从“压缩饼干”到“运动饮料”———过程设备的选型与设计课程教学改革与实践

作为化工类专业的必修课,过程设备的选型与设计课程是一门理论与实践并重的综合性机械类课程,对学生学习过程设备与机械设计的基础知识具有重要作用。然而,由于学科交叉性强、学生没有相应的力学和机械基础,该课程教学中存在教学深度与广度失衡、教学内容晦涩难懂、高效直观的教学手段缺失、课程理论知识与工程实际关联较弱等问题,这在一定程度上限制了学生知识体系的建立和工程应用能力的培养。鉴于此,文章结合过程设备的选型与设计课程的教学现状,分析了该课程目前存在的问题,介绍了浙江大学该课程教学团队多年的探索与实践,提出了增加讨论课和综述论文撰写模块、编写特色教材和构建移动学习平台等建议,以全面推进该课程的教学改革。     

微通道内液-液两相流流型及传质的研究进展

微通道内液-液两相流流动在微化工系统中占有重要的地位,了解微通道内液-液两相流体流动和传质规律对推动其工业化应用有重要作用。本文以微通道内液-液两相流系统为研究对象,简述了不同工况下微通道内液-液两相流流型和混合传质效率,分析了微通道特征、流体性质和流体流动速度等对流型形成和传质效率的影响。指出目前对于微通道内液-液两相流的研究多处于定性研究,定量研究仅针对某一体系展开,所得结果具有一定的局限性。关于微通道内液-液两相流传质研究实验较多而数值模拟方法相对较少,接下来的研究工作中应该考虑建立微通道内液-液两相流基础研究的数据库,通过分析大量的数据获得有效的流型划分准则和相关经验式以此推动微通道内液-液两相流的工业化应用。同时在传质研究过程中应研究开发相应的数值模拟模型,保证实验和数值模拟相结合,提出有效的传质效率评价机制。     

基于UDFs程序的先导式截止阀启闭特性数值分析

先导式截止阀利用液体流动产生的压差作为阀门开启的动力,具有反应时间短、能耗低的优点,然而对于开启时间长短以及开启后产生压差的大小,目前仍缺乏理论研究。文章通过编制UDFs程序,实现了压差的测量,并利用压差的大小,控制阀芯的运动,模拟出阀门的开启过程,得出了开启时间的数值解,为进行阀门系统的分析提供了数值方法。通过对阀门流场的分析,指出了本阀门的主要阻力损失区域,为阀门进一步的优化设计提供了理论依据。图6参9     

多功能料理机锅体内流场研究

目前市面上部分料理机存在粉碎能力差以及工作时间长等缺点,为了改善料理机的性能,笔者采用计算流体力学的分析方法对多功能料理机内部的流动状态进行了数值模拟研究。通过对设计转速及其上下转速区间内料理机锅体内的流速流线分布以及剪切应变率分布的分析,发现垂直锅体底面方向上的旋涡分布对刀具的粉碎效果有重要的影响;流体的运动速度以及剪切应变率随着刀具转速的增加而增加,即增加刀具的转速能显著提高物料的粉碎性。因此,在合适的转速下,合理的刀具及锅体结构可改善料理机的性能。     

十字型微通道中非定常分散相速度下液滴生成的数值分析

微液滴因其独特的流体力学特性和尺寸效应,在许多领域得到了广泛的应用。在制备微液滴时常使用蠕动泵为流体提供流动推动力。实际上,当时间尺度足够小时,蠕动泵提供的推动力是呈一定周期性变化的,这对液滴的生成来说是一种周期性的扰动。为研究周期性扰动对十字型微通道内液滴生成的影响,本文基于经过验证的模型,在分散相入口流速为时间的正弦函数条件下对液滴生成情况进行了数值模拟。模拟采用流体体积(VOF)模型,以硅油为连续相、水为分散相,首先模拟了两相流体入口流速均为0.01 m×s~(-1)的工况,得到液滴生成时间为0.08 s。导入周期分别为0.04、0.08、0.12、0.16 s以及振幅分别为0.0025、0.005、0.0075、0.01的正弦函数作为分散相入口流速,模拟不同条件下液滴的尺寸和生成时间。模拟结果表明,当正弦函数周期≤0.08 s时,改变周期和振幅对液滴尺寸和生成时间的影响较小;当正弦函数周期大于0.08 s时,液滴尺寸和生成时间会呈现周期性变化。而正弦函数的振幅对液滴的生成影响不明显,只对液滴生成达到稳定状态的时间有影响。     

多孔板流动与空化特性的研究进展

对目前多孔板流动特性和空化特性的研究与工程应用进行了综述。针对多孔板的流动特性,归纳了多孔板的压降研究,包括多孔板几何结构及其内流流动特性等。回顾了孔板流量计在数值模拟和精细测量上的研究以及在消能方面的工程应用。针对多孔板的空化特性,介绍了其空化腐蚀的研究现状。总结了多孔板在空化降解方面的工程应用。结合目前的应用现状和研究进展,提出了多级孔板、孔板尺度效应和新型流动介质这3个方面的潜在研究方向。可为管路系统节流元件的设计和多孔板在相关工程中的应用提供参考借鉴。     

煤液化笼式调节阀的空蚀分析及结构改进设计

针对煤液化笼式调节阀内普遍存在的空蚀问题，基于RANS方程、Mixture多相流模型及Zwart空化模型，对阀门内部的空化流动进行了数值模拟研究，确定了阀笼失效的主要原因；基于压降分析和预测空化位置，提出了调节阀阀笼的结构改进方案并进行了验证分析。结果表明，调节阀内空化气相集中分布于阀笼内层节流孔，是阀笼中内层节流孔内壁及阀笼内壁存在明显失效缺陷的主要原因；阀笼内层节流孔内空化严重发生的主要原因为降压级数不够，导致第二级压降过快，产生局部低压区，空化剧烈发生；内层节流孔深度较大，导致空化在整个内层节流孔内充分发展；提出将内层节流直孔调整为阶梯孔的结构改进方案，可有效降低空化强度和分布范围。本工作对煤直接液化工程中的笼式调节阀的设计和研究具有一定参考价值。     

核电主蒸汽阀站中电磁先导阀的动态响应仿真研究

针对核电主蒸汽阀站中关键部件之一——大气释放阀前置隔离阀在实际工况中常出现响应超时的问题,采用数值仿真软件Fluent中的动网格以及用户自定义函数技术,对控制其启闭过程的电磁先导阀动态响应过程进行了研究。首先,研究了电磁先导阀中先导结构的动态响应过程以及阀杆的受力情况;然后,研究了电磁先导阀中主阀的动态响应过程以及主阀泄压时阀内的压力和速度分布情况;最后,综合两个动态过程,分析了电磁先导阀整阀的运动时间。研究结果表明,电磁先导阀的运动时间为8.5 ms,其中先导结构的运动时间占比较小,85%的时间集中在电磁先导阀主阀动作过程。该研究结果可对前置隔离阀响应时间的优化提供参考。     

阀门密封性能的研究进展

对近年来阀门密封性能的理论研究、数值模拟以及实验研究进行总结,主要侧重密封机制研究。总结的密封性能主要研究内容包括:从阀门密封的接触机制方面分析密封比压、微通道泄漏率以及热固耦合;从长期运行下阀门密封损伤角度分析阀门密封的汽蚀、冲蚀、磨损、腐蚀等损伤。对阀门密封性能研究的发展方向进行展望:完善阀门密封接触理论以及泄漏预测理论;强化高参数工况下阀门密封的热固耦合计算;基于多种方法开展密封损伤因素的耦合研究;推动高性能密封材料的研发。     

主给水调节阀节流窗口周向设计及其对流动特性的影响

安装于核电站二回路的主给水调节阀通过控制给水流量来调节蒸汽发生器内的水位高度,因此主给水调节阀的流动特性影响着核电站的运行安全与效率.首先,提出了无量纲的节流窗口周向布置不平衡度δ,进行主给水调节阀节流窗口周向设计;其次,利用经网格无关性与流量实验验证的数值模拟方法分析了阀内流场的速度和压力分布特性;最后,探讨了节流窗...