内燃式热风炉全周期操作优化数值模拟研究

以某钢厂内燃式热风炉为研究对象,采用热风炉整体三维稳态CFD模型与蓄热室格子砖单孔道二维非稳态CFD模型相结合的数值模拟方法,对热风炉内燃烧、流动和传热过程进行计算,预测送风温度,确定热风炉燃烧期的最佳操作条件。数值模拟结果表明,将热风炉整体三维稳态模型的计算结果作为蓄热室格子砖单孔道二维非稳态模型的入口边界条件,能够准确模拟热风炉在各操作时期的热状态。热风炉燃烧期的最佳操作条件是空气消耗系数在1.0～1.1范围内,进入蓄热室的烟气平均温度最高可达1 390℃,热风温度最高可达1 214℃。     

玻璃窑炉蓄热室内温度场的数学模型

通过对玻璃窑炉蓄热室内传热和气体流动过程的分析,以热量平衡原理为基础,建立了温度场的数学模型。在该模型中,物性参数与换热系数均取作温度的函数。在单元节点上把格子砖的局部平均温度转化为局部表面温度,以计算换热系数,并应用集总换热系数来引入格子砖内部热传导的影响。文中给出了主导这一数学模型的基本方程,并用有限差分方法进行了数值计算。在马蹄焰玻璃窑炉蓄热室的操作条件下,实测结果与计算机数值结果有较好的一致性。运用数学模型的计算结果,能为蓄热室的实际设计和操作提供依据。     

蓄热体与换热时间的数值模拟分析

运用ANSYS中的Fluent模块功能,从流体初始速度、蓄热体结构数值以及换向周期等几个因素对其换热性能的影响进行了数值模拟,可得到蓄热室内部和面壁在蓄热和冷却期间的温度云图.结果表明:蓄热体换热过程中温度随时间变化的规律;运用数值分析的方法对蓄热室内部从初始状态到稳态工作过程进行了模拟,得到并分析了在工作运行中烟气和空气出口温度的改变状况;分析稳态时的加热和冷却末期时间段蓄热体内部温度情况.研究结果为进一步探究换热机制提供了一定的科学依据.     

蓄热量对局部时段供暖房间能耗影响的实测与分析

冬冷夏热地区为非集中供暖区域,局部时段供暖是该地区典型的冬季采暖行为特征,这导致家具等蓄热体在供暖时间内处于不稳态传热过程,蓄热量会影响到室内升温速率和能耗指标.在人工气候室内对不同蓄热量房间的能耗指标随供暖时间的变化特征进行了实测分析.结果表明,由于蓄热体在供暖过程中吸收和储存热量,房间蓄热量会大幅度增加短时间供暖房间的能耗指标,随着供暖时间的延长,能耗指标逐步下降.房间蓄热量和室内外温差越大,随供暖时间延长则能耗指标下降越缓慢.此外,蓄热量较大时,室内气温将难以在短时间内控制到满足人体热舒适需要的范围.     

BEPCⅡ SSM超导磁体降温和升温过程数值研究

从SSM超导磁体低温系统的设计和磁体安全运行角度考虑该磁体降温和升温过程,提出了SSM磁体降温和升温过程的数值计算模型.将磁体处理成二维模型,采用有限体积法离散磁体能量方程,将低温系统中的氮管道和阀门处理成一维模型,方程采用有限差分法离散.考察了氦流进出磁体温度、压力以及磁体上最高、最低温度和最大温差的非稳态变化过程,并详细分析了产生该过程的内部机理.对SSM磁体及其低温系统在非稳态情况下安全运行有一定指导作用.     

气流引射器混合室流场计算的积分法

本文分析了气流引射器混合室内射流的紊流混合过程,速度分布、温度分布采用阿勃拉莫维奇的普遍参数型,建立起求解流场的积分方程。验算了等截面管道中非均能气流的混合过程,温度分布与实验作了比较,还对某气流引射器混合室流场进行了计算,给出若干截面上的速度分布及压强沿轴向的变化规律。     

顶燃式球式热风炉烧炉过程温度场建模

针对热风炉烧炉过程中蓄热体温度难以实时在线检测的难题,结合计算流体动力学以及传热学,建立顶燃式球式热风炉烧炉过程温度场分布模型。首先,在综合分析炉内的煤气燃烧反应、烟气湍流规律和蓄热体与烟气动态热量交换过程的基础上,建立热风炉的烟气流动模型和融合蓄热球自身热传导的局部非热平衡多孔介质模型;其次,根据实际现场检测的温度、流量和压力合理设定所建模型的定解条件;最后,采用有限体积法对模型进行求解,得到热风炉的温度场分布。研究结果表明:所建立的模型能够正确、有效地模拟热风炉烧炉过程的温度场分布,模型温度计算值与实测拱顶温度的平均相对误差低于1%,与实测废气温度的平均相对误差为2.6%。     

蓄热室三维非定常流动与传热数值研究

蓄热室是蓄热式高温空气燃烧系统实现余热回收和获得高温空气的关键部件。应用多孔介质模型模拟蓄热体，采用当量连续法建立蓄热室非定常流动和传热的三维模型，对采用蜂窝陶瓷蓄热体的蓄热室在蓄热过程和放热过程中流速和温度的动态分布情况进行研究。     

基于多节点模型的大空间垂直温度分布研究

针对大空间下送中回气流组织室内热环境,以室内空气为研究对象,通过在垂直方向上分层建立能量平衡方程与质量平衡方程,建立多节点温度求解模型,并利用大空间缩尺模型稳态环境实验予以验证,通过4个工况验证结果可知,各空气温度的理论计算值与实验值的最大绝对误差不超过3%,平均误差为1.4%.     

相变蓄热装置传热模型的建立

提出了一种采用新型相变材料的内通流体并联螺旋盘管相变蓄热装置,针对所设计相变蓄热式装置的传热特点,在对其传热过程进行合理简化的基础上,提出了相应的相变换热的二维非稳态焓法模型,并对传热基本控制方程进行了空间和时间上的离散化,从而提出了内通流体相变蓄热装置的数值模拟方法。     

格子Boltzmann法研究陶瓷过滤管基体内的稳态和非稳态流动

为了深入了解陶瓷过滤管内的微观过滤机理,将格子Boltzmann方法用于陶瓷过滤管基体内的流动研究,对流体在多孔介质内的稳态和非稳态流动进行了计算。结果表明,流体在稳态流动时,流体的速度和压力间的关系符合达西渗透定律,证明了LB计算程序的可靠性。可以得到多孔介质内的微观速度分布及变化规律。多孔介质内的孔喉处流体速度较大,局部最大速度可以达到表观过滤速度的数十倍。孔隙内各点的局部速度随压降的变化而线性变化,且在入口边界固定时,孔隙中各点的速度不随时间改变。非稳态流动时,通过给定随计算步数变化的入口压力值,分析了局部速度随入口压力的变化趋势,结果表明两者变化一致。     

焦炉炭化室非稳态热传导研究

通过研究炭化室中单向非稳态传热的偏微分方程,得到单向非稳态传热的偏微分方程的通式,并求得非稳态传热的偏微分方程的特解,不同结焦时间下炭化室内各层炉料的温度与状态曲线,可用于预测炭化室内各层炉料在不同的结焦时间的温度变化,也可用于了解距炉墙不同距离的各层炉料到达煤热解的3个阶段的标志性温度的时间,从上一个温度到达这个标志性温度的升温速度和从这一个标志性温度到达下一个标志性温度所停留的时间。     

陶瓷过滤器脉冲反吹系统内流场的数值模拟

将陶瓷过滤器滤管内流场简化为二维轴对称、可压缩、非稳态湍流流场 ,采用贴体网格和计算流体力学方法对脉冲反吹系统内流场进行了数值模拟。模拟结果表明 ,在脉冲反吹过程中 ,引射空间和滤管内、外流场均为非稳态流场。在气体引射过程中 ,喷吹气流与被引射气流的相互作用不断变化。在初始阶段 ,由于喷吹气体速度较小 ,引射器入口区域存在二次引射现象。随着喷吹气体速度的增大 ,引射气量也逐渐增加 ;当脉冲反吹过程临近结束时 ,管内气体首先在引射器入口外侧的集气室内流动 ,随后逐渐扩展到引射器内部区域。     

空气载能辐射空调混合通风协同运行研究

基于空气载能辐射空调房间内的稳态关闭门窗、非稳态开门及非稳态开窗3种工况的试验测量,分别建立3种工况的CFD(Computational Fluid Dynamics)模型,研究稳态和非稳态工况下空气载能辐射空调的热舒适性和结露特性.基于对非稳态开门窗工况的热力学分析,提出由温度协同方程、含湿量协同方程、PMV(Predicted Mean Vote)协同方程和空调能耗协同方程表示的混合通风协同运行模型.经过试验验证的CFD模型模拟结果显示,空气载能辐射空调在稳态和非稳态工况下室内人体头部与脚踝平面的垂直温差小于0.6℃,人体活动区域内的空气速度约为0.1m/s,稳态和非稳态工况中辐射孔板下表面分别存在厚度约为12cm和6～8cm的具有良好防结露效果的低温近壁边界区.将空气载能辐射空调开门窗工况试验结果应用于混合通风协同运行模型,分析了空调送风量和门窗开度对PMV和空调能耗的协同影响,提出了混合通风协同评价系数,得到不同门窗开度对应的最优空调送风档位设置建议.     

太阳能土壤源热泵蓄热过程中的数值模拟

建立了太阳能土壤源热泵系统蓄热过程的数学模型,在求解模型时考虑了换热器管壁和土壤的接触热阻,定义了一个综合换热系数;在蓄热量的计算上,把换热器沿深度方向上离散成M份,算出每段的蓄热量相加后得出总换热量。文中采用了有限单元法对地下垂直埋管周围土壤的非稳态温度场进行了数值模拟,分析了换热器周围土壤温度变化的规律。     

陶瓷过滤器脉冲反吹系统内流场的数值模拟

将陶瓷过滤器滤管内流场简化为二维轴对称、可压缩、非稳态湍流流场，采用贴体网格和计算流体力学方法对脉冲反吹系统内流场进行了数值模拟。模拟结果表明，在脉冲反吹过程中，引射空间和滤管内、外流场均为非稳态流场。在气体引射过程中，喷吹气流与被引射气流的相互作用不断变化。在初始阶段，由于喷吹气体速度较小，引射器入口区域存在二次引射现象。随着喷吹气体速度的增大，引射气量也逐渐增加；当脉冲反吹过程临近结束时，管内气体首先在引射器入口外侧的集气室内流动，随后逐渐扩展到引射器内部区域。     

显热蓄热式电暖器供暖室内温度场的实验研究

基于人工气候室内温度场的实验研究,搭建了较高密度测点的温度场测试试验台,对室内水平、垂直方向上的温度随时间的变化规律以及室外温度及蓄热时间对气候室温度场的影响进行研究。实验结果表明,显热蓄热式电暖器供暖下室内水平温度梯度较小,但头脚温差大;室外温度越高,蓄热时间越长,电暖器保持其高温状态的能力也越长。采用多种数据处理方法对数据进行分析比较,结果表明,中位值方法更能反映出局部区域的温度状况。     

球体蓄热体的热饱和时间

以加热炉中烟气出口处蓄热体为研究对象,建立了一维非稳态导热过程的数学模型,采用有限差分法进行模型的离散化.使用C 语言开发了计算球体蓄热体热饱和时间的程序,确定了蓄热体热饱和时间与各种影响因素之间的关系.结果表明,对流换热系数的增加会缩短蓄热体的热饱和时间,而蓄热体热容、密度及其半径的增加均使得蓄热体的热饱和时间线性增加.     

埋头弹内弹道过程数值分析

为了给埋头弹火炮可燃导向管的材料选择和结构尺寸设计提供依据,该文研究了埋头弹在膛内的运动过程和药室中的流场变化规律.考虑到埋头弹火炮药室内具有显著的两维流动特性,该文应用两相流体力学理论和计算流体动力学技术,建立了药室内的非稳态轴对称两维多相流和身管内非稳态一维两相流相结合的模型,并进行了数值模拟.计算结果表明要使弹丸嵌入膛线之前导向管不发生破裂,导向管的强度应达到5 MPa以上.     

铁矿石烧结过程传热传质数值模拟

铁矿石烧结是一个复杂的传热传质过程,包括各相之问的传热、水的蒸发与冷凝、碳燃烧、石灰石分解、矿石熔化与凝固以及气相反应等方面.通过对烧结过程进行研究,以多孔介质模型为基础,结合局部非热力学平衡的能量双方程模型、组分传输模型和烧结反应动力学模型,以FLUENT软件为计算平台,采用自定义标量(UDS)构建能量双方程模型,采用自定义功能(UDF)对能量方程、组分传输方程的源项进行修正和定义,建立铁矿石烧结过程传热传质的三维非稳态计算模型.利用该模型对烧结过程进行数值模拟,得到气、固温度以及主要烟气成分的分布,通过与测试值的对比来验证模型的可靠性.