质子交换膜燃料电池流场及气场系统优化设计

将各气场部件作为一个完整的系统考虑,分层次进行气场均匀性设计.首先对外置型空气进气箱结构进行优化设计,使得各单电池的进口流量均匀性得到较大提高;然后对气场的流道型式(直型、蛇型、交指型、单进口、多进口)、尺寸和流动方式(顺流、逆流)以及扩散层的厚度、孔径、孔隙率和分布形态对气场均匀性的影响以统一模型描述,利用CFD软件对流道形式、流道截面尺寸和扩散层孔隙度与孔径等参数进行优化设计,认为计算的3种几何模型中直流道催化层表面氧气浓度分布相对比较均匀;流道宽度减少流道条数增多、扩散层孔隙率和孔径适当减小等都可使得催化层表面氧浓度分布均匀性提高.研究结果对燃料电池气体扩散场的设计具有一定参考意义.     

优化玻璃熔窑底烧式喷枪仰角的数值模拟研究

采用数值模拟的方法对某浮法玻璃熔窑底烧式喷枪的安装仰角进行模拟优化,具体从熔窑火焰空间温度分布、燃烧效率、玻璃液面热流量和碹顶温度分布等角度来对喷枪仰角为0°、3°、5°、7°、9°、11°、13°这7种情况进行对比分析。研究结果表明:喷枪安装仰角的增大有利于燃料和助燃气体的充分混合和燃烧,但当仰角大于5°时,角度的增大对燃烧效率和平均温度影响不大;仰角的增大对碹顶温度分布影响不大,喷枪仰角为3°和5°,传递给玻璃液面的热量较多。因此,此熔窑的天然气喷枪仰角的可调节范围较大,仰角为5°时的燃烧状况较好。     

混沌对流强化传热的场协同分析

基于采用周期性计算模型得到的混沌对流流道内的流体流动与传热数值计算结果,应用场协同原理,对混沌对流内强化传热进行分析.分析了混沌流道截面上流场与温度场的协同关系,讨论了流道内不同雷诺数下Nusselt数与平均流速与温度梯度矢量积和平均协同角的对应变化趋势,并与普通直流道内层流下的流动与传热场协同情况进行了对比.结果表明,混沌流道改变了流体在流道内速度场的分布,流场的变化影响了温度场的分布,使得两场的协同效果得到明显的改善,从而强化传热.在整个流道内,混沌对流的Nusselt数与速度和温度梯度两矢量的点积具有相同变化关系,混沌对流强化传热的根本机理是改善了两场的协同关系.     

燃烧室下游流场优化数值模拟研究

建立燃气轮机燃烧室点火前的流体流动计算模型,利用计算流体力学软件,对3组不同速度流体的流动情况进行了模拟计算分析燃烧筒流道内的速度场,压力场,对比燃烧筒内在不同压力和速度下流场内流体的流动,模拟计算区域的流场,然后实际进行点火实验,验证模拟结果,发现流场分布最均匀最有利于点火.     

半锥角与螺旋轴流式混输泵性能间关联性研究

以自主研发的YQH-100螺旋轴流式油气混输泵的单一压缩级为研究对象,采用Mixture混合模型和标准k-ε湍流模型,对混输泵动、静叶轮毂半锥角为4.08°至12°的9种方案,在含气率为0、10%、30%、50%、70%的5种工况下进行数值模拟,因模拟结果相近,本文选取混输泵轮毂半锥角为4.08°、6°、8°、10°、12°的5种方案下的模拟结果进行阐述。结果表明:随着轮毂半锥角的增加,动叶扬程先降低后升高,静叶水力损失不断增大,混输泵扬程呈现先下降后升高再下降的过程,轴功率逐渐下降,效率逐渐升高; 不同轮毂半锥角的混输泵在各含气率下,扬程最大差值平均为3.04 m,效率最大差值平均为7.24%;半锥角增大动叶出口回流量减少,动叶内气相分布更加均匀,静叶流道内旋涡增多。     

窄隙自然循环过冷沸腾流道中的温度分布特性

针对一体化反应堆的窄通道和自然循环特点,在常压下,以水为工质,对竖直窄环隙流道进行了自然循环过冷沸腾换热实验研究,通过对流道内温度的测量,考察了入口过冷度、流道间隙和加热负荷对流道内温度分布的影响.结果表明,在中低负荷区,流体的截面温度基本不受加热负荷的影响,入口过冷度使轴向壁温分布呈现非单调性变化,在一定条件下会引起沸腾区壁温的逆向升高,减小流道间隙或增大加热负荷有助于弱化入口过冷度的影响,减小流道间隙还有利于降低壁面温度,但流道间隙也不宜过小.     

1.06μm激光对流层折射修正研究

大气折射率的非均匀分布导致了激光在实际大气传输时其传输路径偏离直线而发生折射,使得激光武器系统在制导和精确打击时其瞄准和打击精度下降.本文针对1.06μm激光在对流层大气传输时的折射修正,提出了简化球面大气分层模型的平面分层模型,平面分层模型将弯曲的球面层看成曲率为无穷大的和水平面平行的大气分层结构.比较了球面分层模型和平面分层模型的仰角误差随传输高度和起始仰角的变化.仿真结果表明:对流层内光束传输起始仰角大于20°时,两种模型的仰角折射修正之差≤1″,采用平面分层模型代替球面分层模型在激光制导和瞄准实时折射修正时能简化运算量.     

等腰直角三角形螺旋流道内湍流流体流动性能模拟

应用CFD软件研究等腰直角三角形螺旋流道内湍流流体流动特性,计算并对比不同结构参数的数值模型充分发展的湍流流场结构,得出流道内、外壁面的局部阻力系数分布,并分析雷诺数(Re)、曲率及挠率对流体流动阻力的影响.结果表明:等腰直角三角形螺旋流道内湍流流体的二次流为稳定的两涡结构,离心力的作用使外壁面处流体轴向速度梯度远大于内壁面处,因此外壁面的平均阻力系数较大,外壁面的平均阻力系数约为内壁面的1.5~1.7倍.壁面流体平均阻力系数随Re和无量纲曲率的增大而增大,但受挠率影响不大.     

双蓄热燃烧器结构和预热对环形炉特性的影响

采用RNGκ-ε湍流模型、非预混(PDF)燃烧模型以及各向异性散射的P-1辐射传热模型,对双预热蓄热式环形炉内的火焰特性进行了模拟分析,比较了不同空气喷入角和不同预热温度对火焰特性的影响.结果表明:空气喷入角为5°时火焰体积较大,但燃烧不完全损失较多;喷入角为30°、40°时火焰体积相对较小,最高燃烧温度较高;喷入角为10°～20°时综合特性较好.预热温度的增加提高了燃烧稳定性,使得最高燃烧温度和燃烧室平均温度明显增高.     

泡沫流体在井筒内流动时的耦合数学模型

基于均质平衡流模型,根据动量方程和能量方程建立了计算泡沫流体在井筒内流动时的密度、压力和温度分布的耦合数学模型,并进行了编程求解,给出了泡沫流体的压力、温度和密度沿井深的分布规律.计算分析表明,泡沫流体在井筒内流动时的密度、压力和温度是相互影响的.泡沫质量越大,泡沫流体的温度变化越大,而压力和密度变化则相对平缓.在将泡沫流体应用于深井作业时,不能忽略温度变化对泡沫参数及性能的影响,特别是在大泡沫质量下.由于考虑了传热和温度变化对泡沫流体的影响,该模型比常规计算方法的适用范围更广.     

涡轮机二维叶栅形状的数值计算

对定常正问题进行研究,在变分原理的基础上,用有限元方法对叶栅进行了数值计算.将翼型NACA0012和NACA2412作为计算对象,给出翼型的形状,计算出表面速度分布,之后与标准的速度分布进行比较.结果表明理论正确,方法可行.     

同轴射流突片激励混合的数值研究

通过数值方法对同轴射流的突片激励混合特性进行研究,分析了突片数目、突片顶角和安装角对同轴射流混合过程的流向涡和温度分布的影响. 研究结果表明,突片的激励作用使得同轴射流之间的混合流在突片对应位置下游形成阵列涡对,导致温度分布等值线发生“指型”局部变形,增强了两股气流之间的混合. 随着突片数目的增加,单个突片诱导的流向涡强度和影响范围存在较大的差异,过多的突片数导致相邻涡对的“挤压”,流向涡的强度有很大的减弱; 在相同的堵塞比下,突片顶角为90°时或安装角为30°时,单个突片诱导的流向涡强度和作用范围均体现最为显著,从而有利于改善同轴射流的混合程度.     

Study of coupled effect of impingement jet cooling of kerosene with solid structure

Characteristics of flow and heat transfer of kerosene impingement jets were studied numerically. The coupled effect of heat transfer of fluid and structure was investigated. Numerical simulation of fluid flow shows that compared to convective heat transfer of kerosene flow in cooling channels, impingement jet cooling significantly enhances heat transfer ability. At the same time, the pressure loss is below one atmospheric pressure. Both stress and strain of high temperature nickle-based alloy structure were analyzed with typical thermal loading and impingement cooling effect. The numerical results show that temperature distribution in the hot surface of the solid structure is relatively uniform and far below the maximum allowable temperature of the alloy material. The strength analysis shows that both stress and strain of the solid structure meet the material requirements.     

等离子发生器中流场的组织与电极冷却

空气等离子点火技术可以加速燃料燃烧的物理化学过程，扩大点火的浓度极限，提高点火的可靠性及燃烧的稳定性，本文用等效的内部加热区代替产生欧姆热的电弧，对等离子发生器内的热力学平衡和化学非平衡的空气热流体场进行了数值模拟，分析了进气预旋角，进口气流总压和喷嘴气流压缩角对电极斑点附近的电极表面温度的影响。讨论了电极烧蚀之后电极表面温度的变化，通过对数值模拟结果的分析，提出了等离子发生器的结构设计和电极冷却方式的合理建议。     

潜水搅拌器安装角度对搅拌效果的影响

研究潜水搅拌器水平安装角度对搅拌池内流场的影响,建立不同的水平安装角度,通过Fluent对潜水搅拌机的搅拌槽内流场进行三维数值模拟,得出不同方案的速度分布情况.利用UDF模块,分别计算流场中流速达到搅拌效果的有效搅拌流体体积及其占整个流场体积的百分比,通过比较,选出最优的潜水搅拌器安装方案,提出了评价潜水搅拌器效能及其安装布置优劣的新方法——有效搅拌域法,利用此方法,使潜水搅拌器的搅拌效果分析更加准确.     

棱顶间隙对4WS密炼机流体混合特性影响

四翼转子（4WS）密炼机是新型转子密炼机,具有较小的螺旋角和较大扫掠范围的长棱,吃料迅速,短时间内达到较好的混合效果等优点。利用Polyflow有限元软件,对不同结构4WS密炼机进行三维瞬态流场分析。分析转子与转子及转子与外壁间隙的变化对流场混合效果的影响,重点分析特殊几何截面的剪切速率,不同位置点的李雅普诺夫指数、瞬时混合效率、平均混合效率、分离尺度、对数拉伸。分析结果表明,在一定范围内,随着转子间隙的减小,4WS密炼机混合性能逐渐提高。     

随动式动态混合器掺稀混合性能研究

针对稠油掺稀过程中原混合器混合效果不佳的问题,选择满面式螺旋叶片作为混合元件,增加动力叶轮,以增强叶片对流体的剪切能力和转动频率.基于CFD仿真软件,对影响动态混合器混合效果的叶片螺距和动力叶轮两参数进行数值模拟分析,并以管内稀油体积分布情况作为评价标准,研究混合过程中混合元件几何结构的变化对混合器性能的影响规律.结果...     

平板微热管阵列相变蓄热装置蓄/放热性能

为提高相变蓄热装置的性能,基于平板热管技术设计了一套相变蓄热装置,将熔点58益的工业石蜡作为该蓄热装置的蓄热材料,对平板微热管阵列在蓄/放热过程的均温性能、蓄热装置内部石蜡温度变化以及蓄热装置的蓄/放热效率进行实验分析,同时对不同供/取热流体温度和流量的实验条件下蓄热装置蓄/放热特性进行研究.结果表明：平板微热管阵列在蓄/放热过程中性能稳定,蓄热装置蓄/放热效果良好;在供/取热流体流量为2.0 L/min,供热流体温度为80益,取热流体温度为20益的实验条件下,计算得到该蓄热装置平均蓄热功率、放热功率分别为662、764 W.     

Optimization of mixing time in a ladle with dual plugs

Based on the two-phase fluid (Eulerian-Eulerian) model, a mathematical model about the gas-liquid flow and mixing behavior was developed to investigate the effect of the offset of dual plugs, the included angle of dual plugs with a center point, and gas flow rate on the mixing time in a ladle with dual plugs. Numerical results indicate that two types of recirculation zones exist in the ladle. One is the middle recirculation between gas and liquid plumes, and the other is the sidewall recirculation between plumes and the ladle sidewall. The correction shows that the mixing time is in proportion to -0.2676 power of gas flow rate. There is a unique optimum offset of dual plugs with a particular included angle, in turn, a unique optimum included angle of dual plugs exits with a particular offset.     

Numerical Study on the Mixing Performance of Screw Mixing Elements and Conventional Screw Elements

he flows of rigid polyvinyl chloride (R-PVC) in co-rotating twin screw extruders with screw mixing elements and regular screw elements were simulated by using the finite element method. The three-dimensional,non-isothermal flow fields of R-PVC in the two kinds of screw elements were calculated. The mixing performance of each type of element was studied by the particle tracking analysis method. The results show that the temperature distribution and shear-rate distribution are more uniform in the flow channel...