矿井巷道内的通风数值模拟

基于矿井巷道的特点和紊流方程,建立了矿井巷道入风流通数学模型,采用数值模拟软件对入风流在巷道内速度场的分布及在不同风速下巷道内温度场的分布进行数值模拟,结果表明在风速为4.5 m/s送风较为稳定,温度较低,较好的改善了巷道内的工作环境。     

青藏高原东缘气溶胶粒径分布特征及其来源

气溶胶粒径分布可反映气溶胶的主要来源及其经历的动力学和化学等过程。使用宽范围粒径谱仪对青藏高原东缘四川省理塘县2017年7月6日至8月3日10 nm～10 μm气溶胶粒径分布进行观测,结合环保六要素(PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、CO和O₃)和气象要素数据、HYSPLIT轨迹模式、潜在源区贡献函数(PSCF)和浓度权重轨迹(CWT)分析,探讨了青藏高原东缘气溶胶的粒径分布特征、潜在来源和影响区域。结果表明:青藏高原东缘理塘地区气溶胶数浓度较低,平均值为4 660.3 cm^-3,粒径分布主要集中在500 nm以下,占总数浓度的99.95%; 不同模态粒子数浓度差异较大,核模态、爱根核模态、积聚模态和粗模态粒子数浓度分别为391.9、4 218.0、50.1和0.4 cm^-3; 不同模态粒子数浓度日变化均为双峰型分布,但是峰值时间存在差异,核模态粒子数浓度日变化的峰值时间位于12:00和19:00,爱根核模态、积聚模态和粗模态粒子数浓度日变化的峰值时间位于08:00和20:00; 气溶胶数浓度谱和表面积浓度谱均为单峰型分布,峰值分别位于50 nm和170 nm,峰值浓度分别为7 361.9 cm^-3·nm^-1和215.5 μm²·cm^-3·nm^-1。青藏高原东缘气溶胶数浓度的潜在来源高值区主要分为两个区域,即东北部的局地污染区和西南部的境外远距离传输区。青藏高原东缘气溶胶数浓度的影响范围主要集中在中国境内,影响区域的高值区相对比较分散。     

鼓泡床中电石渣液相碳酸化反应流动特性表征

搭建了气液固鼓泡床实验系统,对碱性固体废弃物电石渣固定CO₂进行实验研究. 流动特性对鼓泡床反应器传质、产率和产品质量都有较大的影响. 通过压力脉动信号采集与分析,对实际反应体系CO₂-H₂O-电石渣的流动特性进行表征,给出重要参数液固比对三相反应流流动特性的影响机制. 结果表明:基于时间域的概率密度函数和自相关函数分析发现,在低气速0.062 m·s^-1下,增大液固比,压力脉动分布变化较小,但自相关分析可进一步揭示液固比的增大加大了气泡运动的不稳定性. 在气速0.102 m·s^-1下,液固比增大会加大压力脉动分布范围,且延迟时间增大,自相关性降低,表征床内流动表现出更多的随机性和混沌特征. 结合流动图像,液固比增大使大气泡容易聚并生成. 基于时频域的Hilbert-Huang变换分析,获得了时间-频率-幅度谱图. 低气速下,三相流运动频率高,幅值低,增大液固比后,三相流运动频率降低,幅值增大,揭示液固比增大后,三相流系统中高频的小气泡运动特性降低,大气泡聚并发生促进能量幅值增大,该结果为进一步研究流动对碳酸化反应影响机理奠定了基础.     

AZ31镁合金轧制弱基面织构板材热变形行为研究

本文采用AZ31镁合金轧制弱织构板材进行热拉伸行为研究。使用Gleeble-3500型热模拟试验机,在变形温度为300℃～420℃、应变速率为0.001 s^-1～1.0 s^-1的条件下,进行高温拉伸试验,研究了变形参数对真实应力-应变曲线和样品微观组织的影响。同时,利用Arrhenius本构模型建立了本构方程,并依据试验结果绘制了热加工图。结果表明：合金的峰值应力和对应应变值随着温度的升高和应变速率的降低而不断减小。随着温度的升高,动态再结晶晶粒的体积分数明显减小,合金平均晶粒尺寸变大。当应变速率为0.1 s^-1,同时在低温(300℃, 340℃)时,合金发生完全动态再结晶,晶粒细小且分布均匀。另外,镁合金轧制弱织构板材的激活能Q为170.98 kJ/mol,且最佳热变形区域为变形温度300℃～350℃及应变速率0.01 s^-1～0.1 s^-1。     

水速对水射流辅助激光加工碳化硅中能量利用率的影响研究

为了探究水速对水射流辅助激光加工碳化硅中能量有效利用率和槽体体积以及复合加工质量的影响,模拟入射角45°时不同水速冲击材料产生的冲击作用,从理论上分析激光-水-材料间的冷却和冲击作用,借助有限元软件模拟不同水速对材料的冲击作用并通过实验验证。结果表明：单纯激光刻蚀时,加工槽体体积较大,槽体底部堆积大量熔渣,同时槽体壁面存在较多重铸层,加工质量较差;随着水速不断增大,复合加工槽体体积呈先减小再增大最后再减小的规律,能量有效利用率也呈现相同趋势;水速为8 m·s^-1时,复合刻蚀体积和有效能量利用率较空气中激光加工均有所减小,槽体底部小部分熔渣被去除,重铸层呈现沟壑状;水速为24 m·s^-1时,复合加工槽体的体积和有效能量利用率均较大,底部熔渣堆积较少,同时壁面重铸层大量减少,加工质量较好。     

反应条件对磷酸铁粒度分布的影响

采用正交实验方法对乙醇体系中制备磷酸铁的工艺参数进行了优化分析,研究结果表明影响磷酸铁粒度分布的工艺参数主次顺序依次为乙醇的加入速度、反应温度和搅拌速度,且乙醇的加入速度是影响磷酸铁粒度分布的关键因素。当乙醇的加入速度为40 L/min,反应温度为90 ℃,搅拌速度为60 r/min时,制备磷酸铁的d₅₀为0.73 μm;当乙醇的加入速度为10 L/min,反应温度为50 ℃,搅拌速度为120 r/min时,制备的磷酸铁的d₅₀为2.10 μm。通过对磷酸铁进行SEM、BET和XRF分析,当d₅₀为0.73 μm时,比表面积大于60 m²/g;当d₅₀为2.10 μm时,比表面积约为45 m²/g,两种磷酸铁的磷铁物质的量比近似为1:1,当磷酸铁的粒度较细时,其杂质硫含量相对较高。     

放热条件下的燃油油雾燃烧过程混合特性研究

为了研究在燃油油雾扩散燃烧过程中炉内烟气混合特性对油雾气流着火及燃尽性能的影响,针对2 t/h卧式锅壳锅炉的结构特点,建立了炉膛散热条件下油雾燃烧的非预混燃烧模型,并分析了炉内烟气的速度及温度分布特性。研究结果表明:在油雾燃烧过程中因蒸发吸热使得炉膛入口气流初始阶段的温度变化较小,轴向气流着火点的位置不受入口风速的影响,即均在离出口约0.7 m处;回流区随着风速的增大而增大,降低了轴线方向主燃烧区域的空间,不利于油雾燃料在炉内燃尽;最大回流速度随入口风速的增大而不断增大,当入口风速为7 m/s时,既有利于强化初始阶段的回流效应,达到促使油雾气流预热着火的目的,也有利于主燃烧区燃料的充分燃烧。     

热风炉冷风分布的计算机模拟研究(Ⅱ)

应用紊流三维数学模型模拟内燃式热风炉内冷风在格子砖柱中的分布,寻求改善其分布的途径.讨论了加设不同布置的水平导流板对气流分布的影响.模拟结果表明,在支柱空腔内加设水平导流板改变了原有大回旋流场,使回旋流变成大面积的单向流.通过在支柱空腔内加设水平导流板可以发展边缘气流,这恰好与加设竖直导流板的作用相反,水平导流板和竖直导流板的结合使用有望实现冷风在格子砖柱中的均匀分布.     

侧风环境下自然通风湿式冷却塔周向进风变化规律

研究了自然通风湿式冷却塔底部周向进风随着外界侧风变化的规律,整个研究在一个热态模型冷却塔试验台上进行.研究表明：无风时,塔底周向进风是均匀轴对称的,即塔内填料各处的传热传质性能也是轴对称分布的.但侧风环境下,外界侧风破坏了冷却塔底部周向进风的轴对称分布规律,侧风风速大于0.2m/s时各处进风越不均匀.与无风工况相比,当侧风风速为0.5m/s时,迎风面进风口风速为无风时的1.875倍,而背风面进风口风速仅为无风时的30%.因此,外界侧风影响了进入塔内的总体通风量,恶化了塔内的传热传质性能.     

热风炉冷风分布的计算机模拟研究(Ⅰ)

应用紊流三维数学模型模拟内燃式热风炉内冷风在格子砖柱中的分布,了加设不同高度的竖直导流板对气流分布的影响。结果表明,通过在支柱空腔内加设竖直导流板可以抑制主流通凤正对前方的边缘气流,使主流股在整个畜热室断面上展开而不形成大的回旋流;     

虾米腰弯管内置导流板优化

为研究虾米腰弯管内流场分布,改善管内流场均匀性,采用Realizable k-ε模型对加装导流板前后的弯管内湍流二次流动进行三维数值模拟研究。结果表明：虾米腰弯管内未布置导流板时,在流体转弯后水平直管段出现较大范围的低速区,同时出现回流现象,气流分布极不均匀且阻力损失较大。布置导流板后,能有效改善弯管内流体的流动特性并降低系统能量损失。分析不同数量、不同结构、不同布置方式的导流板对弯管内流场均匀性、进出口压降的影响,提出虾米腰弯管内导流板最优布置方式为：导流板的数量为3块、中心角为60°、导流板均靠后布置。     

虾米腰弯管内置导流板优化

为研究虾米腰弯管内流场分布,改善管内流场均匀性,采用Realizable k-ε模型对加装导流板前后的弯管内湍流二次流动进行三维数值模拟研究。结果表明：虾米腰弯管内未布置导流板时,在流体转弯后水平直管段出现较大范围的低速区,同时出现回流现象,气流分布极不均匀且阻力损失较大。布置导流板后,能有效改善弯管内流体的流动特性并降低系统能量损失。分析不同数量、不同结构、不同布置方式的导流板对弯管内流场均匀性、进出口压降的影响,提出虾米腰弯管内导流板最优布置方式为：导流板的数量为3块、中心角为60°、导流板均靠后布置。     

海底隧道竖井口污染物扩散的数值分析及应用

针对某海底隧道竖井排出污染物对人工岛上环境影响,以CO为主要污染物源,运用计算流体力学软件CFdesign建立竖井CO排放及扩散的三维数值模型,对排风竖井周围CO浓度分布进行数值模拟,结合人工岛上对CO浓度及影响范围的控制标准,分析排风塔高度、排风风量、环境自然风风速对排风塔所排污染物的浓度分布的影响.计算结果表明:风塔高度越高,人工岛上限制高度范围内的CO浓度越小,当风塔高度在35 m以上时,人工岛地面以上15 m范围内空气质量达标,并不再随风塔高度而变化;排风风量越小,污染物沿排风方向的影响范围越小.     

转杯直径及凝聚槽对气流运动的影响

为了研究转杯内气流运动,优化成纱参数,选取ANSYS中的ICEM-CFD模块进行建模,并通过FLUENT模拟连续相气流场中气流的运动轨迹。结果表明:气流在输纤通道中作加速运动,最高为150 m/s;直径分别为33 mm、36 mm、42mm的T型凝聚槽在转杯底部都有旋涡产生,旋涡速度范围15 m/s-45 m/s, 46 mm T型转杯内出现复杂运动轨迹的气流,速度为15 m/s;直径36 mm的T、G、U三种类型转杯内旋涡形态比V型密集,但四者旋涡中心的速度都约在15 m/s。     

循环流化床烟气脱硫塔进口流场模拟及优化

为了改进循环流化床脱硫塔因下部装有的弯管加文丘里管式入口结构所造成的底部区域不均匀气流场,采用RNGκ-ε湍流模型对脱硫塔的气流场进行了模拟计算,讨论了这种进口结构对脱硫塔流场的影响机理,并对该进口结构进行了优化.结果表明:RNGκ-ε模型对于该流场具有较好的模拟效果,在弯管和文丘里管综合作用下,脱硫塔内中下部的气流场分布不均,而返料口对脱硫塔的气流场影响很小.通过对比3种入口结构的优化方式,发现采用改进导流叶片的方式优化效果较好,可成功均布脱硫塔气流场,造成的床层压损也很小.     

抛物面槽式太阳能集热器热力性能研究

在已有集热器传热模型的基础上,进行简化,不失模型精度以及主要影响因素均能反应的前提下,简化了模型,便于工程的计算与分析。结果表明,集热器热效率随着流体温度的升高而变小,流体温度小于300℃时,无论集热器处于何种运行工况以及何种流量,其热效率都为60~70%;当真空区域空气压力小于13 332.2 Pa时,集热器效率变化较快,大于13 332.2 Pa时,效率几乎不变;集热器效率随着太阳辐射强度的增加而变大,450~950 W/m2是集热器运行的最佳辐射区间;当风速小于5 m/s时,大气温度越高,集热器热效率越高。     

在交通拥堵的隧道火灾中纵向通风的合理送风风速研究

通过数值模拟手段对纵向通风时隧道内的烟气扩散特性进行研究,探讨较低风速时,针对不同火源功率、不同风速作用下,火源上、下游烟气的分层特性及温度分布特性,并在此基础上探讨纵向排烟在拥堵的交通隧道中应用的可能性.研究结果表明:如果起火初期隧道内以较低的纵向风速送风,保证上、下游烟气分层的存在,则纵向通风可用于交通拥堵的隧道.火源功率为5 MW时,该风速约为1.0 m/s;火源功率为20 MW时,较适宜的风速为1.0～1.5 m/s;火源功率为30 MW时,较适宜的风速为1.5 m/s左右.火源功率较大时,应尽早将火源下游附近的人员疏散,以确保安全.     

不同气流速度下小麦平衡水分研究

在相对湿度为70%,气流温度稳定在22℃左右,风速为0 m/s、0.028 1 m/s、0.037 5 m/s、0.046 8 m/s的条件下,研究小麦平衡水分的变化规律.结果表明,气流相对静止的条件下,小麦所达到的平衡水分要高于一定气流速度下的平衡水分,且在一定气流速度下达到吸湿平衡的时间比静态气流下明显延长;通过小麦的空气流速越大,水分增加幅度越大,平衡水分值越高,达到平衡的时间越短;根据Page方程获得了一定条件下小麦含水率和实验时间的回归方程,二者具有很高的相关性.     

空气幕对厨房内PM2.5控制效果的模拟与分析

厨房烹饪是民居室内PM_2.5污染物的重要来源,为对其进行有效控制,提出了空气幕送风方式。建立厨房物理模型,使用Fluent软件对厨房内的气流组织、温度分布和PM_2.5浓度分布进行了数值模拟。研究了空气幕对厨房内PM_2.5和热流的控制效果,并对3种射流速度进行对比分析。研究结果表明：空气幕射流气流对烹饪区域产生了很好的包裹效应,可以阻隔PM_2.5的扩散和热流的蔓延;可使厨房内PM_2.5排除率提高到44%~75%,平均降温1~2℃。当空气幕射流速度为0.6 m/s时,控制效果最佳。研究结论可对厨房PM_2.5污染的防治提供参考,为空气幕送风系统的研究提供模拟数据和理论依据。     

典型台风登陆过程平均风时距转换系数分析

为掌握中国东南沿海台风登陆过程近地面风速变化规律及影响因素,根据2005年浙江省东海塘观测塔和上海市芦潮港观测塔分别实测得到的2次典型强台风(麦莎(Matsa 0509)和卡努(Khanun 0515))登陆时段距地面10 m高度处的实时风速记录资料,计算了不同时距风速的转换系数及其概率分布.计算结果表明,风速时距转换系数服从广义极值分布,V3 s/V10 min服从极值Ⅱ型分布,V30 min/V10 min以及V1 h/V10 min服从极值Ⅲ型分布.分别处于台风远端和近端的两处观测塔的实测记录表明,A类场地下,在台风影响范围内,工程场地处台风气候条件下10 m高度处风速时距转换系数的取值及其概率分布基本保持稳定,基本不受台风路径、台风强度变化、观测点在台风风场中的相对位置以及台风登陆与否的影响.A类场地的台风气候条件下,采用基于概率统计的具有一定保证率的风速时距转换系数取值,能够为建筑结构抗风性能设计提供可靠保证.