阳台喷射羽流热动力特性的数值研究

阳台喷射羽流是中庭建筑火灾中烟气羽流的主要形式,正确理解阳台烟气羽流的热动力特性是防排烟系统设计的关键.通过数值模拟方法对不同结构形式的阳台喷射羽流的热动力特性进行了研究,并与早期的研究结果进行了对比.结果表明,在描述羽流的卷吸行为时,卷吸系数的值取0.11更接近实际.当喷射羽流接近于二维流动时,Poreh模型和Thomas-1998模型的计算结果更为合理.     

均匀环境中气泡羽流的数值模拟

以往对气泡羽流的理论分析,主要集中在半经验性的积分模型方面,对其流动结构揭示很少．应用作者给出的气－液两相流两方程湍流模型及混合有限分析法,对静止均匀环境中两种类型的气泡羽流进行数值模拟和分析．相对各种积分模型,这种模拟气泡羽流的微分方程方法具有较强的预报性和普遍的适应性．数值计算结果与实验相比,吻合很好,从而也验证了湍流模型的正确有效性．     

均匀环境中气泡羽流的数值模拟

以往对气泡羽流的理论分析,主要集中在半径验性的积分模型方面,对其流动结构揭示很少。应用作者给出的气－液两相流程湍流模型及混合有限分析法,对静止均匀环境中两种类型的气泡羽流进行数值模拟和分析,相对各种积分模型,这种模拟气泡羽流的微分方程方法具有较强的预报性和普遍的适应性,数值计算结果与实验相比,吻合很好,从而也验证了湍流模的正确有效笥。     

不同进料方式下气液喷射器内流体流动和混合特征

利用Fluent模拟了喷射器内气液两相在不同进料方式下(气体进口中心线与液体进口中心线偏移量不同)的流体力学和混合特征。其中A方式偏移2.5 mm;B方式偏移0 mm;C方式偏移4.0 mm,此时气体与液体完全相切进料。结果表明:在相同的喷嘴速度时,A方式下喷射器压力降与空气卷吸量最大,C方式下气体和液体的碰撞机会少于其他进料方式,压力和空气卷吸量最小,B方式下喷射器压力降与空气卷吸量居中;而混合效果随着偏移量由大到小(C、B、A)依次增强,但是增强效果不很明显。同时,还以C方式为例讨论了喷射器内喷嘴速度与压力降及空气卷吸量的关系,两者都随着喷嘴速度的增大而增大,且喷射器的压力降与空气卷吸量呈显著的线性相关,相关系数高达0.984。根据模拟结果分析,当3种进料方式压力降相同时,C方式气体卷吸量最大,即相同喷射性能时C方式的能量损失最小。     

非通风控制燃烧的火灾中窗羽流的温度分布特性

为研究非通风控制燃烧的火灾中窗羽流的温度分布特性,通过数值模拟和实验研究的手段对起火房间为非通风控制燃烧时窗羽流的温度分布特性进行了研究,探讨了火源功率和建筑外窗宽度对窗羽流温度分布特性的影响,得到了羽流中心断面量纲一的最高温度随高度的变化规律.研究结果表明:随着外窗宽度的增加,窗羽流呈现出贴附羽流的特性,羽流高温区接近外立面,火灾向上层蔓延的危险性加大.外窗宽度较窄时,不同高度断面上中心羽流温度的水平分布接近于高斯分布,最高温度远离外立面.由于卷吸特性的不同,窗羽流中心断面最高温度随高度的变化趋势介于线羽流和轴对称羽流之间.     

连续液柱流自由表面非平衡绝热蒸发

分析连续液柱流自由表面绝热蒸发过程并进行了数值模拟,获得了汽液界面温度及蒸发通量分布规律。结果显示表面非平衡蒸发过程速率仅为按热力学平衡条件下最大理论计算量的20%,并且受液柱内部向自由表面传热控制。表面蒸发过程迅速衰减,当x/L=0.5,表面释放的蒸发热与液柱内部过热量之比水ηx(蒸发进程)仅为0.25,蒸发进程已接近尾声,揭示了强化液柱表面更新是强化该过程的主要因素。本模型计算结果得到了单液柱流绝热真空蒸发实验数据的验证,蒸发速率模拟值与实验值相对误差小于10%。     

线接触微极流体弹流润滑及其完全数值解

本文应用A.C.Eringen的微极流体理论,对含有固体微粒添加剂的润滑流体进行线接触弹流润滑理论分析。对于不可压缩的微极流体,采用Newton-Raphson法求得等温弹流润滑的完全数值解,从而获得不同工况下弹流润滑的压力分布和油膜形状。计算结果表明,微极流体较之牛顿流体,其压力分布无明显改变,而油膜厚度则显著增加。     

应用混合微粒群算法优化设计热油管道

考虑到年输量随油田产量和市场需求的影响而随机变化的实际,采用最佳平方逼近法确定热油管道的设计输量,在此基础上建立了包含年输量模型和参数优化模型的热油管道优化设计两级递阶模型.用微粒群算法和混合离散变量随机搜索法构成的混合微粒群算法解热油管道的参数优化模型,实现了热油管道的整体优化设计.算例表明,该综合算法优化设计热油管道得到的方案比单一采用离散变量随机搜索法、离散变量复合型法和基本的微粒群算法计算得到的方案更能节约年费用,且考虑年输量随机变化的管道设计方案更符合热油管道运行的工程实际.     

新型撞击流混合器的速度场测试初探

为进一步分析撞击流混合器混合机理,进行撞击流混合器内流体速度场实验研究.利用三维粒子动态分析仪(3D PDA)对撞击流混合器内部速度场进行测量,同时对测量系统装置和测量基本原理及实验方法进行介绍,给出混合器内流场平均流速、脉动速度等的实验结果.结果表明:撞击区外围时均流速、脉动速度等均呈规律性变化,而撞击区速度分布随时间表现为明显的脉动.     

基于不同进化模型的双群交换微粒群优化算法

针对标准微粒群优化算法(PSO)在全局优化过程中容易陷入局部极值的问题,分析了标准微粒群优化算法早熟收敛的原因,提出了一种新的基于不同进化模型的双群交换技术的改进微粒群优化算法.该方法将微粒分成两个大小相同的分群,其中第一分群采用标准PSO模型进化,第二分群采用cognition only模型进化.两个分群每选代一次后,将第一分群的适应值最差的微粒与第二分群的适应值最优的微粒进行交换,以提高种群的多样性,改善算法的收敛性.与其它双群算法相比,该算法概念简单,程序实现容易.与标准微粒群优化算法相比.全局寻优能力更强,函数测试结果表明,提出的双群交换微粒群优化算法的收敛性能明显优于标准PSO算法.     

Numerical simulation of air entrainment and suppression in pump sump

The dynamics of air entrainment and suppression schemes in a pump sump are investigated. Four different turbulence models(standard k-ε model, realizable k-ε model, renormalization group(RNG) k-ε model and shear-stress transport(SST) k-ω model) and the volume of fluid(VOF) multiphase model are employed to simulate the three-dimensional unsteady turbulent flow in a pump sump. The dynamic processes of air entrainment are simulated under conditions of relatively high discharge and low submergence; the mechanism of air entrainment is discussed in detail. Then suppression means for air entrainment is adopted by placing a circular plate on the intake pipe at three different heights. The results show: the position and structure of the free-surface vortices, sidewall-attached vortices, back wall-attached vortices, and floor-attached vortices calculated by SST k-ω turbulence model agree well with the experimental data. The two main contributors for air entrainment are pressure difference and vortex strength. By placing a circular plate in the middle of the intake pipe under water, air entrainment is suppressed because vortex strength is reduced.     

Free-surface air entrainment in open-channel flows

In hydraulic engineering,free-surface aeration is a natural phenomenon occurring in smooth channel flows.In self-aerated flows,a key aspect that has not yet been well understood is the formation mechanism of free-surface air entrainment.In this research,the process of free-surface entrapped deformation is analyzed theoretically and the critical radius of curvature for air entrainment is obtained,affected by flow mean velocity and depth.When the severity of local free-surface deformation exceeds the critical condition,the entrapped free surface encounters closure in the unstable deformation movement process,resulting in air entrainment.This inference agrees well with observed experimental results that are obtained from the processes of surface entrapped deformation and air entrainment captured by a high-speed camera-based data acquisition system.This agreement indicates that self-aeration occurs in low-velocity open-channel flows.It is also confirmed that free-surface turbulent deformation provides a mechanism for air entrainment.     

Fluid mechanics of ventilation system generated by buoyancy and momentum sources and experiments research

This paper presents fluid mechanics of ventilation system formed by the momentum source and the buoyancy source,which investigates inter-action between the plume and the non-isothermal air jet since buoyancy source is produced by the plume and momentum source is generated by the air jet,respectively. The interaction is discussed by a mathematical model,an idealized situation of the plume rising from a point heat source of buoyancy alone-in particular the initial momentum flux at the source is zero. Furthermore,the paper discusses the effects of the parameters such as strength of source,air-flow volume and air-flow velocity used in the mathematical-physical model. Considering the effect of the plume generated by the indoor heat source,one expression of trajectory of the non-isothermal air jet produced by jet diffuser is deduced. And field-experiment has also been carried out to illustrate the effect on flowing-action of the air jet and validate the theoretical work. It can be concluded that the heat sources do have effect on the flowing-action of the air jet,and the effect mainly depends on the interaction produced by the plume and the air jet. The results show that the thermal buoyant effect of plumes on the air jet should be taken into account if the indoor heat sources are large enough. Numerical simulation is conducted and coincides with the experimental results as well.     

光角散射法测量气固两相自由射流中颗粒运动的速度

气固两相等温自由射流的研究对改善煤粉喷射燃烧效率,提高燃料利用率具有重要意义。为测量两相等温自由射流中颗粒相的速度场,作者根据Mie散射理论设计建立了一套激光角散射测速装置,并用该装置在气固两相流试验台上进行了颗粒运动速度的测量。试验物料采用氧化铝粉末,筛分范围为48～153μm。实测结果与毕托管测得的单相气流速度分布进行了比较,两者相吻合。可以预期在结构工艺上加以完善即可用于生产过程。     

一种具有随机变异性质的粒子群协同优化算法

给出了一种具有随机变异特性的改进型粒子群协同优化算法,该算法克服了传统粒子群算法易陷入局部最优解且后续迭代过程速度慢的缺点.在迭代过程中,粒子的变异概率取决于粒子的适应度值以及当前所有粒子的聚集度.通过变异,粒子可有效地探索新的空间领域,从而可以有效地避免陷入局部最优解.Benchmark函数实验结果表明,优化后的粒子群算法比传统粒子群算法具有较快的收敛速度和较高的全局收敛能力.     

基于粒子系统的降雪过程模拟

对降雪现象的模拟,可以大大提高三维场景的真实感.粒子系统是实时模拟降雪效果的一种有效方法.本文基于粒子系统的基本原理建立了雪粒子系统模型,模型分析了雪粒子的属性、雪粒子的运动及雪粒子的绘制等,并提出了基于粒子系统和OpenGL的降雪实时模拟生成算法.实现结果表明,该方法可以实时绘制出比较真实的降雪现象.     

喷嘴排列方式对气举提升性能的影响

实验研究了喷嘴的不同排列方式和进气量对气举提升管出口端的排水量、排沙量、沙颗粒浓度和提升效率的影响。实验结果表明,喷嘴的不同排列方式和进气量对气举提升性能有显著影响。在进气量一定的情况下,选择合理的排列方式可以获得较好的提升效果;而随着进气量的增加,反映气举提升性能的各项参数基本呈现出先增大后减小的趋势,但各量峰值对应的进气量不尽相同。     

变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能实验研究

设计了一种用于液固循环流化床换热装置的变孔径颗粒分布板,在具有18根换热管的实验装置上,利用自行研制的CCD图像采集系统对安装该分布板的颗粒分布性能进行了测试,考察了颗粒体积分率、循环流量等对颗粒分布性能的影响.实验结果表明:在流化床的进口段管箱内安装变孔径分布板时,随着固体颗粒体积分率的增加,颗粒浓度径向分布明显趋于均匀;在同一分布板安装高度下,大流量更易于实现颗粒的均匀分布,并且使得颗粒流速在床层截面的径向分布较为均匀.结果证明变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能优良,为液固循环流化床换热装置的工程设计提供了参考.     

在飞行模拟器中实现雪的实时模拟

基于粒子系统和空气动力学效应对下雪这一自然现象进行了实时仿真,建立了一个风的模型,把雪的运动看作风的运动和雪的自由落体的综合运动。根据雪粒子的自然属性和飞行模拟实际的视景需求,简化了数学计算,模拟了下雪这一特殊气象。最后对粒子间的碰撞做了简要介绍。     

金刚石粉/环氧树脂胶粘剂的导热性能

以金刚石粉、环氧树脂E-20、甲醚化氨基树脂、助剂制备成导热绝缘胶粘剂,在130℃保温30 min,210℃保温10 min固化.胶粘剂固化后导热系数随金刚石粉体积含量增加先增大后减少,存在一个极大值.相同金刚石粉体积含量下,较大粒径的金刚石粉之间能形成更好的物理接触,有利于导热性能的提高.用常用经验导热模型拟合胶粘剂固化后的导热系数结果表明:在金刚石粉体积分数小于16.6%时,Maxwell方程能较好拟合胶粘剂的导热系数;体积分数为16.6%～44.7%时,Bruggeman和Agari模型能较好地描述胶粘剂的导热系数.