分解炉中NO生产模拟与优化

针对水泥行业中水泥分解炉产生NO的过程进行了机理性分析,同时推导了描述分解炉中NO生成的机理性模型,并对分解炉中的NO生成进行了全三维模拟研究.模拟结果与现场测试结果进行了比较,验证了模拟的合理性.对分解炉的生料入口位置进行了改造,在不影响生产的前提条件下,对单独分风、分料和同时分风分料时降低分解炉内NO生成的情况进行了模拟优化,分析得到了分料方法是降低分解炉中NO的最有效途径的结论,为降低水泥分解炉中NO排放提供了实用的参考依据.     

MVR蒸汽离心风机的数值模拟与结构优化

为了进一步提高MVR蒸汽离心风机的运行性能,对蒸发负荷为15 t/h的MVR蒸汽离心风机进行气动热力学设计,建立了三维物理模型;采用CFD数值模拟手段,对MVR蒸汽离心风机内部流场进行数值模拟研究,研究了风机内部结构参数:集流器末端与叶轮入口径向间隙大小、集流器末端深入叶轮的深度、蜗壳宽度与叶轮出口宽度比对风机性能的影响,并对风机结构进行了优化。研究结果表明:集流器与叶轮入口径向间隙大小与风机效率成单调下降关系,间隙越小,效率与全压越大;当集流器末端深入叶轮的深度在10—30 mm之间时,MVR蒸汽离心风机的效率均可保持在75.7%左右;当蜗壳宽度与叶轮出口宽度比为4.47时,风机效率提高1.4%,全压提高1.8%;MVR蒸汽离心风机进出口压力的模拟值与实验值进行了比较,二者吻合较好。     

三级活塞推料离心机数值模拟与操作参数优化

针对新型三级活塞推料离心机的研发,在转鼓尺寸和物料增大情况下,操作参数对分离过程中转鼓内侵蚀现象和分离效率有重要影响。采用样机实验结合CFD数值模拟,对三级活塞推料离心机进行三维建模和仿真,并利用密集离散粒子模型(DDPM)模拟侵蚀过程。基于粒度分析可知,氯化钠颗粒粒径dm为0.070~0.200 mm时,随颗粒粒径增加,固相对离心机转鼓内部的侵蚀越大。结合响应面分析法可知,响应模型各因素的交互影响明显,以更高分离率与更低侵蚀率作为评价指标,得出最优值为推料频率40次/min、转鼓转速1431 r/min、进料浓度60%。与实验数据进行对比,模拟结果的误差在可接受范围内。     

纳米磁性流体密封磁场的数值仿真和实验验证

纳米磁性流体密封的应用中最关键的问题是密封能力的确定,其影响因素很多,如纳米磁性流体本身的性质、磁极结构、负载运行过程等。其中磁极结构的设计对密封能力有着决定性的影响。本文从磁极结构出发,用数值计算的方法对密封装置的磁场分布进行仿真,探讨典型磁极结构参数对密封能力的影响规律,并进行了密封实验。实验研究表明,数值仿真计算方法和回归方程的结果能较真实的反映密封性能,在考虑一定裕度的情况下,可以用计算结果指导纳米磁性流体密封装置的设计。     

激光辐照材料烧蚀特性的数值仿真

高功率激光辐照材料所造成的毁伤主要包括热破坏、力学破坏以及辐射破坏3个方面,直接表征烧蚀特性的参数是激光对材料造成的热力效应。根据机载激光武器系统ABL的性能指标与毁伤模式,构建ABL仿真系统设计框架与算法流程,建立相应的数学物理模型,采用离散化方法求解热传导方程,得到表征激光毁伤能力的关键参数。模拟了不同工况下材料的毁伤发生概率,并分析影响毁伤概率的因素。     

注塑成型熔接线截面熔接过程数值模拟

在多浇口和带嵌件注塑制品的成型过程中必然存在熔体的熔接过程,从而形成熔接线。熔接线沿厚度方向的熔接过程是影响该区域的力学强度以及纤维取向等制品性能的重要因素。本文采用有限元法针对注塑制品的典型截面建立数学模型,采用T6P3单元(速度二次插值,压力线性插值),数值模拟了注塑制品熔接线的截面熔接过程。通过等厚度截面和非等厚度截面两个算例,给出了两股熔体熔接过程中的截面速度场和压力场分布。讨论了熔接线区域的壁厚均匀程度对熔接过程的影响。该计算结果可以为制品力学性能以及纤维取向等数值模拟提供数据支持。     

液固分布器的数值模拟和结构优化

流化床内液固两相流的均布问题一直是制约流化床发展的难点。本文采用颗粒动力学双流体模型来描述液固两相流,应用CFD方法模拟了二维液固流化床换热器下管箱中的流场流动特性,并用模拟手段优化了下管箱中液固分布器的结构参数。模拟结果与试验值吻合较好,模拟结果表明：在V型挡板角度小于滑落角的挡板型式下,多孔板的开孔率在35%左右,开孔直径大小在12mm左右时,下管箱中固含率的不均匀度最小,这种结构参数下液固分布器的分布效果最好。     

旋风筒降阻改造方式优化比选的数值模拟

采用CPFD数值模拟方法对旋风筒降阻的不同方式（扩大进口面积、增大内筒直径）进行了分析,重点考察了其对压力损失和分离效率的影响。结果表明：不同扩大进口面积的方式（外扩、内扩、下扩、上扩）降阻效果差别不大,但内扩和下扩的方法对收尘效率具有一定的负面影响;随着内筒直径的扩大,其阻力和分离效率有着不同程度的减小。     

微藻柱状式光生物反应器流动特性及结构的数值模拟优化

微藻作为最具潜力的可再生生物质能源,在生物固碳和生物燃料生产领域优势显著,有助于碳达峰、碳中和目标的实现。通过改善反应器曝气装置的性能可以大幅度提高微藻的培养效率,本工作采用数值模拟方法对柱式光生物反应器的球型曝气结构进行了优化。模拟采用欧拉模型,湍流模型选取k-ε模型,研究分析了不同曝气装置条件下气含率、平均液相速度、湍流动能几种参数的变化和光生物反应器内的流场情况。结果表明,曝气装置结构的变化对光生物反应器内的流动特性具有很大的影响,通过曝气装置向反应器内通气,气含率、平均液相速度、湍流动能随着曝气量的增大而增大,随着曝气装置孔径的增大而减小。综合各相关参数得到当总曝气量为1400 mL/min、曝气孔数为50、曝气孔径为30μm时,曝气装置性能最好,此时测得气含率为68.6%,平均液相速度为0.905 m/s,湍流动能为0.149 m²/s²。     

不同溶剂重结晶RDX对A5混合炸药压药成形性能的影响

通过对A5混合炸药压药成形性能的研究，分析了由于RDX在不同溶剂中的结晶机理不同，造成RDX的压药成形性能不同，从而导致了A5混合炸药压药成形性能的改变。对RDX及其以RDX为主体的混合炸药的应用具有指导意义。     

蜂窝状水凝胶吸附床传热传质特性数值模拟及验证

对PAM-LiCl水凝胶复合吸附剂进行了吸附特性实验研究,基于D-A方程拟合其特性曲线,建立了该凝胶蜂窝吸附床的三维数学模型,用COMSOL软件完成了吸附床干燥/湿润工况下的动态吸/脱附过程模拟,结合实验完成该数学模型的验证,最终实现吸附床结构的优化。研究表明,蜂窝结构大幅提升了吸附床的吸/脱附性能。吸附速率与蜂窝传质通道的孔隙度呈正相关;总吸水量先增大后减小,当孔隙度为20%时,总吸水量最大。吸附床的吸附量随吸附床厚度的增大而降低。当空气流速低于3.6 m/s时,提高空气流速能显著增强吸附床的吸附性能。蜂窝吸附床解吸性能良好,在60℃ & RH10%的热空气中可实现完全解吸。     

Numerical simulation and experimental verification of dry pressed MgTiO3 ceramic body during pressureless sintering

To clarify the densification law of dry pressed MgTiO₃ ceramic body during pressureless sintering, SOVS model (Skorohod-Olevsky Viscous Sintering model) modified with creep characteristics was embedded into finite element software Abaqus. The selected model can effectively express the grain boundary characteristics and densification mechanism. The change law of relative density, shrinkage rate, sintering stress, and grain size of MgTiO₃ cylindrical specimens was investigated by the above numerical simulation method. It showed that the average relative density of ceramic body rose from 60% to 97%, and the shrinkage rate respectively reached 17.28% and 11.99% in axial and radial direction. The average grain size increased from 1 to 6 μm. In order to verify the accuracy of the simulation results, corresponding sintering experiments on cylindrical specimens were carried out to obtain actual sintering densities and shrinkage rates. It showed that the errors of relative density and shrinkage were below 5% and 2%. Grain growth trend was also basically consistent with the simulation results. After that, the above numerical simulation method was applied into the prediction of fabricating MgTiO₃ filter with complex structure. Therefore, the present work provided a reliable numerical simulation method to predict the densification behavior of MgTiO₃ ceramics during the pressureless sintering process, which was helpful to design and fabricate microwave dielectric products.     

激光熔覆工艺参数对高熵合金涂层性能的影响及其优化

采用同步送粉激光熔覆技术在Q235钢表面制备了CoCrFeNiMo高熵合金涂层。采用单因素试验研究了工艺参数对涂层形貌及性能的影响,并分析了其作用机理。通过正交试验得到最优工艺参数为:激光功率1000 W,进给速率4.5 mm/s,搭接率35%。此时涂层的平整度标差为0.036 mm,显微硬度为308.98 HV,平均腐蚀速率为0.0178 g/(m²·h)。结果表明,在试验范围内,涂层的平整度随着激光功率、进给速率和搭接率的提升得到改善,显微硬度和耐蚀性的变化趋势相同,它们与工艺参数对显微组织的影响相关。     

鼓风式机械通风冷却塔数值模拟分析及优化

针对鼓风式机械通风冷却塔的研究比较少,现有的规范对其设计也没有明确的规定,采用CFD技术对鼓风式逆流式机械通风冷却塔群的塔排间距、出口速度、环境风及周边建筑物对湿空气回流率的影响进行了模拟计算.计算结果表明:塔排间距减小,回流率增高;冷却塔的出口流速增大塔的回流率减低;当冷却塔周围建筑较远时,冷却塔排布置宜将长轴与主导...     

旋转流化床粉体混合机混合效果数值模拟和实验验证

为了对旋转流化床粉体混合机进行优化设计,采用CFD-DEM联合仿真的方法,对旋转流化床粉体混合机内球形颗粒的混合过程进行数值模拟,通过Lacey指数具体评价颗粒的混合效果,研究了进气管倾斜角度、进气管布置方式、进气方式对球形颗粒混合效果的影响,并进行球形颗粒混合实验验证。结果表明,进气管最合适的倾斜角度应保证气流作用区域面积恰好为底部颗粒物料区域面积的一半。进气管水平布置时能够保证很好的混合质量及较快的混合速率。脉冲及连续方式进气均能实现均匀混合,脉冲进气方式比连续进气方式耗气量更低。颗粒混合实验有很好的混合效果,与数值模拟的结果具有较高的一致性,从而获得了一种混合效果优越的结构形式,进气管倾斜角度α=35°,水平布置。     

双波纹板束逆流传热与流动的数值模拟和实验研究

利用Fluent软件对一种全焊式双波纹板式换热器的板束传热与流动性能进行数值模拟,运用场协同原理进行强化传热机理分析的同时对双波纹板式换热器进行传热实验,验证数值模拟和理论分析的合理性。结果表明：双波纹结构使得流体在流道形成湍流,减薄板片的层流边界层并且改善了主流区域的速度与温度梯度的协同程度,强化传热。双波纹板束本身的传热系数受到板束热侧入口尺寸的影响,并且在固定尺寸上达到峰值,增大冷热流体入口速度可以提升板束的传热能力,同时也受到压降增大的影响。     

蜂窝夹套流动与换热的数值模拟及其结构优化

基于标准k-ε湍流模型并辅以壁面函数法,对蜂窝夹套内流体流动与传热进行了三维数值模拟。计算结果与试验结果误差在10%以内,证明了该模型的可靠性。采用正交设计及因素分析法对蜂窝锥度、蜂窝间距、蜂窝高度、蜂窝直径及蜂窝排列形式等结构参数对蜂窝夹套热力性能的影响进行研究,并依据方差分析结合响应面法对结构因素进行优化组合。     

内循环厌氧反应器Fluent数值模拟与优化

采用Fluent技术对25L内循环（IC）厌氧反应器内气液两相的流动过程进行了数值模拟,考察了提升管直径（0.006m、0.009m、0.012m、0.015m、0.018m、0.021m）和反应器容积负荷[8.64kgCOD/(m3?d)、10.08kgCOD/(m3?d)、11.52kgCOD/(m3?d)、12.96kgCOD/(m3?d)、14.40kgCOD/(m3?d)、15.84kgCOD/(m3?d)]变化对其内循环量的影响。研究结果表明：①当反应器容积负荷为11.52kgCOD/(m3?d)、提升管直径为0.015m时,该反应器内循环量达到最大值0.0079m3/h;②当提升管直径为0.015m、容积负荷为12.96kgCOD/(m3?d)时,该反应器内循环量增幅达到最大值9.28%,通过拟合获得了内循环量Y与产气量X间的经验关联式为Y=1.0514X+0.004。     

激光溶脂手术脉冲式制冷剂喷雾冷却数值研究

无创激光溶脂发展潜力巨大,但水对近红外激光的吸收可能导致真皮热损伤。目前尚无有效的正常组织冷保护措施,制约了激光溶脂的发展。提出采用多脉冲喷雾冷却的方式对人体皮肤进行冷保护,建立皮肤组织多层均匀模型,结合Pennes生物传热方程数值模拟制冷剂R134a连续和脉冲式喷雾对皮肤深层组织的冷却效果。发现相同累计喷雾时间下多脉冲喷雾的冷却深度大于连续式喷雾,从冷却温度和冷却深度上更适合于激光溶脂的皮肤冷却。在单次喷雾时间10 ms、间隔时间2500 ms、喷雾次数10次、占空比0.004的条件下,冷却深度达到5000 μm,1 mm深度的皮肤组织喷雾中心温度最低能达到11℃,可以有效满足激光溶脂对皮肤冷却深度的要求。     

搅拌桨组合数值模拟优化及在谷氨酰胺转胺酶发酵中的应用

搅拌是影响发酵过程的主要因素之一,组合不同类型搅拌桨、发挥其各自优势,势必能够优化搅拌性能、提高微生物发酵生产效率。本研究采用计算流体力学（CFD）方法,模拟六直叶涡轮桨（DT）和DT、DT和抛物线桨（BT6）、六斜叶桨（CM6）和DT以及CM6和BT6四种搅拌桨组合对流场和混合时间的影响。对模拟得到的混合时间进行实验验证。结果表明,最优组合为：上桨叶为CM6桨,下桨叶为BT6桨。吸水链霉菌WSH03-13产谷氨酰胺转胺酶（TG）的发酵实验结果表明：CM6和BT6桨组合可获得最高的谷氨酰胺转胺酶活性和生物量,分别为4.7U/mL和42.9g/L,较优化前（DT和DT桨）分别提高了53%和40.9%,说明优化后的搅拌桨组合更有利于微生物生长和发酵。研究结果为组合搅拌桨在微生物发酵过程中的应用提供了借鉴。