旋风分离器内颗粒浓度分布特性的数值分析

采用改进的雷诺应力模型和分散的颗粒随机轨道模型,并利用单元内颗粒源法对旋风分离器内的颗粒浓度分布进行数值模拟,与试验结果对比表明两者吻合较好,有较高的预报精度。数值模拟结果表明,旋风分离器外壁的颗粒浓度呈螺旋带状分布,且螺旋灰带以一定的频率上下窜动,在环形空间和灰斗的顶板下方存在顶灰环,且顶灰环不均匀,具有显著的非对称性;在分离空间下部排尘口附近有明显的颗粒返混,范围在排尘口上方约1.5 D (筒体直径)以内,排尘口上方的强旋流动对颗粒有显著的二次分离作用。讨论粒径(3～23 μm)、工作温度(20～ 1 000 ℃)、入口含尘浓度(0.03～10 kg/m3)和进气速度(12～30 m/s)对颗粒浓度分布特性的影响规律。     

单、双进口旋风分离器颗粒相流场的数值模拟

采用CFD软件中的商业软件fluent6.1.22分别对直切单/双进口旋风分离器进行数值模拟。采用拉格朗日模型对固相颗粒的轨迹进行了模拟,表明颗粒进口位置对颗粒的轨迹有较大影响。对直切单/双进口旋风分离器的分级粒径分离效率作了对比,实验数据表明,直切双进口旋风分离器分离效率比直切单进口旋风分离器分离效率高5%￣15%。     

基于颗粒受力的旋风分离器冲蚀机理的研究

为了对旋风分离器壁面冲蚀磨损机理进行研究,采用RSM模型和DPM模型对分离器内部气相流场和颗粒运动规律进行双向耦合瞬态求解,并运用自定义函数对失效壁面颗粒的受力进行研究。结果表明:常规旋风分离器中容易失效的部位主要是顶部区域顶面以下25 mm范围内的入口目标区域,筒体部分的局部穿孔以及灰斗底部的冲蚀磨穿。该区域呈现出明显的固体颗粒聚集的现象,从单颗粒的受力分析得出,中间粒径颗粒和大粒径颗粒在筒体顶端和锥体底部的受力平衡是导致灰带出现的主要原因,从而加剧了顶部和灰斗区域的冲蚀磨损。     

基于平衡轨道模型和CFD的旋风分离器除尘特性分析

运用平衡轨道模型(Barth模型)和计算流体力学仿真分析技术(CFD),对全吸式干湿两用扫路车用旋风分离器的除尘性能进行了理论计算和仿真分析.主要从旋风分离器的除尘效率方面,对其初姑设计方案进行了评价.通过相关的理论模型计算,得到了该型旋风分离器的分级效率曲线.通过数值仿真分析,得到了不同粒径的颗粒在旋风分离器内部的停...     

基于响应曲面法的泥沙分离器的数值模拟

针对泥沙分离器的溢流口,底流口,锥度对分离效率有着不同的影响,但是各结构之间存在相互作用的非线性问题。拟提出响应曲面法解决各个参数之间相互作用的问题来提高分离效率。采用计算流体力学对高浓度水沙空气三相三维流动进行模拟研究,用响应面法分析旋流器各个参数对分离效率的影响。分析表明:旋流器的锥度对分离效率的影响近似为抛物线,溢流口与底流口有相互影响。根据响应面法拟合分离效率与结构参数之间的非线性函数方程并获得最优值,同时优化后的旋流器具有压力场分布均匀,压力梯度较小,颗粒更容易进入外旋流被分离,从而有效的提高内部流场稳定性以及分离效率。     

超短接触旋流反应器分离腔气固分离特性的数值模拟

采用欧拉模型对超短接触旋流反应器内的气固两相流场进行了数值模拟,主要研究了分离腔内气固两相的分离过程。具体考察了导叶下部柱段与锥段分离空间以及排剂口附近固相体积分数的分布情况,评估气固两相在分离腔不同部位的分离效果,重点对比分析了固相粒径差异对流动情况以及颗粒聚集的影响规律。计算结果表明:5μm颗粒在分离腔的浓度分布规律不同于10μm和30μm颗粒,由于颗粒粒径较小易被气流携带,在分离空间以及排剂口都出现了不同程度的返混,对分离不利。     

2种锥段结构的轴流式旋流器内的流场模拟

采用Fluent软件对实体锥段轴流式旋流器和多孔介质锥段轴流式旋流器进行单相和液固两相的模拟研究,着重分析了旋流器内速度场与压力场的分布和液固分离效率,得到以下结论:速度场方面,多孔介质锥段旋流器,切向速度峰值较大,向下轴向速度较大向上轴向速度较小,有利于固体颗粒的分离;压力场方面,在边壁附近形成一个环带状的低压区,有利于固体颗粒的分离;相同截面,多孔介质锥段旋流器的压力明显较低,能耗较低;多孔介质锥段旋流器的液固分离效率较实体锥段旋流器高5%～10%,具有广阔的应用前景。     

铝型材非稳态挤压有限体积法模拟关键技术研究与应用

采用Euler网格和有限体积法(FVM),建立了铝型材非稳态挤压过程的数值模拟模型,研究了相应的关键技术。利用SIMPLE算法迭代计算得到速度场和压力场,继而计算获得等效应变速率、温度等物理场量;根据上述场量,结合铝型材热挤压的本构方程,进行动力粘度的迭代与刷新;利用VOF(volumeoffluid)方法追踪材料的流动前沿;利用“移动网格技术”解决挤压杆移动所造成的边界移动问题;利用时间步长的自动调整保证模拟的稳定性和高效性。开发了铝型材非稳态挤压有限体积法数值模拟程序,并对典型铝型材挤压过程进行了模拟,验证了所建立的铝型材非稳态挤压过程有限体积法模型及其关键技术的可行性。     

板材成形无网格再生核质子法模拟中的接触处理

无网格法不依赖节点,且其形函数具有高阶连续性和非插值性。对板材成形数值模拟,无网格法比有限元法更具优势。接触处理是板材成形无网格数值模拟中的关键问题。构造稀疏"矩阵"加快接触搜索,重构再生核质子法(Reproducing kernel particle method,RKPM)形函数,并使之具有插值性,在此基础上建立材料形函数,精确施加板材成形中的本征边界条件,采用接触力计算模型导出节点接触力无网格表达式,可准确处理板材成形无网格法模拟中的接触问题。数值算例表明接触处理法是可靠的。     

不锈钢焊接温度场的三维无网格对称粒子法模拟

提出了模拟焊接温度场的无网格对称粒子法,编制了相应的计算程序。建立了不锈钢钨极氩弧焊的三维数值模型,应用无网格对称粒子法进行求解,得到了焊件的温度分布和焊接熔池的形状、尺寸,将模拟结果与有限元法的结果和试验结果进行对比,结果表明无网格对称粒子法与有限元法的精度相近,而前者的效率更高。建立并应用渐进变化的非均匀无网格粒子模型对焊接温度场进行了模拟,计算效率得到了进一步提高。在此基础上,研究了高斯热源模型和双椭球形热源模型对模拟结果的影响,数值结果表明基于后者能给出与试验更相符的熔池形状。     

应用扰动广义微分求积法的复合材料层合板剪切屈曲分析与优化

广义微分求积(GDQ)法求解复合材料层合板剪切屈曲时存在计算精度差、计算振荡不收敛问题,研究发现该现象源于载荷矩阵存在奇异,为此,提出扰动GDQ法,通过扰动主对角线权重系数以改善载荷矩阵的奇异性来消除计算振荡。数值算例验证了扰动策略的有效性,实现复合材料层合板剪切屈曲问题的高效稳定求解。在此基础上,结合直接搜索模拟退火算法,开展了含剪切载荷的复合材料层合板铺层顺序优化。结果表明：剪切工况时对称复合材料层合板的优化铺层不受铺层数和铺设形式影响,优化铺层角随长宽比增大而趋于60°;而剪切与轴压组合工况下较小的剪切力能改善层合板屈曲性能,随着剪切力的增大,优化屈曲性能逐渐降低,优化铺层趋同于剪切工况。研究结果为复合材料层合板的剪切屈曲性能设计提供了参考。     

引入单纯形算子的粒子群优化算法在板形模式识别中的应用

将粒子群理论引入板形模糊模式识别系统，对识别后的板形进行优化，提高了板形识别的精度。粒子群算法作为一种全局优化算法，对于复杂优化问题，存在容易陷入局部极值的不足，因此，提出了粒子群和单纯形混合优化算法，将具有良好局部搜索能力的单纯形法与粒子群算法的全局搜索能力结合起来，有效地提高了板形模式识别优化的收敛速度，同时也提高了识别精度。     

Analysis of the Pump-turbine S Characteristics Using the Detached Eddy Simulation Method

Current research on pump-turbine units is focused on the unstable operation at off-design conditions, with the characteristic curves in generating mode being S-shaped. Unlike in the traditional water turbines, pump-turbine operation along the S-shaped curve can lead to difficulties during load rejection with unusual increases in the water pressure, which leads to machine vibrations. This paper describes both model tests and numerical simulations. A reduced scale model of a low specific speed pump-turbine was used for the performance tests, with comparisons to computational fluid dynamics(CFD) results. Predictions using the detached eddy simulation(DES) turbulence model, which is a combined Reynolds averaged Naviers-Stokes(RANS) and large eddy simulation(LES) model, are compared with the two-equation turbulence mode results. The external characteristics as well as the internal flow are for various guide vane openings to understand the unsteady flow along the so called S characteristics of a pump-turbine. Comparison of the experimental data with the CFD results for various conditions and times shows that DES model gives better agreement with experimental data than the two-equation turbulence model. For low flow conditions, the centrifugal forces and the large incident angle create large vortices between the guide vanes and the runner inlet in the runner passage, which is the main factor leading to the S-shaped characteristics. The turbulence model used here gives more accurate simulations of the internal flow characteristics of the pump-turbine and a more detailed force analysis which shows the mechanisms controlling of the S characteristics.     

岩石切削加工动态行为的离散元模拟

岩石切削加工时必须考虑其离散性。利用颗粒流程序对两种不同成份的岩石样本建立了离散元模型,通过改变岩石内部颗粒大小和形状从而获得了各个样本的最佳理论强度值,用离散元方法对两种不同岩石样本分别进行了压缩试验和四点抗弯试验数值模拟;监控整个切削加工过程中刀具受到的法向力和切向力,通过改变刀具切削角、切削速度及切深等参量研究了加工过程中岩石的动态行为。     

基于Agent模型的多学科设计优化方法

复杂工程系统的设计往往涉及多门学科 ,多学科设计优化 (MDO)方法是一类求解复杂系统设计优化问题的方法。本文首先简要回顾现有 MDO方法的特点 ,然后基于 Agent模型提出了一种新的多学科设计优化方法——子空间自主式优化方法。这种方法具有如下特点 :流程简单 ;各个学科组可自主地、并行地进行设计和优化 ;灵活性强 ;所需系统分析的计算次数少 ;没有系统级协调优化环节。为了验证这种算法的有效性 ,对二个典型算例进行了数值实验。初步的数值实验结果表明 ,二个典型的算例经过几次迭代后均能收敛于最优解。子空间自主式方法是一种较有潜力的 MDO方法 ,值得进一步研究