SNCR脉动式喷射脱硝数值模拟研究EI北大核心CSCD

选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)脱硝技术,在无需催化剂的条件下直接将还原剂氨或尿素喷入烟气往往效率不是很高,还原剂与烟气的混合是制约脱硝效率的关键因素之一。以某90t/h层燃炉二次燃烧室为研究对象,运用Fluent软件对炉膛内的烟气流动、传热传质、脱硝反应进行数值模拟,并在不改变氨氮摩尔比和喷枪布置位点的情况下对还原剂喷射方式进行了优化研究。研究结果表明:当还原剂采用脉动速度喷射方式、喷枪角度水平向下45°时可以得到最好的脱硝效果,氨的均匀性指数为0.549,脱硝效率达到58.13%。研究结果为SNCR脱硝技术的优化提供了理论依据和技术参考。     

布西水电站泄洪洞阶梯消能布置方案数值模拟研究

对布西水电站泄洪洞采用紊流数值模拟方法,在设计水位3301.69m的工况下,进行了不布置阶梯、在不同位置布置阶梯及布置不同长度阶梯的八种组合方案的数值模拟计算.数值计算结果与模型试验结果验证表明,本文采用的数值模拟方法是合理可行的.对阶梯起始布置位置的计算结果表明,阶梯起始位置布置在流速较大处,其消能率会较高,但流速过大时(Fr>7.0)阶梯处容易形成射流,达不到增加消能率的目的.对不同的阶梯布置长度的计算结果表明,阶梯起始位置不变的情况下,随着阶梯布置长度的加长,消能率提高,且呈非线性变化;但当阶梯布置长度大于一定长度后,其消能率增加不明显.本文研究成果对陡坡泄洪洞采用阶梯消能的布置设计有重要的理论指导意义.     

斋堂岛海域波浪能资源的数值模拟研究北大核心CSCD

近些年来,波浪能作为新型可再生能源日益受到人们的重视。波浪资源评估对于研发波浪能发电装置、为波浪发电场选址具有至关重要的作用,目前主要通过实地观测和数值模拟两种手段对波浪资源进行评估。本文利用第三代波浪模型对斋堂岛附近海域进行了数值模拟,分析了当地的波浪条件并对蕴藏的波浪能资源进行了初步评估,并对目标位置的波浪资源进行了详细地计算和分析。计算结果表明,斋堂岛海域波浪资源有着显著的季节变化特征,波浪集中分布在东–南方向,最大波能流密度可达25 k W/m,资源相对稳定。     

复杂洞塞泄洪洞消能和空化特性研究

针对高水头、大流量、出口尾水位低、消能防蚀问题突出的导流洞改建为洞塞泄洪洞工程,本文提出了＂垂直洞塞＋压坡洞塞＋水平洞塞组＂的布置形式,采用模型试验与数值计算相结合的方法分别对其消能和空化特性进行了研究。研究结果表明,该布置形式的消能率超过80%;泄洪洞各水平洞塞均无空化发生,虽垂直洞塞段出现了弱空化,但均位于水体中部,不靠近边壁,不会对建筑物产生空蚀破坏;数值模拟揭示了有压洞段详细的流场特征及消能原理。     

基于热管的储能锂电池散热特性数值模拟研究EI北大核心CSCD

针对大规模集成储能锂电池的温度一致性需求,提出一种基于热管的散热结构,包括导热铝箱和热管。选取储能锂电池包作为研究对象,建立三维产热模型。采用数值模拟的方法,首先确定热管最佳布置方式;再通过正交试验法探究散热结构中各因素对电池温度影响的重要性,并进行参数选优;最后探究热管冷凝段对流换热强度对电池温度的影响。结果表明:1)与其他布置方式相比,当蒸发段沿电池宽度方向且冷凝段双侧布置时,电池具有最优的均温性;2)各因素对电池最高温度的影响重要性依次为:电池容纳腔X方向壁厚>热管数量>电池容纳腔Y方向壁厚>导热铝箱底部厚度;3)增强热管冷凝段处的对流换热后,电池最高温度有所降低,但电池均温性也会变差。研究结果可为储能用锂电池散热结构设计提供指导。     

明渠完全掺气水流水力特性数值模拟研究北大核心CSCD

明渠自掺气现象常见于水利工程,当水流流速较高时,空气在较大的紊动作用下会扩散至水槽底部形成明渠完全掺气水流,水流掺气对水力特性有较大影响。目前对掺气的研究大多通过模型试验,而模型试验又存在难以忽略的缩尺效应。本文采用混合模型、紊流模型和浓度方程建立了一套水气二相流数值模型,利用有限差分方法进行离散求解。采用明渠自掺气试验对该数值模型进行验证,掺气浓度和水流流速的数值模拟结果与试验数据吻合良好,说明本文建立的数值模型能有效地模拟明渠完全掺气水流水力特性。进一步研究发现,对于明渠完全掺气水流,掺入水体的空气受强烈紊动作用可以到达水槽底部,使得壁面对掺气水流阻力作用减小,造成掺气水流流速明显大于相应非掺气水流流速。     

低频工况下MMC模型预测控制策略EI北大核心CSCD

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在船舶电力推进系统、电力传动以及变频驱动等领域有着广泛的应用前景。然而,MMC在启动或低频运行时,子模块(sub-module,SM)电容电压波动急剧增大,严重危害了MMC系统的安全运行。文中提出一种MMC低频SM电容电压波动抑制的模型预测控制策略。建立含共模电压的电流预测模型及桥臂电压差预测模型,构建统一控制代价函数对参考值与实测值的误差进行评估。在滚动优化中采用2N+1电平输出方式,可为低频MMC的最优控制提供更多的选择自由度。为验证所提控制策略的可行性与有效性,对其进行仿真和实验研究。结果表明,所提的控制策略能有效抑制低频时MMC子模块电压的波动,降低系统输出电流谐波含量,提升MMC系统安全运行能力。     

水泥窑炉窑尾烟气NOx碳热还原数值模拟研究EI北大核心CSCD

烟气碳热还原是减少燃煤水泥窑炉NO_(x)排放的有效方法,围绕该方法在水泥窑炉领域的实际应用,该文以宁夏某水泥公司的2500t/d水泥窑炉生产线为研究对象,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对水泥窑炉窑尾烟气NO_(x)碳热还原进行数值模拟。系统探究水泥窑炉C5出口烟气初始O_(2)含量、烟气初始温度以及给煤速率等因素对烟气碳热还原效果的影响规律。模拟结果表明:随着烟气初始O_(2)含量降低,NO_(x)还原效率逐渐升高,但是换热效率变差;烟气初始温度在1023.15~1123.15K范围内时,随着烟气初始温度升高,NO_(x)还原效率先降低后升高;随着给煤速率增加,NO_(x)还原效率逐渐升高。综合考虑,烟气初始O_(2)含量以控制在1%左右为宜,而烟气初始温度为1048.15K时较为理想,综合考虑烟气/生料的温升与NO_(x)还原效果,给煤速率控制在700kg/h比较合适。该文研究结果可为烟气碳热还原技术在水泥窑炉的实际应用提供一定理论指导和参考。     

矩形渠道薄壁侧堰水力特性试验及数值模拟北大核心CSCD

薄壁堰是一种体型简单、经济实用、精度较高的量水设施,薄壁侧堰经常与小型渠道连接使用。目前对薄壁侧堰水力特性影响因素的研究还不深入,本文作者在矩形渠道薄壁侧堰试验研究的基础上,利用FLOW-3D软件对渠道侧堰进行了数值模拟计算,获得了不同堰高、不同流量条件下矩形渠道侧堰上、下游水面线、水深及流速分布,通过对渠道水面线实测值和模拟值的对比分析发现模拟值与实测值吻合较好,并对模拟结果进行了分析;根据试验数据拟合了流量公式。结果表明:模拟值与实测值的相对误差<10%,两者具有较好的一致性,说明数值模拟具有一定的可靠性,可以为量水设施的工程设计提供参考和依据;拟合出的流量公式,最大相对误差为5.91%,最小相对误差为1.07%,满足精度要求。     

模块化多电平变流器的低频控制策略EI北大核心CSCD

为了研究模块化多电平(MMC)低频电容电压波动的问题,提出了一种MMC低频运行控制策略。首先,建立了MMC的数学模型,从能量流动的角度研究了MMC的电容电压波动情况,指出桥臂能量偏差与系统的运行频率呈反比,致使系统在低频下无法正常运行。针对这一问题,提出了一种在桥臂环流和输出电压中加入高频方波分量的方法来抑制电容电压的波动,确保MMC桥臂能量的平衡。理论分析结果表明,相比于加入高频正弦分量的方法,采用该方法得到的桥臂环流的峰值降低了50%。最后采用上述方法进行了阻感和电机实验,结果表明,模块电压波动得到了有效抑制,电机低频调速性能良好,证明了所提出的控制方法的有效性。     

竖井旋流泄洪洞的水力设计

本文通过前人关于竖井旋流消能成果的总结及公伯峡水电站竖井旋流消能成果的分析,提出了一套完整的水力设计方法,可供设计者及研究人员参考使用。     

公伯峡水电站水平旋流泄洪洞试验研究

本文结合公伯峡水电站旋流泄洪洞水工模型试验研究 ,提出了水平旋流泄洪洞泄流能力、螺旋流流速沿程分布及其径向分布、壁面压力、通风量等计算方法。通过体型优化 ,较好地解决了起旋器与旋流洞连接拐角处的负压和掺气问题 ,有效地避免了空蚀破坏 ,可供同类工程设计参考     

明流泄洪洞布置形式对水力特性影响的数值研究

采用t-e紊流模型,并结合VOF方法,对锦屏一级水电站泄洪洞明流段的两种布置方案进行了数值计算.计算中对壁面粗糙度的合理取值范围进行了分析讨论.并就其对计算结果的影响进行了定性分析.得到了按正常泄量泄洪时"龙落尾"和.龙抬头"泄洪洞内压力分布、空化数分布、沿程水深及平均动能的变化.通过比较,认为.龙落尾"式布置方式缩短了需要掺气保护的洞段长度,可降低工程空化空蚀破坏的风险程度;而"龙抬头"式布置方式的防空蚀性能稍好.出口水流的能量也小,对下游河道的消能防冲有利.     

积石峡水电站中孔泄洪洞平板工作闸门槽空化特性研究

一般情况,工作闸门采用弧门,无门槽空化问题,但有的工程由于其它条件限制,而采用平板工作闸门,其门槽空化特性需要深入研究.本文结合积石峡水电站中孔泄洪洞,通过减压模型试验对平板工作闸门槽的空化特性进行了研究.利用空化噪声测量,分析了不同运行水位和不同闸门开度时,门槽体型的空化特性.试验结果表明,该工作闸门槽体型的空化特性良好.可以满足工程运行的需要.     

多级孔板泄洪洞水流空化特性

多级孔板泄洪洞是一种利用水流强剪切混掺而实现消能的内消能工形式,而抗空化空蚀性能是影响多级孔板泄洪洞安全运行的重要指标之一。本文以小浪底1号孔板泄洪洞为例,在水力学原型观测资料的基础上系统分析了多级孔板泄洪洞的空化特性,并结合几何比尺为1:40的减压模型试验资料分析了缩尺效应对初生空化数的影响。结果表明：水流空化数对库水位的变化不敏感,而初生空化数则随着库水位的升高而增大,受此影响,库水位越高时各级孔板发生空化水流对应的闸门开度越小;缩尺效应对多级孔板泄洪洞初生空化具有显著影响,经模型试验测得的初生空化数须进行缩尺效应修正;对于多级孔板泄洪洞,其结构尺寸和水流流速是影响初生空化数的主要参数,基于此提出了减压试验初生空化数的缩尺效应修正方法,经与原型观测资料对比,误差小于2%。相关成果利于深化对多级孔板泄洪洞水力特性的认识,有助于多级孔板泄洪洞的推广应用。     

鱼背山水库岸边阶梯溢洪道流场的三维数值模拟

本文采用κ-ε双方程紊流模型，针对复杂曲线自由水面和边界条件，分别引入适用于分层两相流的流体体积分数（VOF）模型求解曲线自由水面和非结构网格来划分三维计算区域，成功地对鱼背山水库岸边阶梯溢洪道流场进行了三维紊流数值模拟，得到了溢洪道沿程的自由水面位置，速度大小而分布，阶梯面上的压力，流场的紊动动能和紊动耗散率分布等重要流场特性，尤其是各种特性参数沿溢洪道宽度方向的变化和分布，利用上、下游的水深和流速计算了阶梯溢洪道的消能率，对阶梯溢洪道的紊流数值模拟研究做了一些开拓性工作。     

宽尾墩后接阶梯溢流坝面水工设施的研究

将宽尾墩安置在阶梯溢流坝上游形成一种新的水工设施,它兼有宽尾墩和阶梯溢流坝面的特点,比纯阶梯坝单宽流量可增大数倍。由于在阶梯面与挑射水流之间形成气体空腔,可实现充分掺气。本文对其进行了数值模拟,采用了双孔方案。虽然网格数增加了一倍,但比单孔而言流场更加完整。通过数值模拟得到的墩后水翅、阶梯面挑射水舌和掺气腔体等,与实验观测到的现象吻合。介绍了复杂水工建筑物的网格生成方法。本文的研究成果可以为设计提供参考依据。     

三维VOF模型及其在溢洪道水流计算中的应用

详细介绍了VOF模型及其应用方法,结合k-ε紊流模型和分段线形方式构造界面的方法,数值求解了带自由水面的三维水流流动问题。以大型水工建筑物溢洪道内水流流动为例,计算了溢洪道内水流流动特性,并将计算结果与实验数据进行对比,结果表明计算值与实测值相吻合,说明VOF模型能够精确地跟踪自由表面,适用于溢洪道等大型水工建筑物内的水流流动的数值模拟。     

槽形挑坎结合局部陡坡型掺气坎设施在瀑布沟水电站泄洪洞中的应用

为解决大渡河瀑布沟水电站泄洪洞大流量低Fr数缓坡泄洪洞掺气坎空腔易回水问题,通过1:35水工模型试验,对新型的梯形槽坎+缓坡平台+局部陡坡型的掺气设施进行了对比试验研究.结果表明该形式的掺气设施是一种较优的布置形式,其适应的水位范围较大,掺气效果明显,无需加设排水设施;在库水位840m以上时各级掺气坎积水基本消除.进一步说明了该款掺气设施能适应本工程缓底坡、大流量及低Fr数流动的掺气要求.该体型掺气设施对类似工程的设计及修复具参考价值.