太阳能固体颗粒吸热器数值模拟研究

太阳能固体颗粒吸热器是一种利用自由下落的固体颗粒来吸收聚焦太阳辐射的吸热器。考虑了颗粒相与流场之间的相互作用以及颗粒相对辐射场的影响,基于离散相模型和DO辐射换热模型,对固体颗粒吸热器中幕状物的形态以及吸热性能进行了数值模拟,讨论了辐射强度、颗粒直径、颗粒质量流率、颗粒吸收率和颗粒初温对固体颗粒吸收器的流场和热性能的影响规律。模拟结果表明:颗粒质量流量和颗粒粒径对吸热器效率的影响明显;入射辐射强度从500 kW/m~2增加到1 500 kW/m~2时,颗粒出口温度提高,吸热器效率从46.51%逐步增加到49.74%;颗粒粒径从1 297μm减小到500μm时,吸热器效率由35.5%增加到52.1%;颗粒质量流量从1.2 kg/s增加到6.7 kg/s时,颗粒出口温度降低,吸热器效率从23.8%增加到57.6%;颗粒初温由300 K升高到900 K时,颗粒温升降低,吸热器的效率从42.2%下降到37.9%。     

固体推进剂燃烧的数值模拟研究

综合报道国内外４５篇文献资料内容，介绍了一些有代表性的描述固体推进剂燃烧过程的数学模型。因刊物的版面所限，文中删去有关的数学表达式     

对称双阴极固体氧化物燃料电池阴极流道影响的数值模拟

基于热-电-力-化学多物理场耦合理论,针对对称双阴极固体氧化物燃料电池建立了一个三维数值模型,设计出一种具有强化传质能力的Ⅰ型流道,并与传统Z型阴极流道电池中流道的气体流动速率、氧气摩尔分数、压损、温度、应力分布以及电化学性能进行了对比研究。结果表明:在0.6 V工作电压下结构优化后的阴极Ⅰ型流道与传统Z型流道相比,传统Z型的氧气浓度分布差约为58.6%,优化Ⅰ型流道的氧气浓度分布差约为38%,氧气分布更加均匀,优化Ⅰ型流道相较于传统Z型流道压降损失减少约36%,随着工作电压的减少,电池的浓差极化损失越小,能够有效提升电池性能。     

石钢三流中间包结构优化的数值模拟与工业实验研究

以石钢三流中间包为研究对象,建立了中间包钢液流动与传热的三维耦合数学模型,并采用随机轨道模型对比分析了中间包有、无控流装置时夹杂物的去除效果,结合工业实验优化了中间包结构.结果表明,中间包加入控流装置以后,中间包离入口最远的第1流及离入口最近的第2流之间的温差由3℃以上降低到1.5℃,进出口最大温差由20℃以上降低到16.5℃以下,中间包夹杂物去除率提高77%以上;工业实验分析发现,中间包钢水存在二次污染的现象.     

微小流体控制阀门的结构及数值模拟

微小流体控制阀是微流体控制系统的关键部件之一,是微流量系统中不可缺少的重要组成部分,它的性能直接影响着整个微流体控制系统的工作状况。本文设计了一适用于在较低的工作压力下满足流量要求的以步进电机致动的可控微型阀门。并利用ANSYS软件进行了阀门内部流场的模拟,根据模拟结果,提出了阀门的结构优化方案。     

钝感复合装药结构枪击试验尺寸效应的数值模拟

利用有限元软件AUTODYN对钝感复合装药药柱进行枪击感度数值模拟。结果表明,外层采用TATB钝感炸药,内层采用PBX-9404高能炸药的复合装药结构既可减小炸药的枪击感度,又能得到比单一钝感炸药高的能量输出。通过分析装药结构的尺寸效应,得到装药结构与枪击感度的对应规律。     

直通单座控制阀流场的数值模拟与结构改进

应用SOLIDWORKS和CFD软件,对直通单座控制阀建立了3D流道模型,并对控制阀在相同压差不同开度的内部三维粘性流场进行了数值模拟,分析了流量系数与阀门开度的关系,并与文献进行了比较,验证了文中所建的模型和方法的可靠性。并且根据不同开度下控制阀内部流场的压力和速度云图、速度等值线图和矢量图等可视化图形,对流场进行了分析。对控制阀内能量损失严重的部位进行流道优化改进和模拟,并与改进前的流道进行了比较,为控制阀优化设计提供了依据。     

固体炸药冲击起爆尺寸效应的数值模拟

固体炸药样品的装药尺寸对其冲击起爆的特性有着比较明显的影响，本文利用非线性有限元方法模拟计算了JO－9159炸药冲击起爆过程，分析了炸药冲击起爆过程的尺寸效应，结果表明，在一定范围内，JO－9159炸药的起爆力阈值随装直径和装药长度的增大而减小。     

单螺杆挤出过程固体输送段的数值模拟

介绍了挤出成型过程数值模拟的现状及现有通用计算流体力学(CFD)软件在模拟聚合物流动时存在的缺陷，指出自主开发CFD程序的必要性。针对单螺杆挤出过程固体输送段的数值模拟方法，讨论了传统塞流固体输送理论的缺陷，介绍了非塞流固体输送理论的优越性及相关的有限元计算方法。并针对有限元方法的复杂性，介绍了简化的三层模型方法。计算结果表明：非塞流固体输送理论的三层模型法与有限元法计算结果接近，且优于塞流固体输送理论，而三层模型法计算方法简单，便于其在工程计算中的应用。     

Experimental study of rheological properties of solid propellant slurry at low-shear rate and numerical simulation

The steady state rheological properties of a three-component hydroxyl-terminated polybutadiene binder (HTPB) solid propellant slurry at low shear rate were investigated using a rotational rheometer. The data were analyzed and the rheological characteristics of the slurry were determined. The effect of shear rate on apparent viscosity and shear stress as well as the viscosity–time effect of the slurry were also analyzed. Herschel–Bulkley (H-B) model was applied for the simulation of the flow process of a two-dimensional container using CFD Ansys-polyflow software. Experimental results showed that solid propellant slurry had yield pseudoplasticity. Yield characteristics were determined based on the fact that when shear stress was greater than yield stress, the slurry began to flow and the relationship between shear stress and shear rate obeyed power law function. Simulation results further verified the correctness of experimental results.     

深层鼓泡床内偏涌现象的实验研究与数值模拟

针对催化裂化空筒汽提器中存在的气体偏涌现象,在一套大型空筒催化剂汽提器冷模实验装置中利用光纤探针法系统研究了偏涌的特性及其随床层高度的发展变化情况,并进一步利用一种新的离散颗粒计算流体力学模型(CPFD模型)对该现象进行了数值模拟研究.结果表明,在催化裂化汽提器操作条件下,偏涌主要发生在临近床层边壁的位置,造成周向上颗粒浓度分布呈现严重的不均匀性,偏涌的强度会随着床层高度的增大而减弱.CPFD模型不仅能够成功预测深层鼓泡床中存在的偏涌现象,而且可以定性预测偏涌强度沿床层高度的发展趋势,但定量预测结果较实验结果偏大.上述结果对工业汽提器的设计和故障诊断具有指导意义.     

煤气化细渣陶瓷膜真空脱水试验与数值模拟

气化细渣是煤炭气化过程的废弃物,高效脱水是其资源化利用、减量化处置的必要前提。本文采用陶瓷膜真空过滤系统开展了脱水实验并对脱水过程进行了数值模拟。气化细渣料浆浓度和液下吸附时间影响滤饼厚度且滤饼厚度增加导致水分运移路径增长,使得有效脱水时间增加;滤饼脱水过程的脱水速率值呈现非线性降低趋势且滤饼水分极限值为40%,这与气化细渣物化性质有关;真空度>0.08MPa时气化细渣滤饼中“通道水”能够在约24s有效脱除。Fluent数值模拟过程选用了欧拉模型并确定了陶瓷膜滤板和气化细渣滤饼的阻力系数,脱水过程的实验值与模拟结果误差小于5%,证实了模型可靠性。模拟过程分析了气化细渣脱水过程中压力场和水分含量分布云图的演变规律,结果表明,增加脱水系统真空度、降低滤饼厚度、提高“通道水”比例以及增大气化细渣颗粒等效当量直径能够提高气化细渣脱水效率。此外,陶瓷膜真空脱水过程所得滤液洁净度高且部分指标达到了工业用水的标准。     

泡沫镍板冷却特性的实验研究及数值模拟

以泡沫镍板为研究对象，采用实验与数值分析方法，研究了泡沫镍板在冷却过程的基本特性。实验结果表明，在泡沫镍板生产线正常运行期间，整个冷却过程可视为稳态过程，镍板各部分温度基本保持不变。较大温度梯度主要集中在两处，第一是还原性气体入口处，第二是高温水冷段的前半段。数值分析表明，改变镍板的运动速度时，第一温度梯度随着镍板运动速度的增加而增加，第二温度梯度随着速度的增加而减少，二者出现的位置也相应变化；改变高温水冷段水温时，水温升高引起第二温度梯度减小，对其他位置的温度场影响较小。     

SCV耦合传热特性实验研究与数值模拟

浸没燃烧式汽化器（SCV）是液化天然气（LNG）接收站中一种必不可少的换热设备,主要通过水浴系统作为中间介质实现烟气与LNG之间的热量传递。搭建一套完整的SCV流动换热实验平台,对其内部复杂的传热特性进行研究。可视化实验结果揭示了汽化器内部一些独特的流体动力学现象（局部水浴结冰等）,同时通过建立的气液两相混合物与跨临界LNG耦合传热计算模型得到了换热管束内外局部流体温度和局部传热系数分布曲线,并分析了LNG进口压力、LNG入口速度、初始水位高度以及烟气进气量对NG出口温度和水浴温度的影响规律。研究成果能够为SCV国产化设计提供重要参考。     

Meso‐scale statistical properties of gas–solid flow—a direct numerical simulation (DNS) study

Statistical properties of particles in heterogeneous gas–solid flow were numerically investigated based on the results of a three‐dimensional large‐scale direct numerical simulation (DNS). Strong scale‐dependence and local non‐equilibrium of these properties, especially the particle fluctuating velocity (PFV) or granular temperature, were observed to be related to the effect of meso‐scale structures formed by the compromise in competition between fluid and particle dominated mechanisms. To quantify such effects, the heterogeneous structures were partitioned into a gas‐rich dilute phase and a solid‐rich dense phase according to the particle‐scale voidage defined through the Voronoi tessellation. Non‐equilibrium features, such as the deviation of PFV from Gaussian distribution and anisotropy, were found even in phase‐specific properties. A new distribution function for the PFV well characterizing these features was obtained by fitting the DNS results, which takes a typical bi‐disperse mode, with phase‐specific granular temperatures. The implications of these findings to the kinetic theory of granular flow and traditional continuum models of gas–solid flow were also discussed. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 3–14, 2017     

镜像流体法模拟单颗粒沉降和绕凸起物流动

提出一种新的计算流体力学方法,即镜像流体法,通过指定固体区域内的流场参数,使相界面边界条件隐含满足,使得固液两相运动可以在固定的欧拉坐标系中求解。采用SIMPLE算法和控制容积法离散控制微分方程组。利用镜像流体方法数值模拟了单个球形颗粒的自由沉降过程,以及幂律流体、Carreau-Bird流体和粘弹性的Oldroyd-B流体绕半圆环形、三角形和梯形凸起物的二维圆管流动问题,模拟结果与报道的实验数据及计算结果很接近,初步验证了本算法的可靠性。     

不对称撞击流的实验研究与数值模拟

采用恒温式热线风速仪(CTA)测量不对称撞击流流场.用CFD软件对流场进行数值模拟,得到了和实验相吻合的结果.结果表明,不对称撞击流轴线上轴向速度除撞击面附近外,基本符合圆射流衰减规律.当喷嘴间距一定时,轴线撞击面驻点偏移量随气速比和喷嘴直径的增大而增大.当气速比一定时,轴线撞击面驻点偏移量随喷嘴间距增大而增大.     

洗涤冷却管内热质传递的实验研究及数值模拟

为了研究新型洗涤冷却室洗涤冷却管内热质传递,对新型水煤浆气化炉洗涤冷却室进行了热模实验研究,并借助F luent流体仿真模拟计算软件,建立了洗涤冷却管内气液二相流热质同时传递过程的数学模型,模拟值与实验值吻合较好。研究结果表明:对于一定的合成气量,存在一个最佳的冷却水量。洗涤冷却管上部0.2 m区域内合成气温度下降梯度最大,即该处气液热质同时传递最为剧烈。比较建模所选用的4种辐射传热模型,结果显示,采用Rosseland辐射模型的模拟结果与实验结果最为吻合。     

压缩空气A类泡沫水平管路压降实验及数值模拟

压缩空气A类泡沫是具有非平衡自组织结构的两相可压缩非牛顿流体,针对不同发泡倍数的泡沫特性进行水平管路压降实验及数值模拟研究。泡沫具有良好的压缩性能,其内部压力随着压缩体积的增加呈指数型增长,并在1 MPa的实验压力下可保持结构稳定而不发生泡沫破碎。泡沫属于非牛顿流体,具有剪切变稀的性质,其黏度流变行为符合Herschel-Bulkley模型。综合考虑其压缩性能及黏度变化,运用Fluent数值模拟软件针对不同发泡倍数的泡沫在水平管路中的层流流动进行模拟,并通过实验检验其压降模拟结果的可靠性,结果表明其误差可控制在10%以内,模拟方法具有一定的准确性。