摩擦和传热联合作用下等截面喷枪内气体的流动特性——(Ⅰ)基本方程及计算程式

基于可压缩流体动力学和热力学及传热原理,导出了表征摩擦和热源联合作用下管式和套管式等截面喷枪内气体流动特性的基本方程和计算公式;对18t AOD炉用套管式喷枪内的气体流动,较合理地确定了喷枪内壁温度和气体滞止温度沿管长的分布,以及吹炼过程中喷枪的摩擦系数;给出了不同流态下喷枪内气体流动特性的计算程式.     

摩擦和传热联合作用下等截面喷枪内气体的流动特性：（I） …

基于可压缩流体动力学和热力学及传热原理,导出了表征摩擦和热源联合作用下管式和套管式等截面喷枪内气体流动特性的基本方程和计算公式;对１８ｔＡＯＤ炉用套管式喷枪内的气体流动,较合理地确定了喷枪内壁温度和气体滞止温度沿管长的分布,以及吹炼过程中喷枪的摩擦系数;给出了不同流态下喷枪内气体流动特性的计算程式。     

摩擦和传热联合作用下等截面喷枪内气体的流动特性：（Ⅱ …

以本工作第一部分中所的表征热源作用下管式和套管式等截面喷枪气体流动特性的基本方程和计算公式，分析了１８ｔＡＯＤ炉用套管式喷枪的气体流动特性。     

等截面套管喷枪的气体力学参数试验研究

本文从可压缩流的基本理论出发,讨论了等截面套管喷枪的计算原则和方法,并对它的气体力学参数进行了测试。测定了不同管径的不锈钢管和铜管的摩擦阻力系数。在此基础上,对套管喷枪出口断面上的速度分布和沿套管喷枪轴线上的速度变化规律和压力变化规律进行了测定。通过试验证明了测定的摩擦阻力系数是可信的,拟定的计算方法是实用的。     

从炉身喷吹预热气体时氧气高炉内冶炼过程的数学模型

建立了氧气高炉从炉身喷吹预热气体时，高炉冶炼过程的一维数学模型，该模型描述了高炉炉型的变化，炉内１３个化学反应，炉墙的热损失，气－固相间的热效换及压力损失，讨论了氧气高炉冶炼的特点。模拟结果表明：随着喷吹预热气体流量增加及温度的升高，炉身上部炉料的温度升高；喷吹预热气体成分的变化，对炉身上部炉料的加热作用不大。     

陶瓷过滤器脉冲喷吹清灰系统动态模型

针对在使用刚性陶瓷过滤器时难以解决其脉冲喷吹清灰的问题，利用气体动力学和流体瞬变理论建立了脉冲喷吹系统内气体流动的动态仿真模型，从而解决了由于实际管路内气体为非稳态流动而按稳态方法分析其流场会产生较大误差的问题。将由模型计算出的喷吹气体质量流量与热线风速仪的测定结果进行了对比，确定出脉冲阀的时间特性参数。利用该模型分析了储气罐容积、管线长度、喷嘴直径等参数对喷吹气体流动特性的影响。结果表明，该模型可用于分析脉冲喷吹系统的结构参数和流动参数对喷吹清灰性能的影响，且此模型的建立对气体过滤器脉冲喷吹系统的优化设计具有参考价值。     

陶瓷过滤器脉冲喷吹清灰系统动态模型

针对在使用刚性陶瓷过滤器时难以解决其脉冲喷吹清灰的问题 ,利用气体动力学和流体瞬变理论建立了脉冲喷吹系统内气体流动的动态仿真模型 ,从而解决了由于实际管路内气体为非稳态流动而按稳态方法分析其流场会产生较大误差的问题。将由模型计算出的喷吹气体质量流量与热线风速仪的测定结果进行了对比 ,确定出脉冲阀的时间特性参数。利用该模型分析了储气罐容积、管线长度、喷嘴直径等参数对喷吹气体流动特性的影响。结果表明 ,该模型可用于分析脉冲喷吹系统的结构参数和流动参数对喷吹清灰性能的影响 ,且此模型的建立对气体过滤器脉冲喷吹系统的优化设计具有参考价值。     

微通道内气体流动参数化数值模拟

基于ANSYS Fluent软件,对微通道内气体在不同压力驱动下的流动做参数化数值模拟分析,得出不同克努森数(Kn)的通道出口截面速度分布图和质量流率,并将仿真结果和理论研究进行比较,分析微通道内气体流动特性与宏观流动的异同,研究稀薄气体效应.模拟结果表明:在微通道中,连续介质假设失效;当微系统特征尺度很小或者工作压力很小时,微通道内的气体具有较大的Kn,出现明显的稀薄气体效应;Kn越大,稀薄气体效应越强烈;稀薄气体效应导致固壁边界的滑移速度和质量流率变大.     

脉冲反吹过程中陶瓷过滤器滤管内流场的测定与分析

在由三根滤管组成的陶瓷过滤器实验装置上 ,利用热线风速仪测定了脉冲反吹过程中滤管内瞬态流场 ,分析了喷吹压力对滤管内流场瞬态速度波形的影响。结果表明 ,滤管内气体流动可分为进气过程和排气过程 ,穿过滤管壁的平均径向反吹速度和回流速度沿滤管轴向分布不均匀是导致滤管外表面清灰不均匀的重要原因。适当增加喷吹压力可以提高滤管进气气流速度 ,进而改善脉冲反吹清灰效果     

复吹转炉熔池内流体流动的数值模拟

建立了描述复吹转炉熔池内流体流动的数学模型,采用PHOENICS（Parabolic Hyperbolic or Elliptic Numerical Integration Codes Series）商用软件模拟计算．根据模拟计算结果分析了底吹、顶吹、顶底复吹等不同工况下熔池内不同截面流体的流动状况和速度分布,得出各喷枪正常工作情况下,熔池内的流动是以转炉中心轴对称的三维流动,底吹、顶吹搅拌流动的动力主区和流动迟缓的旋涡区,提出在实际生产中应设法减少或消除的流动“死区”,转炉采取顶底复吹工艺时,底吹喷枪的合理布置位置应在熔池直径的（0．5～0．7）倍圆周上．     

大型光亮退火马弗炉加热段温度场模拟

建立了大型光亮退火马弗炉加热段温度场的三维仿真模型.该模型考虑了马弗炉实际结构、带钢退火速度和升温曲线特点,采用等效热流密度表征马弗管内保护气体和带钢的换热;选择组分传输燃烧模型、离散坐标辐射模型和标准k-ε双方程湍流模型描述马弗炉内燃烧、换热和气体流动;应用SIMPLE计算方法进行求解.典型规格304不锈钢带光亮退火过程实测特征点温度值和模拟结果基本吻合.分析得到了马弗炉内温度场、流场和速度场分布规律.结果表明:马弗管温度比较均匀,喷嘴正对区域温度偏高;燃气气流沿马弗管壁螺旋流动实现均匀加热.喷吹量较小时,喷吹量(入口速度)越大,马弗炉内温度越高;喷吹量继续增大,马弗炉内温度反而开始降低.     

大型光亮退火马弗炉加热段温度场模拟

建立了大型光亮退火马弗炉加热段温度场的三维仿真模型.该模型考虑了马弗炉实际结构、带钢退火速度和升温曲线特点,采用等效热流密度表征马弗管内保护气体和带钢的换热;选择组分传输燃烧模型、离散坐标辐射模型和标准k-ε双方程湍流模型描述马弗炉内燃烧、换热和气体流动;应用SIMPLE计算方法进行求解.典型规格304不锈钢带光亮退火过程实测特征点温度值和模拟结果基本吻合.分析得到了马弗炉内温度场、流场和速度场分布规律.结果表明:马弗管温度比较均匀,喷嘴正对区域温度偏高;燃气气流沿马弗管壁螺旋流动实现均匀加热.喷吹量较小时,喷吹量(入口速度)越大,马弗炉内温度越高;喷吹量继续增大,马弗炉内温度反而开始降低.     

变质量流动吸附床内的速度分布

在气体吸附分离过程中,吸附床内气体流动过程实质上是一个变质量流动过程.借助二维模型对吸附床内气体的速度分布进行了研究,在模型中考虑了吸附引起的质量变化和床层的径向空隙率的分布.结果表明:(1)多孔介质本身对流动有着重整作用,使流动趋于均匀分布,但是进口端的吸附剂受入口效应的影响较大,在此区域速度呈W形分布,部分区域达到流化状态;(2)在吸附步骤,速度在传质区有着较大的变化,在其他的三个步骤内,速度沿吸附剂床层近似线性变化;(3)降压步骤中,床中气体速度较高,对颗粒冲击较大,易引起摩擦和粉化,应合理控制降压速率;(4)气体吸附引起的质量变化对压力和速度有着重要影响,不能轻易忽略.     

电气体发电中有热添加的喷管流动及热力循环分析

为了提高电气体发电循环的热效率,在有回热的布雷顿循环基础上,对喷管中膨胀的气体进行加热,使循环过程尽量接近Ericsson循环。用CFD数值模拟的方法研究了有热添加的喷管流动,并分析了喷管加热对循环热效率的影响,提出了一种可以提高电气体发电循环热效率的方法。计算和分析结果表明:定热流加热条件下,延长喷管渐缩段和增大入口高度能有效提高喷管流体速度和温度;受边界层的限制,壁面加热方式对主流区域影响不大,而内热源加热方式在主流区域效果明显;将壁面和内热源加热方式结合能够有效地将热量添加到喷管气流中,并能提高循环热效率。     

高压气体在膜式螺旋管环形通道中的对流换热特性

在加压的条件下试验研究了膜式螺旋管环形通道内的对流换热特性,试验气体有单质气体He和N2,也有混合气体如He+N2,试验压力为0.5～3.5 MPa,给出了不同螺旋管结构、不同气体和压力下的对流换热系数,以及典型冲刷形式的对流换热关联式及其适用条件.试验研究表明,气体压力、气体组分、冲刷形式对换热系数均有影响,特别是气体压力的影响最为突出.由数据分析得出了膜式螺旋管环形通道的对流换热关联式,该关联式可以适用于各种气体成分.     

身矩形槽道内的气体滑移流动和传热分析

分析了微矩形槽道内的不可气体在速度滑移和温度跳跃区的流动和传热过程。在分析模型中,假定矩形槽道底面定热流加热,其余三面绝热,流动和换热均匀为充分发展,且处于滑移流动区。给出了截面上速度分布和温度分布的分析解,讨论了阻力持性和换热特性,并与实验结果作了比较。二者的吻合程序表明,在一定的Knudsen数范围内,传统的Navier-Stokes方程和能量方程在考虑了速度滑移和温度跳跃影响后可以描述微矩形槽道内的气体流动和传热过程。     

变通道涡流室式燃烧室气体流动的分析

分析了变通道涡流室式燃烧室和涡流室式燃烧室气体流动的差异，以及变通道涡流室式燃烧室通道结构参数对流动损失的影响；根据计算与试验结果，提出了变通道涡流室式燃烧室通道结构参数的最佳取值范围，研究表明，变通道涡流室式燃烧室的气体流动特性有利于加快油气混合与燃烧的进程，减少流动损失，从而获得比常规涡流室式燃烧室更高的热效率。     

新型双作用气浮气缸优化设计及其工况分析

由于普通气缸摩擦力存在时变性和不确定性,故其摩檫力无法准确获取,难以实现气缸高精度的力伺服控制。基于静压气体润滑原理并结合空气轴承结构,构建了一种带有环形卸压槽的新型双作用气浮无摩擦气缸,实现了气缸活塞与缸筒内壁间的非接触无摩擦。该气缸的气浮活塞具有独立供气的特点,解决了传统气浮气缸往复运动过程中两腔气压变化时气浮活塞承载力不够而引起的活塞与缸筒接触产生摩擦的问题。采用Fluent软件仿真分析了偏心量、节流孔径、气膜厚度等因素对气浮活塞径向承载力和耗气量的影响,得出了多种气膜厚度下最优的气浮活塞节流孔径;研究了偏心量、供气压力对此最优节流孔径的影响,发现了其随偏心量增大而减小、随供气压力增大而增大的规律;开展了不同工况下活塞-活塞杆组件在缸筒中非接触无摩擦运动时的受力情况分析,得出了气缸空载工况时最低供气压力以及加载工况时最大外负载力与供气压力的关系式。研究结果可为该气浮活塞外径和节流孔径参数的选取、供气压力的确定提供参考,进而达到不同工况时满足径向承载力要求后的耗气量尽可能少的目的。     

多股流喷吹粉煤时高炉风口内粉煤浓度场分布

为了揭示改型前、后2种喷煤枪喷吹粉煤气-粒两相湍流流动过程的浓度场的分布,根据质量守恒、动量守恒、混合组分平衡的基本规律建立了高炉粉煤喷吹三维气-粒两相湍流流动过程数学模型,采用k-ε方程描述风口内气-粒两相的湍流流动,通过对Euler正交坐标下节点离散化方程的耦合关系分析求解,采有3组粒度不同的粉煤颗粒对喷枪改型前、后高炉风口湍流流动进行数值计算.计算结果表明随着粉煤颗粒粒度的增加,多股流喷枪对风口底面的低浓度特性明显,当粒度为100 μm时,喷枪对风口底面的浓度为单股流时浓度的(1)/(20);当粒度为75 μm时,为(1)/(10),当粒度为50 μm时,为(1)/(5),这与实验结果相吻合.     

喷嘴结构参数对陶瓷过滤管内压力波形的影响规律

测定了在直管、渐缩和缩放三种结构型式的脉冲反吹喷嘴作用下滤管内的压力波形 ,分析了喷吹压力、脉冲宽度等因素对滤管内瞬态压力的影响规律。对缩放式喷嘴的不同进出口位置的动态压力进行了测量分析。实验结果表明 ,喷嘴的结构型式对脉冲反吹有重要影响 ,并为分析缩放式喷嘴内的流动状态提供了实验基础