数值研究扩散式旋风分离器流场与颗粒分离特性

1前言长期以来气固分离工程中大量使用旋风分离器。传统旋风分离器下部的锥体段都是上大下小布置,因为锥体部分使主气流易于转变成上升流,同时便于粉尘从下部排出,对分离效率有一定提高[1]。各种传统旋风分离器的实验和数值方法研究,已经获得了相当多的结果。扩散式旋风分离器,     

角点处理的特征无反射边界条件直接数值模拟

对特征无反射边界条件中角点耦合处理方法进行了分析,提出了新的角点耦合处理数学方法.对空间发展的可压缩圆孔射流进行数值模拟,并将模拟结果与试验值进行了对比.结果表明:新的角点耦合处理数学方法在处理声波反射方面是有效的,数值模拟结果与试验值吻合较好.     

碳纳米管悬浮液在重力热管中的沸腾特性

为研究纳米流体的沸腾传热效果,进行了以碳纳米管充装的重力热管的沸腾特性实验.以碳纳米管悬浮液为工质的重力热管的起沸温度、温度漂移及蒸发段管壁温度比水工质热管的高,热管的热阻增大,换热性能恶化.通过测定,水中添加碳纳米管颗粒后悬浮液的表面张力增大,使得加热壁面的活化成核点密度、数量、脱离频率、气泡体积、气泡间聚合能力发生改变,气液界面处的温度梯度和浓度梯度引发Marangoni流动,易蒸发组分水在界面处的蒸发产生质扩散效应.几种因素的共同作用使热管蒸发段管壁和热管的启动温度上升,热阻增大,热管的传热性能恶化.     

基于中尺度WRF模式的海上风电场尾流影响评估

海上风电场群基地的规划设计需要准确、科学地评估风场间的尾流效应。以我国江苏省某300MW海上风电场为研究对象,采用耦合风电场参数化模型的中尺度天气研究与预报(weather research and forecasting,WRF)模式对海上风电场尾流效应影响进行模拟研究。结果表明：WRF模式的计算结果与测风数据吻合较好,准确度满足海上风电前期风资源评估要求;进一步与海上风电场运行数据进行对比,分析了耦合风电场参数化模型的WRF模式计算结果偏高的原因;受上游风电场尾流的影响,下游风电场中心处的风速下降19.3%、尾流长度由14km增加至45km,且总功率下降13.7%。若将海上风电场内额定功率为4.2MW的风力机替换为20MW,一定程度上可减轻上游风场的尾流影响。     

湍流分层射流火焰的直接数值模拟

使用直接数值模拟和详细化学反应机理研究了三维甲烷/空气湍流分层射流火焰．火焰呈V形,由稳燃棒进行稳燃．分析了不同流向位置处的火焰分层现象,在上游出现了前支撑火焰,下游出现了后支撑火焰．下游火焰的燃烧强度大于上游火焰的．通过对火焰结构的进一步分析,发现前支撑燃烧向后支撑燃烧的转变与H2基团在产物侧的积累有关．同时,后支撑火焰中出现了H2基团的优先输运现象,这增强了预热区的化学反应强度,从而增强了燃烧强度．对火焰位移速度与切向应变率的联合分布的分析表明,较小的切向应变率对应较大的位移速度．与下游相比,上游负火焰位移速度的概率较大,这是由较大的正切向应变率造成的．     

大涡模拟气固两相三维湍流射流

为了研究三维矩形射流中拟序结构的空间演化和颗粒扩散特征，建立了气固两相矩形射流流场内气体、颗粒两相运动的大涡模拟数学模型，并在此基础上完成了对流动雷诺数等于11 500的气固两相射流的数值模拟.采用亚网格应力模型模拟气相场,并用Lagrangian方法跟踪了颗粒相运动.模拟结果显示了流场流向涡拟序结构随时间发展的演变过程，同时给出了气流相三维拟序结构作用下微细颗粒在整个流场空间中的运动扩散特性.     

不同风向条件下输电塔风致响应数值模拟

以温州某输电线路为研究对象,根据实际参数分别建立了输电塔与塔线耦合体系有限元模型,研究了不同风向作用下结构风致响应特征,对比分析了塔线耦合作用和塔体两侧档距对各风向作用下输电塔风致响应的影响。结果表明:风向影响塔体各主材轴力响应,其中顺风向最下游主材有着最大的轴力,应在设计时重点考虑;塔线耦合作用直接影响了塔体响应的最不利风向,且大档距使得最不利风向更加接近横线向;脉动风对塔体响应的动力放大效应在不同风向条件下有显著区别,而塔线耦合作用加大了风向对风振放大效应的影响;导线抑制了塔体响应的动力响应,并且导线档距越大,脉动风对响应的动力放大效应越弱。     

三维气固圆柱绕流颗粒扩散的直接数值模拟

为了考察颗粒在圆柱尾流中扩散的运动机理，对气固两相圆柱尾迹流动进行了高精度紧致差分方法的三维直接数值模拟.在对气相流场进行高精度模拟的基础上， 采用了Lagrangrian方法来追踪颗粒场的运动.比较了不同颗粒Stokes数为0.01、1、10和不同Reynolds数为180和200下颗粒的扩散函数，考察了三维圆柱尾迹流流场中气相场的运动对颗粒相扩散的影响.模拟结果表明：当气相流场由二维特性向三维特性转变时，由于受到气流场展向涡的影响，颗粒的展向扩散函数有相当程度的增大.颗粒在横向上扩散函数随着粒径的增大而增大，而在展向上颗粒扩散函数则随着粒径的增大而减小.     

质量浓度比对气固两相圆湍射流影响的实验研究

通过粒子成像测速仪对气固两相圆湍射流在相同的Stokes数下、不同颗粒质量浓度比η、不同截面处进行测量,得到了三种不同颗粒质量浓度比η下颗粒的典型图像,以及三种不同颗粒质量浓度比η下颗粒相的轴向速度,径向速度,和湍动能的分布图,并对其进行了分析,得到了气固两相圆湍射流颗粒质量浓度比变化对颗粒相行为影响的一些规律。图5参6。     

弱剪切平面湍流射流的直接数值模拟

采用直接数值模拟方法研究了弱剪切平面湍流射流的涡量场。其中“弱剪切”是指射流出口速度与伴随流速度的大小在同一数量级(文中为2：1)。计算结果精确捕捉到了大涡卷起、两涡配对及特殊的三涡合并现象。纵向速度U的平均分布与实验值符合得很好。由于涡量场关于射流轴线的完全对称性，雷诺应力的分布较为特殊。图6参8