气固两相圆柱绕流转捩两种模式的三维直接数值模拟

该文对随空间发展模式的三维气固两相圆柱绕流中颗粒与流体的单相耦合作用进行了直接数值模拟。气相流场采用高精度紧致差分方法的数值方法对N-S方程组进行直接求解,计算颗粒场时,选取Stokes数等于0．01、1、10的颗粒,采用Lagarangian方法跟踪其运动。颗粒与壁面采用了弹性碰撞的方法来模拟。重点考察了颗粒相受两种模式下拟序结构的作用,分析了不同Stokes数的颗粒扩散受其相应流场特性的影响。数值结果表明,颗粒扩散受两种模式的影响很大。在相同的Stokes数下,B模式下的颗粒场纵向和横向扩散要高于受A模式影响的颗粒场；而在相同雷诺数下,Stokes数越大,横向扩散越小,纵向扩散越大。     

直接数值模拟三维气固两相混合层中颗粒与流体的双向耦合

该文对随时间发展模式的三维气固两相混合层中颗粒与流体的双相偶合作用进行了直接数值模拟。气相流场采用拟谱方法对N—S方程组进行直接求解，计算颗粒场时，选取Stokes数等于5的颗粒，采用Lagrangian方法跟踪其运动。重点考察了颗粒相与流体相间的相互作用，分析了不同质量携带率的颗粒对流场特性的修正以及对颗粒扩散的影响。模拟结果表明：混合层流动在考虑颗粒的反作用时大涡结构的卷起和配对仍然占支配地位：颗粒延滞了混合层中大涡结构的发展，降低了大涡结构的长度尺寸；在大涡卷起过程中，颗粒会衰减气相湍流的能量，衰减的程度随颗粒质量携带率的增大而增大。而在大涡配对过程中，颗粒使气相湍流的能量增加，并且增加的程度随颗粒质量携带率的增大而增大。此外，颗粒的出现，增加了流体的混合程度，削弱了颗粒在流场中的扩散程度。     

采用颗粒团离散单元方法研究颗粒浓度的非均匀分布

气固两相流中尤其是稠密气固两相流中颗粒浓度在空间的分布总是非均匀，局部颗粒聚集。该文直接以颗粒团为研究对象，采用颗粒团离散单元方法(DEM)，建立非球形颗粒团的运动碰撞的模型与算法，基于真实碰撞，跟踪每个颗粒团的运动，模拟3种均匀或非均匀流场内的颗粒团运动经历。计算结果展现了颗粒浓度非均匀局部聚集的过程，揭示不同工况下流场中颗粒团的大小，颗粒分布及局部颗粒聚集的规律，结果表明在均匀流场中，颗粒均匀密集，非均匀流场中，颗粒浓度的非均匀性加剧。所得计算结果合理，与前人的模拟结果及实验结果相符。同时计算表明，采用颗粒团DEM模型能真实地揭示稠密气固两相流的特性，并使计算量有效减少。     

燃烧室三维流场数值模拟中伪扩散问题的研究

从理论分析、数值试验和实例模拟三个方面分别研究了锅炉燃烧室三维流场数值模拟中出现的伪扩散问题,探讨了伪扩散产生的机理、不同差分格式对伪扩散的影响、以及伪扩散对四角切圆燃烧锅炉燃烧室流动模拟精度的影响。模拟过程中运用了k-ε双方程湍流模型和SIMPLER算法。最后对HG-2008／18.2-HM3型锅炉的冷态试验台进行了实例模拟。模拟结果表明模拟数据与实验数据符合较好,采用适当的高阶差分格式可以减小伪扩散在三维流场数值模拟中的影响,提高模拟结果的精度。     

300MW汽轮机凝汽器喉部出口流场的三维数值模拟

为了减少占地面积,国产优化引进型300MW汽轮机将压力最低的2个低压加热器放置于凝汽器喉部,从而导致汽轮机喉部流场出现不均匀,最终导致凝汽器热负荷的不均匀。文中采用κ-ε模型并结合壁面函数法,利用SIMPLEC 算法编程,对300 MW汽轮机喉部流场进行了三维数值模拟,分析了凝汽器喉部出口流场的不均匀性和造成流场不均匀的原因。结果表明,由于内置式低压加热器的影响和凝汽器喉部棱台扩散的作用,使凝汽器喉部出口流场的速度分布产生很大的不均匀性。汽流在低压加热器两侧形成局部的高速区,并延续到喉部出口截面。同时,在低压加热器的正下方形成低速涡流区,在喉部斜壁下方也产生一定的回流,并且在靠近凝汽器入口截面的4个角处形成低速区。对该凝汽器喉部流场的三维数值模拟结果,有助于了解具有内置式低压加热器凝汽器喉部汽流的流动机理,为凝汽器喉部的设计和改造以及汽轮机的经济运行奠定一定的基础。     

凝汽器喉部扩散角对其性能的影响研究

该文利用直接模拟蒙特卡罗数值模拟方法，分析了凝汽器喉部扩散角度对其汽阻以及流场均匀性和稳定性的影响。通过计算和理论分析，得到了喉部压力损失随喉部扩散角的变化关系，并提出了临界扩散角的概念；分析和比较了不同喉部扩散角时的喉部出口流场分布。最后，从这两方面对汽轮机凝汽器喉部的扩散角进行了优化分析，得到结论：在临界扩散角以下适当扩大喉部扩散角可以有效地减小汽阻，而小的喉部扩散角可以带来更均匀的出口流场。     

喷动流化床颗粒混合特性的三维直接数值模拟

采用离散元方法,对喷动流化床内的颗粒混合特性进行了三维直接数值模拟。气相场采用欧拉方法,固相场采用拉格朗日方法;对每一个颗粒考虑了碰撞力、携带力和重力;颗粒碰撞采用软球模型。模拟喷动流化床上下两层颗粒的运动和混合过程,揭示颗粒的混合机制,同时提出表征颗粒混合质量的重要特征参数,并考察了喷动气速和流化气速对颗粒混合的影响。结果表明：由喷动气射流带动而形成的颗粒内循环是颗粒混合的机制;增加喷动气速度和流化气速度均有助于颗粒混合,使颗粒达到完全混合的时间减少且混合更均匀。     

凝汽器喉部的三维数值研究

采用SIMPLE算法和k-ε模型,对一凝汽器喉部建立数值模型。对低压加热器在凝汽器喉部不同布置方式、不同布置位置进行了三维的数值模拟,得到喉部流场的速度分布情况。表明无论低加在凝汽器喉部采取何种布置形式,都会对喉部流场的速度分布的不均匀性产生极大影响;在扩散角的影响下,低加横向布置速度流场的均匀性略优于纵向布置;在布置位置较低时,喉部出口流场较其布置在较高位置均匀,但通过改变低加布置高度对喉部流场的改善并不明显。     

锅炉烟气绕换热器管道的直接数值模拟

采用直接数值模拟方法对含尘烟气经过受热面管道的气相场和颗粒场进行了数值计算,讨论了管壁后涡结构的脱落,同时分析了灰粒与受热面管壁的碰撞与磨损问题.认为随雷诺数的增加,漩涡脱落频率也随之增加,并得出二维流场向三维转捩的临界雷诺数为170～180.得出灰粒尺寸是影响碰撞频率和磨损率的一个主要因素,随粒径的增大,灰粒与壁面的碰撞频率呈指数增长.颗粒的冲击角度在20.左右颗粒对壁面的冲蚀率最大.     

蛇形流场PEMFC性能影响因素的数值模拟

为了研究蛇形流场质子交换膜燃料电池(PEMFC)的输出性能,分析其性能的影响因素,寻找改善其性能的方法和途径。基于多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics,建立了包括阴阳极流道、扩散层、催化层及质子交换膜在内的完整的PEM燃料电池三维全流场稳态模型,在COMSOL中利用该模型对蛇形流场PEMFC进行了数值模拟和分析。模拟结果得出了在工作电压为0.7 V的条件下,蛇形流场的流型以及质子交换膜的电导率对PEMFC输出性能的影响。分析表明三蛇形流场的性能优于单蛇形流场;随着质子交换膜电导率的增大,膜内传质得以改善,可以降低传质过程中的电阻损耗,提高燃料电池的性能。模拟结果对于改善PEMFC整体性能有着重要的指导意义。     

复合绝缘子表面湿润积污过程的数值模拟方法

为深入了解绝缘子外部在湿润条件下的积污机理,基于计算流体力学原理CFD建立了求解湿润气象条件下复合绝缘子外部三维两相粘性不可压缩湍流流场的基本控制方程组和尘埃颗粒对流扩散的基本方程,提出应用CFD软件Fluent可对复合绝缘子表面固体尘埃颗粒湿沉降过程进行动态模拟的一般方法。结果表明:不同伞裙结构的复合绝缘子水滴撞击特性和尘埃颗粒对流扩散特性不同;绝缘子外流场尘埃颗粒的湿沉降过程可以简化为气液两相湍流和尘埃颗粒对流扩散的耦合问题;水滴的碰撞系数E,伞裙和杆径区域的烟灰(粒子)浓度c,一定程度上反映复合绝缘子是否容易积污以及覆冰和发生冰棱桥接。     

空气的压缩性对湍流边界层流场时均量的影响

为研究空气的压缩性对湍流边界层流场时均量的影响,对来流Mach数(Ma)分别为0.058、0.233、0.466、0.874和1.457的二维、定常边界层湍流流场进行了数值模拟计算。结果表明:空气的压缩性对速度边界层和温度边界层粘性底层区速度和温度分布影响较小,但会使完全湍流区速度和速度梯度、温度和温度梯度变大;对分子扩散过程影响极小,而对湍流扩散过程影响较大;当局部Reynolds数大于1×106且来流Ma大于0.466时,使得平板局部摩擦阻力系数较不可压缩态变小,而局部传热系数较不可压缩态变大。比较模拟计算结果和不可压缩态下经验公式的计算结果表明,模拟计算结果真实可靠。     

火电厂SCR烟气脱硝反应器模拟系统设计与应用

针对现有火电厂SCR烟气脱硝反应器内催化剂前端烟气与氨混合不均的技术难题,开发了一套用于研究各种负荷工况下不同导流板结构布置对反应器内烟气流场、氨气及飞灰浓度场等影响的专用模拟系统。系统采用模块化结构,能对不同容量、不同燃烧方式、不同煤种的燃煤锅炉烟气脱硝反应器内多种物理场进行模拟,并可同时进行定量测试、自动数据采集与分析、可视化观察,为大型燃煤锅炉烟气脱硝装置的优化设计提供试验研究平台。     

Mathematical modeling of powder paint particle trajectories inelectrostatic painting

The trajectories of charged powder particles in an electrostatic powder coating system were modeled considering electrical and fluid forces. The mathematical model employed an iterative technique wherein the charge simulation method was used to compute the electric field strength and the method of characteristics was used to compute the charge density in the gun-to-target region. The fluid flow between the electrostatic gun and the target was modeled using interpolated experimental data assuming stagnation point flow. Particle trajectories were simulated for size range 10-40 μm and charge-to-mass ratios of -0.1 to -1 μC/g. The simulation results showed good agreement with experimental data (charge and mass measurements) at several collection points on the painting target and provided valuable information concerning particle deposition     

CFD技术在平直和锯齿形板翅式换热器设计中的运用

传统的板翅式换热器设计一般是依靠简单的流动与传热理论分析来设计其结构形式,有周期长、投资大和研究结构有限的缺点。而通过计算流体力学(CFD)模拟计算可以在获得直观结果的同时大幅度地减少试验工作量。本文针对平直形和锯齿形两种不同翅片,通过对模型的合理简化,建立了翅片的物理模型,利用CFD软件FLUENT进行了模拟。计算得到了平直翅片和锯齿形片翅中流体的流场分布和传热特性,给出了两种情况下的局部换热系数和压力损失曲线。利用本文建立的模型,只需在计算时改变流体的材料和边界条件,就可以得到不同工质在不同工况时的换热情况。研究结果可以用于翅片结构的优化,为换热器设计提供指导。     

过滤除尘器细微通道的微观结构分析及数值模拟方法研究

对移动颗粒层过滤除尘器和陶瓷过滤除尘器的除尘机理及细微通道的微观结构进行了分析,基于过滤除尘器细微通道几何形状的复杂性,采用格子气和格子Boltzmann方法对通道内气固两相流动和细微通道内的气固两相流动进行了模拟。研究结果表明,格子气和格子Blotzmann方法能够很好地用于模拟复杂几何形状细微通道内流体流动特性。     

PEMFC燃料供给系统的仿真与优化

燃料供给系统对保障电池系统性能及产业推广具有重要意义.通过计算流体力学数值仿真方法,分析燃料供给的浓度、流道非均匀截面增压结构设计和压力降(压降)控制对电池性能的影响.提高氧气供给浓度,增大阳极氢气的相对湿度,电池表现出较优的性能.提出一种蛇形流道与平行流道相结合的复合流道结构设计,在阳极流道放置一个增压结构,能控制燃...     

炉内流场中复杂结构喷嘴射流的近流线数值模拟

采用独立开发的近流线数值模拟方法,对大型四角切圆炉膛中具有复杂结构喷嘴射流的炉内流场进行了数值模拟,同时与三维热线风速仪的测量结果相对照,证明了该数值模拟方法较好地解决了在计算区域由于合速度方向与网格线方向之间有较大夹角而产生的伪扩散问题,并详细地模拟了复杂的燃烧器喷嘴结构和炉膛的大切角结构,准确地反映了复杂的燃烧器喷嘴射流和实际炉内燃烧区域的流场特征,较好的实现了近流线的数值计算。     

大型燃气轮机余热锅炉进口烟道速度均匀性研究

通过对燃气轮机出口与锅炉本体进口之间过渡烟道的数值模拟，得出不同仰角上面板烟道出口的速度分布。根据出口速度均匀性，确定了最佳仰角。此外，对非均速进口气流流经锅炉管束时的流场也进行了数值模拟，结果表明：大约经过4～5排管子，主气流速度即趋于均匀。在管箱顶部和底部，存在局部高速区，易造成管子磨损。这些结论已用于燃机余热锅炉的设计，并取得良好效果，使烟气均匀性问题得到解决。