熔窑结构对玻璃液均匀性影响的模拟试验

应用模拟试验方法,研究卡脖、耳池、机械搅拌及其配合使用时,对玻璃液均匀性的影响。在模型窑内不同区域加入均质检测剂离子,采用分光光度测定法,测出模拟液浓度变化情况,从而定量估算窑内玻璃液均化速度。试验结果表明:卡脖对均匀性影响很小;耳池有利于均匀性提高;搅拌是实现均匀性的主要手段;垂直搅拌效果优于水平搅拌;搅拌与耳池配合使用时,效果更佳。     

电极棒位置对浮法熔窑玻璃熔化过程影响的数值模拟

采用Glass Furnace Model专用熔窑数值模拟软件,对国内某一600 t/d浮法熔窑,建立燃烧空间与玻璃池窑耦合的数值模型,研究了电助熔引入及电极棒排布位置对熔窑内燃烧空间和玻璃池窑温度场、流动场的影响,并通过玻璃熔化质量因子分析了不同工艺条件下玻璃液熔化质量。模拟结果表明:在玻璃熔窑内引入电助熔,可以减少燃料使用量,降低燃烧空间和玻璃液表面温度。而玻璃液平均温度提高,玻璃液流动速度加快,提高了玻璃液平均熔化质量,电极棒布置在原料区末端与热点之间时,电助熔效果最佳。     

固液搅拌反应器数值模拟研究进展

固液搅拌反应器是过程工业中常见的单元设备,该反应器内固液两相的湍流特性以及相间相互作用等因素使得相关的数值模拟变得较为复杂。本文介绍了近年来用于处理旋转桨叶的方法和模拟连续相及离散相的数学模型,总结了这些方法和模型在预测固液搅拌反应器特性（包括速度和湍流特性、固相浓度分布、临界悬浮转速、颗粒层高、几何参数优化和颗粒特性）方面的应用,并对不同的方法和模型进行了展望,重点介绍了采用颗粒解析模型的欧拉-拉格朗日法在研究颗粒悬浮机理方面的应用前景。     

电助熔玻璃窑炉中玻璃液流动的数值模拟

在概括国内玻璃液流动数值模拟现状的基础上,针对某生产玻璃纤维窑炉进行数值模拟,建立关于电助熔窑炉中玻璃液流动的三维数学模型,运用标准κ-ε湍流模型、P1辐射模型获得模拟结果。对结果分析发现,温度分布沿池高方向降低,池长和池宽方向两侧较低;中间温度较高,呈明显的梯状分布;玻璃液的流动中存在的3个回流有利于玻璃液的澄清和均化;其模拟结果均与实际相符,表明该数学模型能较全面地反映玻璃液的流动情况。     

气液并流垂直液膜流动的数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent,采用VOF方法模拟了气液并流垂直液膜流动.将平均液膜厚度数据与文献数据对比,验证了模型的合理性.考察了气、液相雷诺数和壁面剪切力对液膜流型的影响,分析了不同截面液膜厚度随时间的变化情况,且比较了液膜波动与壁面剪切力的变化规律.模拟结果表明:液膜的流动形态在不同高度处主要有滴状流、层流、层流-湍流和波状湍流,可划分为入口段、发展段和稳定段3个区域;波形低谷值对应剪切力的高峰值,大振幅波的高峰值对应剪切力的低谷值,但由于液膜波动的随机性以及波的叠加,并不是所有的剪切力高峰都与液膜波谷相对应.     

大型储罐液固耦合模态数值的模拟

以ANSYS软件为分析平台对1 000 m3储罐液固耦合系统的动力特性开展有限元数值模拟,研究刚性基础上储罐系统自振特性并对比本文中模型的计算精度,在此基础上讨论了储罐几何参数、材料参数和地基刚度参数等对储罐系统自振频率的影响。计算结果表明:该储罐的一阶模态的模拟值为0.294,文献值为0.275,相对误差最大为6.9%,验证了有限元模型的正确性。     

固液两相体系中双层搅拌桨叶的结构优化数值模拟

应用多重参考系法以及欧拉多相流模型,对双层搅拌釜内固液两相流进行CFD数值模拟,考察了不同桨叶组合形式及其安放角(θ)对固体颗粒悬浮以及功率消耗的影响。结果表明:在双层下压式斜桨中,上下层桨叶间的协同作用可以有效促进主体循环流动,提高釜内整体湍动程度,改善颗粒悬浮状况;安放角对釜内整体流型无明显影响,但体系的轴向速度、湍动能以及功率消耗都随着θ的增大而增大,其中θ为45°时可以适宜的功率获得较强的轴向流动和湍流脉动,有利于实现固体在釜内的均匀分布。     

玻璃熔窑鼓泡对湿度分布的影响

运用物理模拟技术,系统研究了鼓泡前后玻璃窑内温度变化规律。结果表明:在加热条件相同的前提下,鼓泡使液面、加料口、澄清区以及热点处的温度发生了明显的变化。池底温度整体提高要求使用优质的材料。鼓泡位置以选在距加料口为窑长的2/5处较适宜,而鼓泡后窑内液流量不能无节制地增长。     

利用有限元法对板坯电磁搅拌中电磁场的数值模拟

基于Maxwell方程,建立了板坯内部电磁场的数学模型.为了满足计算机求解的需要,对数学模型进行了离散化和简化处理.使用有限元法对简化后的数学模型进行了仿真,得到了电磁场等势线图和磁力分布图.通过对磁场分布进行定性分析,得到了在其他条件不变的情况下,电磁力和电流强度、电磁力和电流频率的变化关系.     

气体在玻璃中渗透的数值模拟

为深入理解环境气体对超高真空电子器件玻璃壳体材料的渗透机理,采用巨正则蒙特卡罗法和分子动力学法对玻璃中的气体溶解、扩散两种渗透行为进行了数值模拟研究,基于原子模拟凝聚相优化分子势力场,计算了两种玻璃结构中氧气、氦气、氢气和水蒸气分子的溶解系数,以及氧气和氢气分子在钠钙玻璃中的扩散、渗透系数和扩散运动轨迹。计算结果表明:与玻璃材料亲和力较大的气体分子溶解系数较高;玻璃中金属离子的存在使玻璃中的孔径变小,从而降低了钠钙玻璃中气体分子的溶解系数;环境温度升高和气体压强增加使气体分子在玻璃中的扩散、渗透系数增加;在扩散过程的大部分时间中,气体分子在某一位置做往复振动,偶尔发生一次跳跃,这导致气体分子逐渐远离初始位置;因为玻璃材料能给体积较小的气体分子提供更多的有效扩散通道,所以H₂比O₂有较高的扩散系数。研究结果可为超高真空电子器件的真空失效机制探究、玻璃壳体的材料优选和结构优化提供一定的理论依据。     

生物搅拌槽中挡板结构对搅拌效果的影响

利用Fluent软件,对无挡板搅拌槽和有挡板搅拌槽的搅拌效果进行了对比。基于有限体积法,采用RANS（Reynolds-averaged Navier-Stokes）模型对搅拌槽中的流场进行了模拟仿真,获得了搅拌过程中湍流的流速分布、压力分布和湍动能,对流场的结构形态进行了分析。结果表明：在搅拌槽中设置的挡板宽度越大,流场内的速度值波动就越大,速度矢量变化就越大,湍动能随之变大,有利于提高搅拌槽的搅拌效果;从压力分布上看搅拌槽中的最小压力均出现在距离搅拌槽底面0.12 m处;带档板结构搅拌槽的最小压力低于不带挡板的情况;搅拌槽中的挡板会导致流场中的速度矢量具有较强的旋流效应,流场内速度梯度变化较大,形成较强的涡流,有利于搅拌过程中发生更强烈的化学反应。     

垂直激波加速中粒子动量变化的数值模拟研究

利用测试粒子数值模拟的方法统计研究了电子在垂直激波附近每次穿越过程中的动量增量随粒子速度的变化规律.模拟采用的磁场模型是由均匀的背景磁场和"slab+2D"形式的三维湍流磁场叠加构成的.数值结果表明,粒子穿越激波面前后的相对动量变化和粒子动量的相对变化率均随速度的增加而减小,当速度大于2×10~8m/s时,粒子动量的相对变化率随速度呈现更加显著的衰减趋势,明显反映出相对论参数γ=1/■所引起的物理效应.模拟结果在较大的湍流强度范围内都与理论给出的变化关系较为一致.     

垂直连铸凝固过程的数值模拟研究

采用基于Eulerian-Eulerian方法和合金凝固理论的液相-柱状晶-等轴晶三相凝固模型,对立式连铸工艺中结晶器内的凝固过程进行了研究.对比焓-多孔介质凝固模型,除热溶质浮升力导致的熔体流动,该三相凝固模型还考虑了柱状晶组织的生长、等轴晶组织的形成和演变以及游离等轴晶粒的沉浮,揭示了等轴晶沉降漂移作用对宏观溶质传输及凝固组织分布的影响.模拟结果显示铸坯中心处由等轴晶粒沉积形成的富等轴晶区存在溶质负偏析,紧邻该负偏析区域存在带状偏析区域.随着钢液过热度增加,等轴晶分布减少,中心处宏观偏析加重.     

液液射流装置的搅拌混合效果

以活性污泥、消化污泥为研究对象,分析液液射流搅拌装置对这两种污泥在搅拌槽内混合效果;同时利用计算流体力学软件ANSYS Fluent 15.0模拟了在入射压力为226 043 Pa工况下,射流搅拌装置的工作性能。该入射压力下,液液喷嘴泵送活性污泥时入射流量314.57 m~3/h,入射速度为3.37 m/s,消化污泥入射流量为312.05 m~3/h,入射速度为3.20 m/s。模拟结果表明在液液喷嘴内部搅拌混合效果不受流体性质的影响,均得到很好的搅拌混合;但在搅拌槽内活性污泥的搅拌混合效果明显优于消化污泥,搅拌槽内活性污泥流速方差加权平均值f为144.24,死区的体积分数φ为13.33%,平均流速为0.108 2 m/s,消化污泥在搅拌槽内的平均流速为0.031 8 m/s。     

砂土中隧道垂直下穿既有管线的数值模拟

为研究隧道施工条件下管线的变形,通过开发颗粒流程序及利用室内管线加载-挠度试验建立了管线宏细观参数之间的关系.基于PFC2D建立了隧道-土体-管线的数值模型,模拟砂土中隧道垂直下穿既有管线过程中管线的变形位移.通过数值模拟分析了地层损失率及管线与隧道间距对模拟结果的影响规律.结果表明:随着地层损失率的增加及管隧间距的减小,管线中间的下拉效应与距管线中点35倍隧道直径处的上拱效应越明显;管线中部上覆附加应力会随地层损失率的增大及管隧间距的减小而增大,同时对应管底土压力则迅速减小并稳定在一较小值;管线与管底土层沉降槽宽度系数比值(ip/i)与地层损失率成正比,而与管隧间距成反比,最大值可达到24.     

双液滴同时垂直撞击液膜数值研究

应用数值法对双液滴垂直撞击液膜的动力学行为进行研究.采用VOF法结合网格局部瞬时加密技术捕捉气液两相界面.主要讨论了液滴韦伯数和液滴间距对碰撞演化过程和飞溅特性的影响,给出演化过程中包括二次液滴数量及尺寸等特性参数的变化规律.结果表明,双液滴撞击液膜,除了会生成皇冠形水花外,还会出现水花相撞形成的中心射流.在研究范围内,中心射流产生的二次液滴尺寸比皇冠形水花处生成的液滴尺寸小,中心射流破碎较早,所以二次液滴平均尺寸初始阶段增长较快,后期变化较慢,近似呈现线性增长.     

同轴搅拌混合器性能的数值模拟

介绍了由锚式桨和涡轮桨组成的同轴搅拌器,并利用计算流体动力学软件对其进行了数值模拟,工作介质为牛顿流体和非牛顿流体,考虑了3种不同的工作模式:涡轮桨单独旋转、内外桨同向旋转和内外桨反向旋转。通过分析搅拌器内的功率消耗、速度分布、压力分布和剪切速率分布,得出内外桨同向旋转为该同轴搅拌器的最佳操作模式。     

金属熔池往复搅拌流场中气泡运动特性数值模拟研究

应用基于体跟踪的VOF方法对金属熔池往复搅拌流场中单个气泡的运动及变形特征进行了数值模拟研究.分析了搅拌流场的往复运动频率、气泡初始尺寸、表面张力以及奥托斯数Eo和莫顿数Mo等因素对气泡运动与变形的影响.数值模拟结果表明,气泡上升轨迹与气泡直径、流场平动频率及Mo有关,气泡直径越大,其螺旋上升趋势越强;在分析范围内,平...     

防风网板开孔率对防风效果影响的数值模拟研究

为使防风网达到最佳的防风效果,以蝶形板为母板,通过设计不同开孔率,并对不同开孔率下的蝶形防风网板进行数值模拟计算,由计算结果确定防风网板开孔率最佳值,为防风网技术在不同地区、不同气象条件和不同边界条件下确定防风板网的开孔率提供了研究方法。     

液液射流装置的搅拌混合效果分析

以活性污泥、消化污泥为研究对象,分析液液射流搅拌装置对这两种污泥在搅拌槽内混合效果。同时利用计算流体力学软件Ansys Fluent 15.0模拟了在入射压力为226043Pa工况下,射流搅拌装置的工作性能。该入射压力下,液液喷嘴泵送活性污泥时入射流量314.57 m3?h-1,入射速度为3.37 m?s-1,消化污泥入射流量为312.05 m3?h-1,入射速度为3.20 m?s-1。模拟结果表明在液液喷嘴内部搅拌混合效果不受流体性质的影响,均得到很好的搅拌混合。但在搅拌槽内活性污泥的搅拌混合效果明显优于消化污泥,搅拌槽内活性污泥流速方差加权平均值?为144.24,死区的体积分数 为13.33%,平均流速为0.1082m?s-1,消化污泥在搅拌槽内的平均流速为0.0318 m?s-1。