流化床反应器内热动力特性的数值模拟

为了深入研究流化床反应器内温度分布特性,基于分群扩散理论方法,应用中子输运模型、耦合气固传热模型以及气固双流体模型,数值模拟流化床核反应器内气固流动和热动力特性,研究流化床核反应器内入口氦气流量和燃料堆积床高对反应器内温度分布的影响．研究结果表明,流化床核反应器内气相温度分布比较均匀;随着入口氦气流量的增加,反应器内环形区域和中心区域内气相温度脉动增强;反应器内气相温度随着燃料堆积床高的增加而升高．数值模拟得到核反应器内气相瞬时温度分布的结果与Pain等人数值计算结果相吻合．     

液固流化床中颗粒流动特性的数值模拟

应用欧拉-欧拉双流体模型,液相采用k-ε湍流模型,同时考虑液固两相间耦合作用,数值模拟液固流化床内液固两相流动,研究了液体密度和粘度对液固流化床内流动特性的影响.研究结果表明,液固流化床内液体、颗粒混合比较均匀,呈现散式流态化特性.颗粒轴向速度随着液体密度和粘度的增大而增大,并且在床内分布趋势相同.数值模拟得到床层膨胀高度的结果与Babu等人公式计算值相吻合.     

循环流化床锅炉燃烧系统分析

考虑了循环流化床内气-固两相的流动、煤中挥发份的释放和燃烧、焦炭的燃烧、有害物质的生成与还原、传热等循环流化床锅炉内部进行的主要过程,采用小室模型,并用"环-核"流动结构描述固体颗粒沿径向分布的特性.对某75T/H循环流化床锅炉燃烧情况进行了数值模拟,得出了主要运行参数(循环物料率、温度等)对循环流化床锅炉炉膛燃烧的影响规律.     

汽液固三相流化床蒸发器传热系数的计算

在综合分析已有的汽液固三相流化床蒸发器传热机理模型的基础上,提出了汽液固三相流动沸腾系统传热应包括固体颗粒与壁面间的传热、含固体颗粒的流动泡核沸腾传热、固体颗粒引起的液体容积传热和汽液两相间的对流传热.在此机理基础上给出了相应的传热系数计算式,对固体颗粒与壁面接触的面积分率提出了新的算法.传热系数计算结果与实验数据吻合较好.     

套管式地下换热器传热特性分析

通过对套管式地下换热器传热过程的分析,在套管式地下换热器传热模型基础上,考虑管内流动和传热,提出了集管内流动与土壤导热相耦合的传热分析模型,并利用数值计算方法进行了传热特性分析.讨论了不同埋管管径组合对流体出口温度及埋管换热率的影响.     

粗颗粒流化床内颗粒传热的试验研究

本文用热球模拟颗粒,对粗颗粒气固流化床中的颗粒传热进行了试验研究,提供了一种新颖的测量流化床内颗粒传热系数的方法。作者还用热球对脉冲流化床的颗粒传热进行了测量。本文对单一颗粒与一热壁面的碰撞过程的传热也作了一些探讨。     

循环床炉内气固两相流动特性的数值模拟探讨

基于循环流化床锅炉炉内流动特性,结合颗粒动力学理论和气体分子运动理论,给出了适用于模拟循环流化床炉内气固两相流动的k-∈-θ-kp湍流模型,即气相湍流流动采用标准的k-∈模型,固相湍流采用kp模型。该模型的优点是引用了颗粒平均温度的同时不仅考虑了颗粒湍动能自身的对流、扩散、产生和因流体作用而产生的耗散,而且考虑了颗粒相自身相互碰撞对流动脉动特性的影响。在此基础上,用Fortran语言编写了循环流化床内二维湍流气固两相流动的计算程序,并针对一台循环流化床装置进行了数值模拟和实验数据的对比,得到了较为满意的结果。     

双腔式流化床接收器内稠密颗粒的流动和传热特性模拟研究

聚光太阳能发电技术提供了一种可再生能源转换系统,其中接收器是聚光太阳能发电系统的关键部分.文中利用DDPM-DEM模型对双腔式流化床接收器内的稠密颗粒流动和传热过程进行数值模拟,模型中考虑了颗粒的流动、碰撞和传热作用.基于欧拉-拉格朗日方法对太阳能流化床颗粒接收器中的气固两相流动进行建模,辐射源相和接收器内辐射场的相互作用通过DO模型描述.得出稠密颗粒内循环流动可以增强接收器内颗粒与气体之间的热传递效果,同时接收器内的温度分布也更加的均匀,颗粒温度和气体温度都得到很大提高,分别达到1 400 K和1 200 K.     

鼓泡流化床气固两相流动特性数值模拟

为了研究鼓泡流化床内气固两相流动特性,采用数值模拟的方法,对Fushimi等人的冷态实验过程进行模拟,建立了合理的TBCFB气化炉气固两相流动系统模型,基于欧拉双流体模型,以ANSYS嵌套的FLUENT17. 0,作为数值模拟计算的基础平台,模拟TBCFB(三级流化床)气化炉系统中鼓泡流化床气固两相流动过程及分析其流动特性。结果主要分为3部分:鼓泡床表观速度对流动质量有重要影响,速度越低,越有利于床内气泡与床料充分接触;比较不同高度,不同配比两种颗粒温度变化特点,发现床层高度越高,颗粒温度越大;颗粒浓度增加,其颗粒温度降低,反之增加。     

地源热泵地埋管多层岩土温度场的数值分析

将地埋管周围同物性岩土分层,模拟地源热泵地埋管夏季制冷条件下各岩土层非稳态传热过程;与一般传热模型模拟结果对比,分析钻孔外岩土区域温度场热作用特性.利用多层岩土传热模型,研究了距钻孔一定距离处岩土温度场分布随运行时间的变化规律,以及进口流体速度、土壤热物参数对地埋管周围岩土温度场分布的影响.计算结果可为地源热泵地埋管换热器的动态模拟、优化设计提供参考.     

脉冲鼓泡床内鼓泡和颗粒混合特性的CFD-DEM数值模拟

基于FLUENT软件信息传递模式的MPI(message passing interface)并行计算平台,通过用户自定义函数(user-defined functions, UDFs)文件发展一种拟三维颗粒的计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)-离散单元法(discrete element method, DEM)耦合并行算法。采用该算法数值模拟了脉冲鼓泡床内气固两相流动,揭示了气相鼓泡特性和颗粒混合机制。数值模拟结果表明:该算法具有随计算节点数增加的良好扩展性能和加速性能;在鼓泡过程中,主流两侧的小尺度气流涡逐渐发展为双主涡;单气泡通过床层后,颗粒混合仅局限于射流触及区域;数值模拟结果与相关试验和数值模拟结果吻合较好,表明该并行算法能够较好的模拟稠密颗粒气固两相流中鼓泡和颗粒混合特性,为其在大规模并行集群上的应用奠定基础。     

循环流化床外置换热器壁温偏差改进措施

为了解决660 MW超超临界循环流化床锅炉外置换热器中受热面的壁温偏差问题,通过数值计算,复现600 MW超临界循环流化床锅炉外置换热器壁温分布,并将该方法应用到相同尺寸的超超临界循环流化床锅炉外置换热器壁温计算中. 通过对边壁区域3片管屏工质节流,从工质侧解决超超临界循环流化床锅炉外置换热器壁温偏差问题,使受热面计算壁温偏差控制在30°C以内,实现受热面管材安全运行. 通过冷态试验,发现颗粒侧传热系数沿外置换热器宽度方向呈现马鞍形的双峰分布,传热系数最大值出现在距离边壁约0.2倍宽度范围内,通过调整边壁区域气体速度可以提高该区域的传热系数,为运行过程减缓局部偏差提供参考.     

振动流化床浸没水平管局部传热特性的研究

对振动流化床水平换热管的局部传热系数进行了实验研究,结果表明,水平换热管局部传热系数受流化气速、振动频率及振幅的影响。通气与不通气两种情况下,振动对局部传热系数的影响表现出不同的规律。振动流化床水平换热管的传热系数随颗粒粒径的增大而减小。     

鼓泡流化床流动特性的直接颗粒模拟

为了考察流化床中颗粒和气泡运动的基本规律，对两维鼓泡流化床进行了数值模拟.在假设气相为无黏不可压的条件下，求解了体积平均后的欧拉方程，并利用离散单元法（DEM）模拟了颗粒间的碰撞及颗粒与壁面间的碰撞过程.模拟中跟踪了约90 000个颗粒，统计了不同床高截面上颗粒及气体纵向平均速度的分布，并对不同表观空气风速和床高下床内压降以及压力波动进行了研究.结果表明，DEM方法能很好地模拟鼓泡床内的流动特性.在床内较低截面上，颗粒及气体的平均速度沿水平方向呈现两个峰，而在较高截面上合并为一个峰.且表观风速越大，气泡运动速度越高.     

气-固环隙流化床纳米TiO_2聚团的流化特性

在高640 mm,内外径分别为140 mm和180 mm的环隙流化床反应器内,选用平均粒径为20～30 nm的TiO2催化剂P25进行冷态流化实验。运用预测颗粒粒径模型,应用计算流体力学软件FLUENT 6.2对流化床内床层局部固含率和压降进行了模拟计算。模拟结果显示:气体进入分布板之后呈螺旋状上升;环隙流化床内径向局部固含率分布呈现W形状,而且局部固含率随着床层高度的增高而增大。模拟结果与实验数据基本一致,说明纳米TiO2催化剂颗粒在环隙流化床中以微米级的聚团形式流化。     

热负荷对柴油机结构强度及密封性能的影响

将有限元仿真技术应用到发动机稳态传热和热机耦合分析中,研究热负荷对柴油机各部件应力分布及密封性能的影响.建立1130型柴油机主要部件的有限元传热模型,施加合理的边界条件和载荷,计算得到各组件的温度场分布.借助有限元方法,分析在热应力工况下温度场对发动机密封性的影响.温度场使得缸盖螺栓张力和气缸垫片压力变大,有助于改善密封性.与机械载荷工况进行对比,在热机耦合工况下气缸套和气缸盖的应力明显变大,说明在气缸盖、气缸套的强度计算中不应忽视热负荷的作用.     

带水平传热管束的组合加热流化床传热及干燥特性

组合加热流化床干燥机综合了间接加热热效率高及普通流化床热质传递效率高的优点，在高湿含量物料及热敏性物料的干燥中具有优势。本文考察了带水平传热管束的组合加热流化床干燥机中各操作条件对传热系数及干燥机热效率的影响。结果表明，操作气速及床层温度对传热系数及热效率有较大影响，操作气速增大，传热系数先增大后降低，存在一个最大值，而热效率呈单调下降；床层温度升高，传热系数增大，而热效率降低；因此，合理选择这些操作条件，对提高传热系数及热效率是非常重要的。工业装置的运行结果表明，该干燥机的热效率达70％以上，远高于普通流化床干燥机。     

考虑转捩的气冷涡轮气热和热弹耦合计算

基于非结构化网格与Gama-Theta转捩模型,将全三维NS方程组与热传导方程进行耦合求解,采用直接耦合以及LUSGS隐式求解方法,开发了气热耦合求解系统.采用能保证通量守恒的面积加权类的插值方式,保证精度,实现交界面处温度的准确传递.对MARKII叶片5411工况进行气热耦合数值模拟,并与实验结果进行了对比验证.开发了基于二次单元的热弹耦合求解器,通过导入气热耦合计算的边界温度实现对位移和热应力的有限元求解.计算结果表明:采用转捩模型后计算的涡黏系数在压力面的大部分和吸力面转捩点之前的区域与真实流动吻合更好,由于涡黏系数主要通过影响温度扩散项系数影响边界层的传热,因此在该区域计算的温度与实验值误差更小,热传导计算的精度更高,同时静压的计算结果与实验值吻合较好;得到的MARKII叶片位移和热应力分布趋势比较合理,采用Gama-Theta转捩模型在提高热传导计算精度的同时,能够获得更加合理的热弹耦合计算结果.     

循环流化床传热的实验室研究和工程研究的某些差别

研究了循环流化床传热研究的实验室研究结论和工程研究结论的差别,比较了这些结论的数量级和趋势的异同,结果表明：（1）研究对象的尺寸和几何特征对传热有巨大影响,受热面长短和燃烧空间大小都强烈地影响传热,即使都是商业循环流化床锅炉,锅炉容量不同传热特性也有所不同;（2）床料颗粒度对循环流化床锅炉的传热没有明显的影响,因为大颗粒主要在密相区运行,参加循环的颗粒度范围比较小;（3）运行参数中对传热系数影响最大的是平均悬浮密度,其次是运行床温,由于运行风速可以改变平均悬浮密度,所以运行风速的影响不必单独计较;（4）二次风变化对传热有较大影响,而一次风变化对传热的影响很小。     

喷动流化床中杆状颗粒混合特性的CFD-DEM模拟

采用计算流体力学-离散单元法（CFD-DEM）模型对杆状颗粒在喷动流化床中的流动及混合行为进行数值模拟研究,其中杆状颗粒采用超椭球模型进行描述. 通过模拟结果,考察流化气速、喷动气速和颗粒形状对流动与混合的影响. 结果表明,杆状颗粒在喷动流化床中的流动具有典型喷动床的喷动特性;提高喷动气速与流化气速均有助于颗粒混合,且流化气速对流动与混合的影响大于喷动气速. 颗粒形状主要通过颗粒互锁与颗粒长轴取向一致性这2个因素影响颗粒混合,提出较简单的方法用以量化颗粒长轴取向的一致性. 在上述2个因素的作用下,当杆状颗粒长径比较小时,增加长径比会抑制颗粒混合;当长径比较大时,增加长径比会促进颗粒混合.