焦炉燃烧室-炭化室耦合热过程模拟研究

利用仿真软件,模拟了结焦周期内焦炉燃烧室-炭化室耦合热过程,获取了炭化室内焦炭温度随时间的变化趋势,分析燃烧室内的温度场、流场,进一步探讨了燃料种类、供热结构等因素对焦饼温度场和结焦时间的影响。结果表明:模拟结果与测量数据、设计数据吻合较好,验证了数理模型的可靠性和准确性,多点供热结构较好改善了高向加热均匀性,改善了煤饼中心高向温差,优化了焦炉的运行。     

高温换热器多场耦合数值模拟研究

建立了高温换热器流动和传热的数值模型,对5种不同工况条件下的换热器进行了数值模拟,得到换热器的流动和传热特性;在ANSYS软件中建立换热器管束三维有限元模型,通过ANSYS CFX-POST准确的将前面FLUENT计算得到的温度场、压力场映射到ANSYS结构模型中,对换热器进行多场耦合分析;通过热-结构应力分析,得到换热器管束的等效应力和位移分布状况,并确定了最大应力发生的位置和具体数值,对换热器进行强度评价。     

考虑流固耦合低渗透储层数值模拟研究

针对低渗透储层的渗流特征,基于流固耦合的基本理论,考虑低渗透油藏渗流时启动压力梯度和低渗储层的流——固耦合特性,将渗流力学与弹塑性力学相结合,建立适合低渗透油藏的流——固耦合渗流数学模型。在油藏岩土应力和应变分析基础上,结合有效应力原理和岩石骨架本构关系,建立了低渗透储层岩层骨架的数学模型,包括孔隙度方程、平衡方程、几何方程、岩石骨架本构关系等。通过考虑流——固耦合数值模拟的计算结果可以看出,低渗透油藏中流——固耦合效应是十分明显的。     

太阳能-空气源耦合热泵系统性能研究

为提高太阳能耦合热泵性能,对冷凝器和集热器进行优化,设计太阳能-空气源耦合热泵系统。通过仿真模拟和实验测试,对供热源的热量进行了定性分析,并对比分析耦合热泵与传统空气源热泵的系统性能。结果表明,在供暖期,耦合热泵系统能高效运行,水箱加热温度设定在45—50℃,缩短加热时间,提高了系统性能。与传统空气源热泵相比,耦合热泵性能系数COP提高了约13.8%,耗功降低了约8.7%。集热器侧供热量/空气源热泵侧的热量比例为0.65/0.35时,耦合热泵系统性能最优,其中模拟COP为4.53,实测COP为4.46。对比模拟和实测结果,模拟和测试COP的最大误差为9.8%,两者耗功最大误差为15.3%。     

高超声速飞行器流-热-固耦合数值模拟

选用HiFire-1锥体部分作为研究对象, 采用顺序耦合方法, 对飞行器锥体的流-热-固耦合场进行了研究分析。在外流场的数值模拟中采用Transition k-kl-w湍流模型准确计算出了转捩位置和热流数值, 在温度场和应力场的数值模拟中计算了气动加热1 s时温度场和应力场的分布, 温度最高点和变形最大处均出现在头锥顶端, 温度在轴线方向上呈现环状的分布, 沿轴线逐渐降低, 整体结构的弹性变形和温度正相关, 且主要变形区域集中在前端高温区。     

高温除尘脱硝一体化技术开发及流场模拟研究

相对于高温高尘区SCR脱硝工艺,高温低尘布置的SCR工艺在保护催化剂和空气预热器方面具有明显优势。因此提出了一种高温除尘脱硝一体化技术,将高温电袋复合除尘器和SCR脱硝反应器有机结合,对比分析了下进上出、侧进侧出和上进下出3种脱硝反应器形式,下进上出布置形式以其结构简单、经济性高等优点成为优选结构形式。以某350 MW机组为对象,采用Fluent软件对其高温除尘脱硝一体化装置开展了数值模拟研究,分析了装置内的流场分布情况,并提出了优化设计方案。结果表明,通过改进烟道结构和设计导流措施(烟道导流板、整流格栅、孔板开孔率、灰斗阻流板等)减小了烟道内涡流、改善了装置内的流场分布。优化后,喷氨入口、第一电场入口、首层催化剂入口和空预器入口的速度分布变异系数由优化前的27.1%、38.8%、17.6%、22.4%降低为12.1%、22.3%、5.5%、11.3%,首层催化剂入口的氨浓度分布变异系数和入射烟气角度由优化前的15.0%、172°降低为3.8%、5.3°,满足相关的流场技术要求,为工程设计提供可靠的指导依据。     

玻璃吹制成型熔体与模具传热耦合模拟

玻璃吹制成型过程中熔体与模具接触时间短,热交换迅速、剧烈,同时玻璃的黏度对温度极其敏感,微小的温度波动将会引起黏度的剧烈改变,并最终决定制品的厚度分布,因此熔体与模具传热的耦合求解是十分必要的。鉴于此,本文在熔体与模具接触面上引入了界面单元来处理接触面热阻区的热传递问题,建立了熔体流动与模具温度场耦合模拟的控制方程,完成了算法编制,实现了熔体流动与模具温度场的耦合模拟。算例证明,与耦合传热算法相比迭代结果不足以满足吹制成型对温度场准确性的要求;通过模拟与实验对比,在连续生产条件下模具绝大部分的温度保持稳定,但与熔体接触的型腔壁的温度却有大幅的周期性变化;模拟的最终产品壁厚较准确地反映了产品的实际壁厚分布,准确度达到88%以上。     

地层-井筒耦合作用下气体钻开产气层井筒压力变化研究

使用气体钻井钻开产气层可以有效的保护储层,但气层流体高速渗流会引起地层压力的剧烈变化,可能导致严重的安全事故,目前对于气体钻井揭开产气层这一过程尚且缺乏合适的计算模型.本文分别建立了气体钻井井筒流动模型与地层渗流模型,在此基础上求解气体钻井钻开产气层地层-井筒耦合模型,实例计算说明该耦合模型可以准确模拟气体钻开产气层后...     

海域复杂油气藏勘探开发一体化技术体系及其应用

我国近海新发现的油气藏多为复杂油气藏,勘探开发难度和成本日益增大,勘探开发一体化是实现海上复杂油气藏高效部署和效益开发的新途径。以渤海海域渤中34-1复杂油田为例,针对该油田“小、碎、散”的成藏特征,制定了优先对构造主体进行勘探开发,根据勘探开发的新认识不断调整勘探思路,逐步向新层系、新区块延伸的勘探开发一体化技术体系。利用地球物理技术开展砂体精细刻画和定量描述,预测砂体分布和变化规律,为立体勘探和开发后期挖潜提供依据。地质与工程的结合,进一步降低勘探开发成本。该油田十余年的勘探开发一体化实践,实现了连续多年的稳产与储量的升级。结果表明,勘探开发一体化技术是海上复杂油气藏提高勘探效率、降低开发风险、实现增储挖潜的有效途径,对类似油气藏的勘探开发具有指导和借鉴意义。     

大规格建陶坯体对流干燥热质耦合传递的数值模拟

以Whitaker的体积平均方程为基础,推导出多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型,并对瓷质砖坯体干燥过程进行了数值分析和实验测定。探讨了干燥介质参数（湿度、温度和流速）和坯体物性参数（有效导热系数和有效扩散系数）对干燥过程的影响。结果表明,温度高、流速快、湿度小的热空气有利于干燥,其中,改变风速对干燥速率的影响很小,介质的温度和湿度对干燥影响较大,但有可能造成干燥缺陷。有效扩散系数对坯体内湿度的分布影响很大,而有效导热系数对坯体内湿度的分布几乎没有影响。     

基于ABAQUS的分层注水中的流固耦合数值模拟

近年来,分层注水技术已经成为油田注水开发的重要手段。基于地下流固耦合理论及综合弹塑性力学和渗流力学相关理论,利用ABAQUS有限元分析软件。建立一套反五点法注水的生产井网且上下两个储层渗透率不同的数值模型,进行模拟,并记录储层孔隙度、渗透率等储层物理参数的变化,得到注采过程中岩石变形与注采之间的关系,为后期开发更优的生产制度提供依据。     

超宽板坯结晶器内流场和温度场的耦合数值模拟

以南钢3250超宽板坯结晶器为研究对象,基于商业软件FLUENT,建立了超宽板坯结晶器三维有限体积模型,对结晶器内钢液流动状况和传热行为进行了耦合数值模拟,研究了超宽板坯结晶器流场和温度场特征,考察了水口结构参数和结晶器宽度尺寸、水口倾角、水口插入深度、拉速、过热度及冷却强度对超宽板坯结晶器流场和温度场的影响,多组对比模拟计算结果表明,当浸入式水口出口倾角为15°,插入深度为120～150mm,拉速为1.2～1.4 m/min时,结晶器自由液面速度和湍动能分布以及注流冲击点深度均较为适宜,流场较为合理;同时结晶器内钢液的温度分布相对均匀,有利于坯壳的均匀形成.数值模拟结果可为优化南钢超宽板坯结晶器浸入式水口结构以及确定合理工艺参数提供理论依据.     

油气藏数值试井模拟技术及应用

本文主要是介绍了数值试井模拟技术在油气藏解释分析中的应用在对油气藏的解释分析中,传统的试井解释技术是建立在描述均质储层和单相流体流动的不稳定渗流方程解析解基础上的一种分析方法,已很成熟。对于复杂、多变的非均质油气藏以及多相流的试井问题,由于渗流方程高度非线性,只能采用数值试井解释技术。该技术解决了长期以来一直困扰传统试井解释方法不能处理复杂非对称边界和非均质储层的难题,与常规解释方法相比,在处理复杂边界、非均质油藏问题方面具有独特优势,拓宽了试井技术的应用领域,提高了试井解释的精度。下面简要叙述如何使用数值试井方法进行解释。     

乙烯裂解炉耦合模拟中湍流模型的影响分析

配备底部烧嘴和侧壁烧嘴的乙烯裂解炉应用越来越广泛，不同燃烧模式影响着炉膛内湍流流动状态，考虑到裂解炉中湍流流动与燃气喷料、燃烧和传热有较强的非线性耦合作用，为此探究不同湍流模型在裂解炉/反应器耦合模拟中的影响对于裂解炉的精确设计和优化至关重要。针对不同湍流模型对某十万吨工业乙烯裂解炉进行了耦合模拟，利用CFD数值模拟对采用标准k-ε模型、RNG k-ε和Realizable k-ε模型所建立的湍流流动模型进行评估。将三种湍流模型的模拟结果与工业数据进行比较，重点分析了裂解炉内的速度、温度、湍流能力等参数的分布情况，表明Realizable k-ε模型在火焰稳定性、反应效率等方面优于其他两种模型，且基于Realizable k-ε湍流方程的反应管模型在热通量、炉管外壁温度分布计算结果更接近实际工况。     

抽油机采油井筒内气液分离器数值模拟研究

提出一种将抽油机井气液分离器入口进液量转化为脉动入口速度的方法。采用计算流体动力学方法,基于欧拉模型（Eulerian Model）,针对抽油泵的工作特性和不同的含气体积分数对分离器内流场分布和分离性能影响开展数值模拟研究。数值模拟结果表明：当井下压力为8 MPa,入口含气体积分数在79.6%～90.0%范围内适当增加混合液的含气量可以提高气液分离器的分离效率。     

螺旋套管式换热器螺纹扰流及耦合传热数值模拟

考虑壳程流体和管程流体的耦合传热,对套管式换热器管程流体的流动特性和换热特性进行数值分析。对比不同模型的管程流体的Nu和f,发现了螺纹管传热的优越性,结合管程流体速度场、温度场的细观信息,揭示了管程流体的换热性能和流动特性,并分析了不同流体介质对其管程换热效果的影响。结果表明：内管采用螺纹管时,螺旋套管式换热器管程流体的换热性能明显优于光滑内管,在研究范围内,内管采用螺纹管的Nu是采用光管的1.76～1.9倍,流体受离心力、螺纹扰流和螺旋槽导流的复合作用,强化了管程流体的传热。在同一雷诺数下,30号透平油的Nu最大,约为空气的3.8～5.01倍,然后依次是水、水蒸气、空气。     

DD分解炉燃烧与分解耦合过程的数值模拟

针对一实际尺寸的DD分解炉进行了煤燃烧与碳酸钙分解耦合过程的三维数值模拟研究,其中,对连续相采用Euler坐标系下的k-ε双方程湍流模型,采用离散相模型(discrete phase model)进行颗粒相的运动轨迹计算,采用组分运输模型(species transport model)结合涡耗散概念模型(EDC)模拟煤粉燃烧及生料分解过程,采用P-1辐射模型计算气体和颗粒之间的辐射换热。计算所得煤粉燃烬率为86%,碳酸钙分解率为92.9%,与工程实际数据吻合较好,表明模拟结果的可信性。研究结果表明:来自底部向上运动的高速烟气流与两股横向三次风相遇后,汇合成一股高速向上运动的主气流,携带着煤粉流在分解炉中心处向上运动,并偏向位于分解炉侧面的出口方向;煤粉的燃烧主要发生在分解炉下半柱体部分中心处,并形成了高温区;碳酸钙则围绕着高温区迅速分解,其分解过程主要发生在分解炉下半柱体部分。     

小型提升管反应器流动-反应耦合模拟

在提升管气固两相湍流流动模型和重油反应动力学集总模型的基础上,利用Fluent软件建立了催化裂化提升管反应器气固两相流动与反应耦合模型,对实验室小型提升管反应器进行了数值模拟,考察了气固两相的流动、传热、传质与反应过程。结果表明,提升管反应器内气固两相在轴向和径向的流动、传热与反应的分布不均匀。在入口附近。原料和催化剂温度变化显著,各组分的浓度变化剧烈,在提升管上部,变化平缓。反应器出口各组分质量分数的模拟值和实验值基本吻合。说明该模型对提升管反应器出口参数和反应结果具有较好的预测性。     

冻土区同沟敷设管道水热耦合数值模拟

土壤作为一种典型的多孔介质,其内部流体的流动与相变过程复杂,常采用有限体积法作为理论研究方法。取西部成品油、原油管道玉门出站口作为研究对象,地表温度变化采用周期性边界条件,考虑土壤发生冰水相变时释放的相变潜热。模拟结果表明,管壁热流密度随环境温度周期性变化,土壤中的水分向冻结前锋进行迁移,无保温层的管道比有保温层的冻土融化范围大,融化深度深。     

多场耦合条件下充填料浆管道输送数值模拟研究

为探究温度场对料浆管道输送过程的影响,揭示料浆大倍线输送规律,进行了流变场和温度场耦合条件下充填料浆输送过程的数值模拟。首先通过塌落度试验对充填料浆的流变特征进行了简要分析,确定高质量分数充填料浆的流变模型,在此基础上建立了高质量分数全尾砂管道输送的数值模型。利用COMSOL软件的多物理场耦合功能对温度场及流变场进行耦合,基于此对高质量分数料浆的管道输送过程进行模拟,分析温度场对充填倍线的影响,最后以冀东某铁矿为例,对模型进行了检验。研究结果表明,在温度场的作用下,料浆管道输送倍线显著增加,且其增长幅度与料浆质量分数呈正相关。在考虑温度场的条件下,模拟结果与其实际情况一致,证明模拟结果可靠,可为料浆大倍线输送的设计提供理论依据。