低渗透储层中氮气的微尺度流动及其对渗流的影响

从气体在低渗透储层微米量级孔喉中的微尺度流动规律研究入手,探讨低渗透储层中气体的非线性渗流机理.实验研究了气体(N2)在内径为2.05～10.10μm微管中的流动规律.结果表明:气体在微管中的流动具有明显的微尺度效应,表现为实测流量大于经典流体力学理论预测流量;管径越小,流动压力越小,微尺度流动效应越强,实测流量与预测流量的偏离越显著.根据微管实验数据,结合毛管束模型,研究了气体微尺度流动效应对渗流的影响.结果表明:考虑孔喉中气体的微尺度流动效应后,低渗透多孔介质中气体的渗流具有非线性特征,表现为视渗透率随流动压力的减小而增加;多孔介质平均孔喉直径越小,视渗透率随压力的变化越明显.     

环形气液雾化装置雾化因素研究与降尘试验

环形气液雾化装置是基于高速气流中横向射流二次雾化机理设计的。采用Fluent软件模拟了环形气液雾化装置的液相流场、气相流场,分析了不同环缝角度和气管距离对装置内液相流动状态的影响及不同气体流速下气相流动状态。结果表明,环缝角度控制在40°～50°、环缝出口至气管出口距离控制在2～6 mm时,液滴和气体具有足够大的相对速度,并且有充分的二次雾化时间和距离。在此基础上对环形气液雾化装置进行了雾化与降尘试验,获得较好的降尘效果。     

贮库内偏二甲肼蒸发扩散数值模拟

 采用CFD软件Fluent对贮库内偏二甲肼泄漏后液池蒸发扩散质量分数变化过程进行数值模拟,分析研究了特定通风条件下贮库内气体运动规律和偏二甲肼连续扩散后的质量分数时空分布规律.结果表明,机械排风、负压进风条件下,贮库内气体呈现一定的循环流动;高质量分数区域主要集中在进风口下方;在z轴方向截面上偏二甲肼气体呈环形分布.     

罩式炉内循环保护气体流动特性的模型化研究

分析了导流板自身的结构特点,考虑了循环气体沿导流板四周的流动,采用流动阻力分析和预测校正方法,对炉内循环气体流量分配进行了模型化,并对影响流动分配的相关影响因素(循环气体成分、温度、循环流量、壁面粗糙度和炉台底部导流器的出口角度)进行了敏感性测试.模型化结果与CFD软件模拟结果及现场流场测试结果基本一致,同时壁面粗糙度在低于0.002 m的范围内对循环气体流量的分配影响较为明显,而高于0.002 m的范围内对循环气体流量的分配影响较小,其余因素对炉内循环气体的流量分配影响较小.     

控比环结构对环形射流泵性能的影响

以环形射流泵为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型进行稳态计算,研究了不同工况下矩形、梯形和三角形等3种控比环结构对环形射流泵效率及泵内流动的影响.研究结果表明,具有三角形控比环结构的环形射流泵效率最高,其在泵最高效率流量比工况下比具有矩形和梯形控比环结构的环形射流泵效率分别高2.57%和1.64%;在流量比较小的工况中,不同控比环结构的环形射流泵效率相差较小,而随着流量比的增加,不同控比环结构的环形射流泵效率之间的差异也逐渐扩大;在3种控比环结构中,三角形控比环结构对泵内流体轴向流动的阻碍作用最小,工作流体的动能损失也最小.     

利用多孔介质板回收PEMFC排气中水分的实验

针对使用多孔介质板的质子交换膜燃料电池增湿器,建立了研究透过多孔介质板的热湿移动特性的实验测量系统,使用该系统测量并比较了增湿气体(燃料电池的排气)透过多孔介质板向被增湿气体(燃料电池阴极供气)进行热湿传递时,气体的温度、相对湿度与流量等因素对热湿传递特性的影响.结果表明:在使用相同的多孔介质板的前提下,降低气体流量、提高增湿气体进口温度和相对湿度对多孔介质板两侧的换热更加有利;提高增湿气体的进口温度、降低气体流量和增湿气体的相对湿度可提高水分回收率,而提高增湿气体的温度、相对湿度以及流量均可提高水分传递量.     

一种新型高效燃气灶的设计与研究

介绍了一种新型的具有多孔陶瓷蓄热结构的新型高效燃气灶,其技术特点是：嵌入式燃烧方式,减少了烟气带走的余热,并使烟气从燃烧室内部的环形孔排入烟气回收室预热空气;在燃烧室内设置了具有多孔陶瓷的蓄热装置,保存了一部分余热.将其与传统燃气灶进行了数值分析与试验测试对比,研究结果表明,新型商用燃气灶平均热效率为47%～60%,而传统商用燃气灶仅为37%～50%;具有多孔陶瓷蓄热结构的高效燃气灶,天然气流量与热效率呈单调递减关系.     

纳微米级孔隙气体流动数学模型及应用

对纳微米级孔隙多孔介质内的气体流动进行了研究.利用克努森数划分流态,绘制了流态图版,阐明了不同区域的流动特征.基于Beskok--Karniadakis模型,对渗透率校正系数进行了改进,引入多项式修正系数,将Beskok--Karniadakis模型简化为二项式方程,并利用最小二乘法分段拟合得出多项式修正系数的取值.模型对比显示,简化后的模型具有较高的精确度.应用此模型推导出了纳微米级孔隙气体流量的计算公式.进行了室内微观渗流模拟实验,得到气体平面单向渗流规律,与由纳微米级孔隙气体流量公式计算所得渗流特征进行对比,结果显示本模型与实验数据拟合较好.采用本模型进行编程计算,对其影响因素进行分析,发现气体流量随压力平方差增加而增大,且增加趋势越来越快,并随多孔介质渗透率和克努森扩散系数的增加而增大.     

颅骨组织工程复合支架动态灌注装置的设计

为了解决颅骨组织工程支架中存在的中心处细胞存活率低的问题,针对具有血管嵌入的颅骨复合支架研制动态灌注培养装置,为多孔支架内部细胞提供营养物质以提高细胞存活率,使复合支架达到体内整合的要求.基于颅骨复合支架结构特点,设计双通道循环分别对多孔支架和血管进行灌注,为颅骨复合支架中成骨细胞和内皮细胞提供物质传输,气体循环为循环培养液提供氧气、二氧化碳,保证了培养液氧气充足和pH稳定;模拟人体自然颅骨组织中机械刺激,建立多孔支架、血管流体模型,根据灌注室和血管入口流量计算流体所需的剪切应力,据此确定流体流量和压力的控制范围与精度,为复合支架提供合适的流量;设计三因素三水平正交试验对灌注室的结构尺寸进行优选,确定关键部位灌注室的结构,通过硅胶管连接灌注室、储液瓶、蠕动泵形成循环系统,实现动态灌注装置的总体结构安装;建立流体仿真分析有限元模型,分析不同流速的流体培养液分别对颅骨多孔支架和血管结构的影响,结果表明灌注室和血管结构内流体速度、剪切应力、压力分布均匀,满足骨组织和内皮细胞的培养生理环境,验证了装置设计的合理性.该装置可用于骨组织体外细胞的动态培养,为骨组织工程支架体外构建及血管化奠定了基础.     

高压气体在微圆管中的流动特性

在高压条件下,试验研究氮气在直径为14.9、10.1、5.03、2.05μm微圆管中的流动特性。结合毛管束模型,研究气体的高压微尺度流动特性对气体在低渗多孔介质中渗流特性的影响。结果表明:气体在14.9μm微圆管中的高压流动特性与经典流体力学规律相符;随着管径的减小,气体的流动出现了明显的微尺度效应,表现为实测流量偏离经典流体力学理论预测流量,且管径越小,这种微尺度流动效应越显著;研究稀薄气体效应时提出的Kn数不能用来表征高压条件下气体的微尺度效应;气体在微小孔喉中的高压微尺度流动效应导致气体在低渗多孔介质中的渗流具有非达西渗流特征,表现为实际渗透率大于由经典H-P方程和达西公式计算的绝对渗透率。     

新型流化床气溶胶发生装置及其特性

根据气固流态化原理,设计了一种实用新颖的流化床气溶胶发生装置.该气溶胶发生装置可以稳定地输出高粒子数浓度、空气动力学直径小于10 μm的气溶胶颗粒物.应用该装置对燃煤电站锅炉电除尘器粉煤灰进行了气溶胶化实验.实验表明,通过改变流化气体(氮气)流量、待气溶胶化的粉煤灰和青铜珠床料组成的混合物料的给料速率以及流化床床层物料中飞灰的掺混质量比,可以调节流化床气溶胶发生装置输出的飞灰粒子数浓度.测试结果表明:飞灰粒子数浓度呈双峰分布,2个峰值分别位于空气动力学直径为0.01～0.1 μm和0.1～10 μm的范围内;飞灰质量浓度随着颗粒粒径的增大而增加.     

环形与圆形喷管水下气泡生成的实验对比研究

对环形喷管与圆形喷管水下气泡生成进行了实验对比研究.利用自行设计建设的水下气体射流实验系统,结合高速摄影仪图像记录及图像处理,比较分析了两种喷管气泡生成的异同.研究表明:对于圆形喷管,其气泡生成随气体流量增加依次呈现单周期、双周期和三周期特性;而环形喷管,在初始低流量时,气体在环形喷管出口截面呈随机无规则喷发,一旦形成稳定环形气泡则直接进入三周期区制;两种喷管在后续气泡断裂时整体气泡顶部上浮高度也不同;3类气泡所受各种力处于动态变化之中,且3类气泡所受主要控制力不同.      

负压差立管内气固两相流的气相流动特性

对负压差立管内气固两相流的气相流动特性进行了分析,并基于滑落速度与空隙率的线性关系,建立了立管内气相速度的计算模型,给出了气体流量与相关参数的关联式.分析结果表明,负压差立管内气固两相流中气体来源于出口端进入的流化床流化风和人口端下行颗粒夹带的气体.气流大小和方向的变化主要受颗粒质量流率和立管负压差的影响,存在一个气流方向改变的临界颗粒质量流率Gsc.当颗粒质量流率Gs＜Gsc时,流态是稀密两相流态,气体上行,成分是上行的流化风;Gs＞Gsc时,流态是浓相输送流态,气体下行,成分是下行颗粒夹带的气体,这个气体量随颗粒质量流率的增加而增大.模型计算结果与实验数据一致.     

干熄焦炉内三维流动及传热的数值模拟

以Fluent软件为平台,通过流体在多孔介质中的流动模型来处理冷却气体在干熄焦炉内的三维流动,借助于UDS和UDF进行二次开发,建立干熄焦炉内冷却气体及焦炭的流动传热模型,并分析了循环风量对气固换热的影响。结果表明,冷却室气体在通过斜道进入环形气道时有偏流现象,即靠近总出口附近的斜道有更多的气体流出,且气流速度最快;气体的压力损失主要发生在冷却室;冷却室内周边的换热效果比中心换热效果要好。模拟计算发现,循环风量为200 000m3/h时,换热后的冷却气体温度为1101K,焦炭温度为439K,这不仅满足了焦炭的冷却要求,而且还能提供用于供暖或发电的高品位热量的循环气体。     

基于STAR—CCM＋的燃料电池汽车空气过滤器流场分析

依靠经验和半经验设计燃料电池汽车空气过滤器需要耗费大量的精力和财力,且设计周期长.本文利用计算流体动力学（CFD）软件STAR—CCM＋,建立了空气过滤器的三维数值计算模型.运用多孔介质模型模拟活性炭区域的内部流动,对空气过滤器的稳态流动进行了数值模拟,对不同结构的空气过滤器的气体流动分布、流动均匀性进行数值计算.并提...     

核主泵环形压水室的内部流动稳态特性

基于相对坐标系下的雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用SIMPLE算法,以清水为介质,对AP1000核主泵模型进行数值模拟,研究了不同流量下环形压水室内部流动稳态特性.结果表明,环形压水室水力损失随流量变化而变化,环形压水室内水力损失与流量成非线性关系.环形压水室环形流域内流量沿主流方向逐渐增加,但在出口扩散管随工况不同其流量变化规律不同.在设计流量和1.2倍设计流量工况下,环形压水室环形流域各截面的流体几乎全部流入出口扩散管.在0.6、0.8、1.4倍设计流量工况下,环形流域内的流体一部分流入出口扩散管,剩余流体仍在环形流域内流动.随着流量的增大,环形压水室内动能整体上呈现出先减小后增大的变化规律.不同工况下,右侧隔舌附近漩涡形态、数量等的变化导致环形压水室内部流场发生变化,进而影响了环形压水室内流量的变化规律.     

环形透平叶栅里气体流动的某些特性

本文对环形叶栅里气体流动的若干问题进行了研究.对较长叶片(D/l 较小)的情况,提出了若干较为精确的理论计算方法.在分析时分别考虑到沿叶高上速度系数(?)的变动性、进口参数的不均匀性以及流线变形所引起对气流参数分布的影响.提出了一种更具有普遍性的计算,通过环形叶栅流量的方法.对于在热力计算中如何选取出口不均匀气流的平均值的问题也提出了看法.在研究短叶片(D/l 较大)的流动中着重分析了在环形叶栅中端部损失的形成.指出了,在其中二次流动的物理过程和在平面叶栅中的有所不同.用理论和实验的方法分析了叶片弦长和 Re 数对各项损失的影响.给出了选取最佳叶片弦长的建议.     

预混气体在多孔介质中燃烧火焰面倾斜的演变

为研究多孔介质中火焰面倾斜演变及出现倾斜演变的原因,建立了二维碳化硅堆积小球的多孔介质燃烧器双温模型,对预混气体在燃烧器内的流动、传热和燃烧进行模拟.分析火焰面倾斜演变,并从温度场、气体流速场、压力场三个方面对火焰面出现倾斜演变现象进行分析.结果表明:给定初始倾斜角的火焰面会持续发展,出现更严重的倾斜现象;温度场、气体流速场、动压场通过影响燃烧化学反应速度、气体流动方向、壁面散热等间接影响火焰面的倾斜演变,导致火焰面倾斜的持续发展.     

多孔壁入流及其对槽道内主流流动与换热的影响

对带有多孔壁入流的水平槽道内主流气体的流动与换热问题进行了数值模拟。数值计算中将主流区和多孔壁面区进行耦合求解,对多孔壁面内流动和换热、多孔区域的非均匀温度分布、注入率对表面温度的影响等进行了研究。计算结果表明:在多孔壁面内部,冷却气体与多孔壁面内固体颗粒之间存在一定温差,说明在对多孔壁面内部的流动与换热进行体积平均式的宏观数学描述时采用局部非热平衡模型的必要性;在靠近主流气体的多孔壁面孔隙内产生与主流相反方向的速度分量。此外,不同注入率下多孔壁面上表面固体温度的计算值与实验结果基本吻合。     

多孔质石墨静压气体推力轴承静态特性

为了研究多孔质石墨静压气体推力轴承的静态特性,建立了相对应的理论计算模型.基于该模型分析了多孔质石墨密度、表面限制层、供气压力以及气体质量流量等因素对多孔质石墨静压气体推力轴承静态特性的影响.理论计算结果表明,轴承承载力与石墨密度成负相关、与供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大;气体质量流量与石墨密度成负相关、与供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大;轴承的刚度与石墨密度、供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大.进一步设计实验台,绘制出多孔质石墨静压气体推力轴承的气膜厚度与承载力的静态特性曲线图.对比发现,实验结果与理论结果吻合较好,从而验证了数值计算方法的可靠性.