器内流场出现多个大尺度漩涡,电子风占主导地位.当NEHD/Re2＞ 3.35×10-6或NEHD/Re2 ＜3.35×10-8时,大涡模拟和k-ε湍流模型预测的收尘效率相同;当1.31×10-8＜NEHD/Re2＜3.35×10-6之间时,大涡模拟和k-ε湍流模型预测的收尘效率存在较大差异.     

圆管湍流脉动流动与换热的数值模拟

利用标准k-e模型结合脉动燃烧器尾管的实验参数进行湍流脉动流动与换热的数值模拟,通过修正模型内的冯?卡门常数建立适用于实验条件下的脉动流动的湍流计算模型,并研究脉动湍流中压力振幅和频率对湍流流动和换热特性的影响。研究发现：符合实验条件下的冯?卡门常数范围为0.48~0.52;脉动瞬时截面上的速度在靠近壁面附近出现峰值且速度变化较大;速度与温度分布呈周期性变化;压力振幅越大,速度和温度波动范围就越大,频率越大,速度和温度的波动范围则越小;壁面摩擦系数随着压力振幅的增加而减小,随着频率的增加而增大;壁面平均对流换热系数随压力振幅的增加而增大,随频率的增加而减小。     

撞击流气流床气化炉内火焰截面温度场研究

基于对气化火焰结构特征的假设,以Planck辐射定律和计算机层析成像技术为理论基础,建立了一种采用普通面阵CCD测量气化火焰截面温度场的方法。火焰监测系统安装在气化炉顶部以拍摄炉膛火焰。结果表明,四喷嘴撞击火焰较为规则,四股火焰相互抑制,撞击火焰集中在炉膛中心。重建出的火焰温度分布与气化火焰结构很吻合,且呈现为十字型结构,中心温度高,边缘温度低。火焰中心截面温度场的主体范围为1 700~2 050 ℃。计算温度与测量温度的相对误差小于±6.4%,符合工程应用的要求。     

燃气涡轮导叶冷却结构设计及数值模拟

为设计一套适用于燃气轮机第1级涡轮导叶的高效冷却结构,将一套涡轮传热设计方案应用于涡轮导叶冷却结构设计中,数值模拟结果表明:中后部冲击射流能够有效冲刷叶片内表面,降低了叶片吸力侧中部壁面温度,同时形成较大漩涡结构降低压力侧中部的壁面温度;通过设计,得出冷却结构最大外壁面无量纲温度为0.849,冷却效率为0.651,设计目标冷却气体的流量为127 g/s,实际流量93 g/s;采用该设计流程能够有效降低冷却结构设计的盲目性,使冷却结构设计更加灵活方便。     

螺旋肋片同心套管相变储热单元储热特性分析与结构参数优化

以填充棕榈酸的同心套管相变储热单元为研究对象。建立储热性能试验系统,并应用数值模拟方法模拟相变传热过程。通过实验与模拟结果对比,验证数值计算方法的准确性。研究了螺旋肋片结构对储热单元的强化传热特性,以及无量纲螺距和无量纲肋高对熔化过程的影响。研究结果表明:螺旋肋片结构在肋片导热和相变材料局部自然对流的共同作用机制下显著缩短充热时间,熔化速率呈先增大后减小的趋势;减小螺距、增加肋高可缩短充热时间,但减少储热量;综合充热时间、储热量和平均热流密度分析,通过单因素优化获得无量纲螺距和肋高的参数组合为0.24和0.59,该结构下充热时长240min,平均热流密度1056W/m2。     

600MW四角切圆燃烧锅炉富氧燃烧的数值模拟

为了研究煤粉锅炉的传热特性,控制燃煤污染物排放,阐述了600 MW四角切圆煤粉锅炉炉内的流动、传热与燃烧过程的数值模拟方法,通过Gambit软件建立炉膛的三维结构及网格生成,在FLUENT软件中选择合理的数学模型,分别进行了空气气氛和富氧气氛下炉内煤粉燃烧的数值模拟过程。模拟结果表明:O2/CO2气氛下,CO2具有较高的比热容,炉膛内烟气的蓄热能力及着火热增加,炉膛整体温度下降,火焰中心上移;随着氧气浓度的提高,煤粉的燃烧得到强化,炉内温度升高,炉内高温区变大,火焰中心逐渐下移,有利于煤粉的着火和燃烧。     

紫铜搅拌摩擦焊的温度场测试及数值模拟

针对T2紫铜的搅拌摩擦焊技术,对紫铜搅拌摩擦焊温度场进行了数值模拟和实验验证.结果表明,对于紫铜搅拌摩擦焊,焊接时工件温度较高,焊接区最高温度接近700℃,温度分布以搅拌头为中心,呈放射状向四周逐步降温.     

缝隙式喷口600MW超临界W火焰锅炉改造前后燃烧特性的试验与数值计算研究

对一台缝隙式喷口600MW超临界W火焰锅炉进行改造,并对改造前后的燃烧性能进行了现场测试和数值模拟研究。试验结果表明:改进煤粉浓淡分离方式、优化风率分配和喷口结构可以提高浓相侧煤粉浓度,显著缩短浓相侧煤粉气流着火距离,减小火焰下冲深度,降低冷灰斗区域温度。数值计算进一步发现结构和运行参数优化后锅炉整体流场分布更为对称,颗粒大部分集中于浓相侧。燃烧器分开布置后沿炉膛宽度方向输入热量更加均衡,有利增强锅炉运行的安全性。     

预混气体在泡沫陶瓷多孔介质燃烧温度分布与火焰面移动特性

为了解多孔介质内预混燃烧的温度特性和火焰面传播特性,采用红外热像仪对不同当量比和进口气体速度的甲烷/空气预混气体在泡沫陶瓷多孔介质内的燃烧进行试验研究。泡沫陶瓷材料采用碳化硅、氧化铝和氧化锆,泡沫陶瓷孔径采用394、787和1 181PPM。结果表明,火焰面移动速度和当量比呈反比,受进口气体速度的影响不明显;火焰可以向上游或向下游传播,火焰面移动速度范围为0.35~0.38 mm/s;确定了不同材料和孔径的泡沫陶瓷内的驻定燃烧当量比和自稳定当量比范围。     

回热型静止式热磁发电机中的换热和回热分析

静止式热磁发电机因结构简单、可靠性高等优势而在低品位热源利用领域具有重要的发展前景,但热磁材料热容导致的无效吸热量严重制约了热磁发电机效率的提升。为了克服这一难题,提出一种采用交变流动换热的静止式热磁发电机,其特有的回热结构,有望显著降低换热器的换热量,进而提升整机热效率。首先介绍回热型静止式热磁发电机的整机结构,然后对其回热的实现机理进行了深入分析,并通过理论分析和数值模拟考察了其换热、回热性能与流道结构尺寸、运行参数的关系。结果表明,其换热性能与无量纲缓冲区长度和无量纲流体振幅均呈正比,而回热性能与无量纲流体振幅呈反比。进一步的数值模拟表明,其换热和回热性能随频率的降低而显著提升。在频率为0.2Hz时,该结构可使热磁发电的热效率提升1.5倍,但其回热性能仍有很大的提升空间。     

典型高风险植被火条件下导线——板间隙击穿特性

为准确评估山火条件下架空输电线路的跳闸风险,提升电网安全运行水平,文中对南方电网典型高风险植被火条件下导线—板间隙击穿特性进行了研究。搭建模拟植被火燃烧特征试验平台和模拟山火间隙击穿试验平台,研究了云南松、水杉、速生桉、灌木和茅草5种植被的火焰燃烧特征参数和间隙击穿特性,对不同植被的火焰温度、火焰高度、灰分含量和可燃物热值与导线—板间隙击穿特性的关系进行研究。研究结果表明上述因素与间隙平均击穿电压梯度近似呈线性关系,并拟合得到其多元线性回归公式。使用熵权法得到火焰温度在植被燃烧特征中所占权重最高,上述5种植被中云南松的山火跳闸风险最高。文章研究结果可为架空输电线路山火跳闸风险评估提供参考。     

乙烯与乙烷层流预混火焰碳烟生成特性实验研究

采用稳定滞止火焰探针取样方法和扫描电迁移率粒径谱仪对以乙烯和乙烷层流预混火焰碳烟生成分别进行了实验研究。并利用考虑辐射修正后的OPPDIF程序以及USC mech II机理进行了模拟来辅助分析实验结果。探究了两种燃料的碳烟颗粒粒径分布的演变规律以及对比了两者碳烟生成的异同。结果表明,相同碳氧比和相同最大火焰温度情况下,两者的碳烟粒径分布随高度的变化规律趋势一致,只是乙烷火焰相对于乙烯火焰,粒径分布在火焰高度上有1~2mm的偏差。基于对火焰场温度和组分分布的分析,发现这个差别是由于两种燃料火焰场在相同高度,反应时间和温度的偏差导致。     

磁光式电流互感器相对误差影响因素分析

通过对基于改进型双光路检测法的磁光式电流互感器(MOCT)工作原理的研究,指出MOCT输出信号受工作波长波动及起偏器与检偏器透光轴交角误差的影响。分析了MOCT输出信号满足IEC60044-8标准中0.2级和0.5级准确度要求时,不同工作中心波长情况下工作波长改变量和透光轴交角误差的变化范围和趋势,分析表明,MOCT可承受的工作波长变化范围随着工作中心波长的增大而增大;一次侧额定电流为100 A小电流时,工作中心波长的改变对MOCT可承受的透光轴交角误差范围影响不明显,一次侧额定电流为2000 A大电流时,影响较明显。研究了输出信号相对误差与工作波长改变量及交角误差的关系,研究表明输出信号相对误差与工作波长改变量呈线性关系,与交角误差呈非线性关系。     

V型火焰燃烧法合成碳纳米管的数值模拟

燃烧法合成碳纳米管是一个全新的技术和研究领域,有极大的发展前景.提出了V型火焰合成碳纳米管的方案,并利用FLUENT软件对其燃烧过程进行了数值模拟.经过对几种模拟的结果进行分析和比较,结果表明:模拟结果所设的边界条件有利于碳纳米管的生成,可应用于进行实验的理论指导.所得出的结论与理论推断基本上相吻合,而且几种形态的结果理论上相互统一.通过对数值计算结果与相关文献比较,验证了计算结果的合理性与可用性."热解"火焰把热和合成碳纳米管过程分开,可在范围较大的热解区域收集碳纳米管.V型热解火焰的易于稳定、控制,可能是实现工业放大的一种比较合适的方式.数值模拟研究结果将对实验提供预期参考和帮助.