微重力条件下气固两相界面耦合燃的数值模拟

在建立气固两相界面耦合燃烧计算模型的基础上，对微重力条件下火焰在固相可燃物表面的蔓延过程进行了三维非稳态数值模拟，考虑气相燃烧过程的同时，对固相可燃材料也用有限差分法研究其内的传热和热解过程，给出体现两相耦合作用的相界面处理方法，还研究了强迫流动对微重力火蔓延的影响，为了分析对比，进行了正常重力条件下的计算，数值模拟得了重力燃烧的一些基本特点，结果令人满意。     

微重力下气液分离特性的数值模拟

微重力下离心式气液分离技术以分离环境不受重力条件的影响而广泛应用于航天器流体技术、环境控制与生命保障系统等领域.本文对微重力工况下离心式气液分离特性进行了数值模拟研究,通过正交实验法分析在转速、入口速度、含气量、黏度、温度综合作用时,各因素影响的主次关系.结果表明,转速、含气量、温度、黏度对分离效率的影响比较明显,且随转速、含气量、温度的增加,分离效率逐渐增加,而随黏度的增加分离效率逐渐降低,入口速度对分离效率的影响较小,这与美国地面实验的趋势大致相同,分离效率在92％～94％范围内.研究结果可为我国空间站环控生保技术采用蒸汽压缩蒸馏方法进行尿液分离的进一步研究提供基础数据.     

燃烧室热-声-固耦合数值模拟研究

为减少NO_x等污染物的排放,现代燃气轮机多采用贫油预混燃烧技术,由此产生较为突出的燃烧振荡与燃烧室结构疲劳问题。应用有限元软件建立燃烧室数值模型优化燃烧室模型网格;对比分析进气速度対数值模拟结果的影响;运用单向耦合与双向耦合方法计算分析了燃烧室热-声-耦合特性。研究表明:网格质量在一定程度上影响计算精度,进气速度对数值模拟结果影响较大;相对于声压载荷,热载荷对结构固有频率和振型影响较大,特别是在高频段;双向耦合较单向耦合数值模拟结果与实际情况更为接近。热-声-固耦合分析方法对发动机燃烧震荡机理研究及其抗热-声-固耦合疲劳设计具有应用参考价值。     

煤粉燃烧两相流的数值模拟

由于煤粉燃烧受热面区域的气固两相流场测量难度大,为预测煤粉燃烧炉内部流场与两相流浓度场分布规律,以FLUENT为平台,建立了煤粉燃烧炉模型,用PDF来定义燃料成分,气相湍流流动采用标准的k-ε方程模型,气相为无滑移边界条件。颗粒相采用随机轨道模型。利用有限差分法来离散微分方程,对控制方程的求解采用SIMPLE算法。得到了燃烧炉内部温度场,煤液化率的分布规律及煤粉的颗粒轨迹。揭示了挥发分释放与燃烧的过程,剖析了焦炭的燃烧机理,为煤粉在分解炉内的优化燃烧提供了重要的理论参考依据。模拟结果有助于煤粉炉改造和节能。     

涡喷加力燃烧室湍流两相燃烧数值模拟

采用无结构网格技术,对具有环形火焰稳定器的三维涡喷加力燃烧室的湍流燃烧过程进行了数值模拟,运用离散相方法和Arrhenius-EBU化学反应模型得到了合理的温度和浓度场分布.在此基础上,比较了一步反应和两步反应机理下的温度场和浓度场,研究了火焰稳定器形状对总压恢复系数和燃烧效率的影响,计算结果与实验值符合较好.     

大型炉膛燃烧过程的数值模拟

介绍了一个针对大型炉膛燃烧过程进行数值模拟的完整三维湍流、燃烧和热传递计算模型，该模型洋了气体流动、组分浓度和温度、颗粒轨迹及燃烧、壁面辐射热流。气相的动量、焓和组分的恒方程采用ｋ－ε模型来描述湍流粘性系数，用颗粒随机道法模拟煤粉的运动轨迹，并且考虑了挥发分的燃烧及热解、焦炭燃尽过程。对辐射热传递采用离散传递法。     

微重力条件下气／液两相流压降实验研究

利用俄罗斯IL-76失重飞机对微重力条件下方形截面管道内的水/气两相流压降进行了实验研究．利用本次微重力气／液两相流压降实验结果对一些目前常用的基于地面常重力实验结果的两相流压降预测模型(均相模型、Lockhart-Martinelli—Chisholm模型和Friedel模型)在微重力条件下的适用性进行了评估．比较发现,均相模型和Lockhart-Martinelli—Chisholm模型预测结果和实验数据差异很大;而Friedel模型的预测结果尽管也与实验数据有着明显的差别,但在这些模型中是误差最小的．因此,可以利用Friedel模型来对微重力气／液两相流压降进行初步预估,而新的、更精确的模型将依赖于更有物理意义的分析方法及不同重力条件下气／液两相流压降实验的结果．     

多孔壁风耦合空气分级条件下煤粉燃烧的数值模拟

为阐明多孔壁风耦合空气分级对煤粉燃烧的作用特性,利用商业软件Ansys Fluent进行了数值模拟研究,并采用用户自定义函数法(UDF)编译写入了焦炭气化反应和NO被焦炭异相还原的宏文件。探究了燃烧炉中流场、温度场和主要组分浓度场的分布规律,分析了多孔壁风对NO_x排放和燃烧效率的影响。结果表明:多孔壁风系数存在优化值,此时不会明显影响炉内的燃烧组织;多孔壁风可在主燃区和还原区壁面形成空气膜,其中,主燃区空气膜中氧气体积分数大于4%,还原区不低于2%,阻止了还原性气体的腐蚀;多孔壁带入还原区的氧气能够与焦炭结合,在焦炭表面生成含氧络合物C(O),既能强化NO的异相还原,又能促进焦炭在燃尽区燃烧。     

地面模拟微重力下两相流动沸腾换热的分析

从加热面方向角、流动速率、过冷度、绝对压力等几个方面对地面上模拟微重力下两相流动沸腾换热的条件进行了分析，认为当沸腾试验段入口流动速率、过冷度、绝对压力及外加热流密度等相同时，在流速达到一定值后，如果向上与向下流试验段出口处的温度、压力、含汽率等基本一样，两者换热系数大致相当，且试验段沿程各点壁温无突变、试验段出口含汽率满足核态沸腾正常进行所必须的下限等，那么就构成了地面模拟的条件。     

燃烧室热-声-结构耦合数值研究

航空发动机燃烧室多种载荷间的交变作用是影响其工作稳定性及疲劳寿命的重要因素。应用有限元方法开展了燃烧室多场耦合数值研究,对比分析了不同网格质量、湍流模型、流体速度及材料属性等因素对模拟产生的影响,并运用ANSYS Workbench 14.0分别采用单向与双向耦合方式仿真分析了热-声-结构耦合作用下的结构动力特性。通过试验数据与模拟结果的对比分析,得出网格质量对计算时间和准确性影响较大,湍流模型主要影响温度、压力与速度等流场结果,而流体速度对流场温度和结构振动频率等具有较大影响;耦合作用产生的根源为燃烧不稳定性,热载荷较之声载荷对结构振动影响更大且在频率为275 Hz和385 Hz附近时耦合对振动影响较强。研究工作对燃烧室设计等具有重要实际意义。     

微重力环境下轴对称贮腔类液刚耦合动力学

采用球坐标系描述球腔中的液体动力学特性,并建立一种轴对称贮腔类液刚耦合系统动力学模型.采用模态展开方法分析了微重环境下球形贮箱中的液体晃动问题,给出了球形贮箱内液体晃动速度势函数和波高函数的高斯超几何级数解析表达式.采用伽辽金变分原理推导了系统动力学模型,并进行了特征频率分析.对耦合充液系统进行了数值仿真计算,并得到系统自由度随时间的变化历程.     

室内沙疗室实验阶段气固耦合热环境的数值模拟

研究室内沙疗室实验阶段空气和沙体间热量传递规律。运用计算机流体力学(CFD)技术建立了室内沙疗室实验阶段三维热物理模型及数学模型,应用Fluent软件计算了沙疗室内气固耦合传热问题,数值模拟与实验验证了空气和沙体温度场的变化。结果表明模拟与实验中空气和沙体的温度场变化规律吻合良好;与吐鲁番沙疗场相对照,模拟得到了适宜室内进行沙疗的温度稳态层及其埋沙深度;通过单口热压自然通风使室内沙疗室的空气热环境具有一定的热舒适度。因而,室内沙疗室可提供沙疗所需温度且相对舒适的热环境,为进一步完善室内沙疗系统的设计提供理论和实践依据。     

基于非稳态对流扩散方程高阶紧致差分的煤自燃数值模拟

为提高求解煤自燃非稳态对流扩散方程的有限差分法精度,构造高阶紧致差分格式,采用Richardson外推法进行求解;并针对煤自燃多场耦合模型的求解复杂度,提出一种具有承袭性的解耦策略。利用本文的解法和策略,对宁夏枣泉矿煤进行煤自燃多场耦合数值模拟,模拟计算的结果与相同实验条件下的实验结果相符。     

三维加力燃烧室湍流燃烧的数值模拟

本文对涡扇发动机三维加力燃烧室内的气相湍流燃烧过程进行了数值模拟。湍流模型采用标准ｋ－ｅ模型,湍流燃烧采用涡旋破碎（ＥＢＵ）模型,数值方法采用ＳＩＭＰＬＥ算法。计算结果定性合理。     

多重射流气相燃烧反应器内三维流场的数值模拟

采用标准的k-ε湍流模型、EDC(涡耗散)燃烧模型和DO(离散坐标)辐射换热模型对多重射流燃烧反应器内的流动及燃烧状况进行了三维全尺寸数值模拟。研究了不同工艺条件下燃烧反应器内温度、速度以及各反应组分的分布状况,考察了燃烧反应器径向温度分布等参数对最终颗粒尺寸、形貌特征的影响规律,并与同工艺条件下实验结果进行了验证,数值模拟与实验结果吻合良好。所建立的数学模型为燃烧反应器结构设计和工艺条件优化提供了依据,同时模拟结果也为纳米颗粒成核生长过程的研究提供理论依据。     

大型空间展开机构微重力环境模拟悬吊装置热结构耦合分析

以大型空间展开机构高低温展开试验系统微重力环境模拟悬吊装置为对象,采用Solidworks软件建立悬吊装置有限元分析模型,并利用ANSYS软件针对不同展开机构产品悬吊载荷及不同工作温度状态进行热-结构耦合分析.通过数值分析得出不同工况下悬吊装置的热变形及应力情况,并分析了其对展开机构展开长滑轨倾斜角的影响.研究内容对应用于高低温环境下的微重力环境模拟悬吊装置优化设计提供参考,并对空间展开机构高低温微重力展开试验的有效实施和参数调试具有指导意义.     

75 t/h循环流化床锅炉气固流动与燃烧的数值模拟

以75 t/h循环流化床锅炉为研究对象,采用数值模拟方法,对其物料流动与燃烧时NO_x排放特性进行研究。通过计算分析燃料颗粒轨迹和改变过量空气系数来研究炉膛出口污染物NO_x的生成分布情况,给出了入炉颗粒球形度对流态化的动态影响。数值模拟结果表明,以污染物NO_x生成量为主要考虑因素时,该锅炉炉膛的过量空气系数宜选在1.10~1.15之间,最佳燃烧工况宜选一、二次风比例为1∶1,过量空气系数为1.12。该数值模拟结果为优化循环流化床锅炉燃烧提供了实际参考,具有一定的工程应用价值。     

放顶煤开采采空区自然发火数值模拟的应用研究

本文针对新峪矿5112工作面的特征,根据采空区内的气体质量守恒和浮煤与气体的能量守恒利用数学方法建立采空区内流场方程、氧浓度场方程和温度场方程,并根据采空区的实际状况设定相应的边界条件,得到采空区内的温度分布,从而预测在不同的条件下预测采空区内自然发火状况.结果表明,该煤层注入阻化剂后采空区煤自然发火危险性均有大幅度降...