水泥回转窑物料流动与传热特性数值模拟

针对回转窑煤粉燃烧过程中物料运动和传热特性难以仿真分析的问题,将回转窑看作是由高温烟气流域和物料流域组成且相互耦合的计算域。在壁面传热的基础上,利用热传导方程描述不同区域物料经窑壁向外散热的热流密度,并提出一种带传热补偿的物料和高温烟气的换热模型。采用此模型数值模拟回转窑内的煤粉燃烧、物料流动和烧结等,研究不同工况下物料流动和温度分布情况。研究结果表明:所建模型可以较准确地反映物料在回转窑内的传热和运动情况;回转窑转速的升高会增大物料沿轴向运动的加速度;增加回转窑内物料流量会降低物料温度,并加剧物料表层和内部的温度差;物料填充率的增加会扩大外回流区的范围,升高冷却带的温度;当物料填充率达到12%时会引发康达效应,使回转窑火焰在靠近物料区域向物料方向发生偏移。     

散状物料流量控制技术研究

本文根据固体松散物料输送流量控制的特点,对比现有测量固态散状物料的设备研究并设计出一种基于物料体积进行控制的定量给料装置,使其具有体积流量控制和重量流量控制功能,而且所设计的滚筒式给料装置能使散状物料落料均匀,在连续性的流程生产中对散状物料进行定量控制。     

引气风斗流动特性数值模拟研究

引气风斗是航空发动机高压涡轮主动间隙控制系统中的重要零件,其流动特性将对发动机性能产生影响,为此采用数值模拟方法对引气风斗流动特征和损失机理进行研究。结果表明：在进口马赫数0.46工况下,主流的流动先减速后变化平稳;气流在引气风斗第一转弯处上、下壁面附近出现流动分离,并诱发对涡的形成,导致出口截面流场的不均匀性;引气风斗壁面型线曲率及截面积的变化对引气管道内流场结构影响显著,下壁面第一转弯处的剧烈偏转是引起流动分离及损失的主要来源,出口截面总压恢复系数按质量平均为0.967。     

树冠流动阻力特性数值模拟与实验研究

为深入分析树冠内部结构参数对树冠绕流流动阻力的影响,采用数值模拟和实验测试相结合的方法研究几种典型形态特征树冠的内部流场特征和流动阻力。用树冠叶面积指数(LAI)、稠密度(SVF)和分形维数(Df)表征树冠复杂的形态结构,讨论树冠形态结构参数对树冠流动阻力的影响规律。研究结果表明:模型叶面积指数与稠密度呈近似线性关系,而树冠分形维数分别与树冠稠密度和叶面积指数满足近似对数关系。通过对数值模拟计算结果回归分析,给出树冠流动阻力系数与叶面积指数的关系式。研究结果表明:真实条件下的树冠流动阻力结果要明显高于二维简化模型的数值计算结果,但二者在变化趋势上表现出较好的一致性;在引入树冠阻力系数修正系数后,数值计算结果与实验结果吻合较好。     

引气风斗流动特性数值模拟

引气风斗是航空发动机高压涡轮主动间隙控制系统中的重要零件,其流动特性将对发动机性能产生影响,为此采用数值模拟方法对引气风斗流动特征和损失机理进行研究。结果表明:在进口马赫数0.46工况下,主流的流动先减速后变化平稳;气流在引气风斗第一转弯处上、下壁面附近出现流动分离,并诱发对涡的形成,导致出口截面流场的不均匀性;引气风斗壁面型线曲率及截面积的变化对引气管道内流场结构影响显著,下壁面第一转弯处的剧烈偏转是引起流动分离及损失的主要来源,出口截面总压恢复系数按质量平均为0.967。     

散状物料流动态计量系统的研究

基于笔者建立的散状物料流动太计量数学模型，提出了散状物料流动态计量方法，研制了一种新的散状物料流动态计量系统。实际应用表明，该系统能感到优优于±０．２５％的计量精度。     

烟气挡板流动特性的数值模拟

为了优化烟气挡板的工作开度区间以提高锅炉热效率和适应调峰的能力,在烟气速度为18m/s的条件下,分别模拟了某烟气挡板在开度10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°和90°下的速度云图、压力云图、流阻系数和流量系数,并评价了烟气挡板的流动特性。研究结果表明:随着挡板开度的增大,下游烟气的速度场和压力场的均匀性逐渐变好,流阻系数先快速后缓慢地减小,而流量系数则先缓慢后快速地增加;当挡板全开时,挡板的阻力小于100Pa,流阻系数小于1.08;在余热利用装置的引风机全压为1 000Pa,挡板开度介于17°～80°范围内时,烟气流量随挡板开度的变化特性良好。综合考虑挡板的流阻系数特性,建议该挡板的常用工作开度区间为40°～80°。     

低旋流燃烧和流动特性数值模拟研究

为研究低旋流燃烧(LSC)技术背离传统旋流燃烧机理的燃烧方式,以及其所具有的燃烧效率高、稳定性强、火焰区域温度低和NOx排放量极低等特点,采用数值模拟方法,对LSC燃烧和流动特性以及受喷射器多孔板阻塞比的影响进行初步研究.结果表明:LSC喷射器能够形成典型扩散湍流流动和"扫帚形"低温火焰结构;多孔板阻塞比对LSC喷射器扩散湍流流动分布、中心线上轴向气流速度和湍流强度有很大影响.     

物料干燥特性模拟

研制了一种功能较齐全的物料干燥特性试验装置,可用于模拟空气集热器——干燥室型太阳能干燥装置的运行条件。用它做了20余种物料的干燥特性模拟研究,其结果为太阳能干燥装置的设计提供了理论依据,对已有太阳能干燥装置的工况调整和运行管理也有指导意义,对使用常规能源的干燥装置亦有参考价值。     

双射流流动特性数值模拟和PIV实验研究

提出了将同轴直射流与旋转射流组合形成新型双射流的喷嘴结构和原理,并采用RNGk-ε模型对双射流喷嘴内外流场进行了数值计算,结果表明,喷嘴压降一定时,存在3种轴心速度衰减曲线;喷嘴加旋流道导程是决定轴心速度衰减模式的主要因素.存在一个最佳导程可以同时满足大的射流冲击面积和作用距离的要求.应用PIV实验系统对优化后的双射流流场进行了实验研究.     

内循环流化床颗粒流动特性的数值模拟

采用离散单元法分析了非均匀布风方式下流化床内的气固流动特性.数值模拟结果表明:床内存在大尺度的颗粒横向循环流动;高风速区为气泡活跃区域,气泡尾涡裹挟颗粒上升是形成内循环的关键环节;供风非均匀程度越大,颗粒内循环力度越强烈;改变风速,颗粒流量变化显著;倾斜布风板设计有利于促进颗粒定向循环过程.     

含水合物沉积物孔隙流动特性数值模拟

以中国南海泥质粉砂型天然气水合物沉积物为研究对象,基于有限单元数值模拟法,采用孔隙尺度模型定量分析了砂质颗粒粒径、水合物饱和度和砂质颗粒空间非均质性对水合物沉积物(HBS)渗透率演化的影响.首先,本文基于CT图像重构了含水合物沉积物均质模型,基于Darcy定律对不同砂质颗粒粒径和水合物饱和度的含水合物沉积物储层渗透率进...     

地铁车站内流动特性的数值模拟

应用计算流体力学(CFD)方法对地铁列车的进站、出站过程进行了瞬态模拟,得到了不同工况下地铁车站内的气流场分布,分析了列车的运行对车站内流场的影响,并讨论了活塞效应在车站自然通风中的作用.模拟结果表明,列车运行形成的活塞风对车站内的气流组织影响显著,同时也起到了通风换气的作用.站端设置活塞风井能够有效加强车站的自然通风,并降低站内的气流速度.     

内置转子太阳能集热管流动与传热特性的数值模拟研究

通过数值模拟方法模拟了非均匀加热工况下内置两叶片转子和低流阻转子的太阳能集热管的流动与强化传热特性,得到了集热管内的温度分布、湍动能分布、努塞尔数以及阻力系数等参数,并通过综合性能评价因子(PEC)对内置转子集热管的综合强化传热性能进行了衡量。结果表明：内置转子后,管内流体的温度分布更加均匀,并且升温速率明显提升,若控制出口温度一致,则内置两叶片转子集热管的长度相较于光管可减少46.15%;内置两叶片转子和低流阻转子集热管内的努赛尔数和阻力系数相较于光管均有明显提升,其中内置两叶片转子集热管提升幅度较大,努赛尔数和阻力系数相较于光管分别提升94%～190%和308%～449%;通过PEC对两种集热管的综合强化传热性能进行衡量,两种集热管的PEC值均大于1,内置两叶片转子集热管具有最大值1.82。     

并联管组流动特性的数值模拟

利用FLUENT软件,对并联管组流动特性进行数值模拟,并与实验结果进行了对比.数值模拟计算分析了进口流量和支管长度对流量分配的影响.在湍流的状态下,为了使流量分配得更加均匀,可以尽量减小进口速度,增加支管长度.     

AVC预混燃烧流动特性的数值模拟

为探究先进旋涡燃烧室内湍流燃烧流动特性,应用预混燃烧模型,对燃烧室内燃烧及流动过程进行了数值模拟。得到了燃烧室内温度场及流场的分布情况。分析了不同燃气当量比、燃气速度和燃气温度对燃烧室预混燃烧流动的影响规律。结果表明:燃烧室内凹腔及后钝体回流区是主要燃烧区域,主燃区可形成均匀对称的旋涡对;不同工况参数对燃烧室内温度、组分和流场分布有影响。凹腔内温度随进气速度增大而增加,燃烧室内温度和出口径向温度随燃气温度增大而增大,且在不同工况下,凹腔内都能维持较高的点火温度。     

喷动流化床流动特性的数值模拟

本文在实验研究的基础上,建立了喷动流化床流动特性的三维湍流数学模型。该模型可揭示气固两相喷动流化床的流动特性,弥补实验手段的不足。模型的气相流场采用欧拉方法,固相颗粒场采用离散单元直接数值模拟的方法,并以SIMPLE算法为基拙,对模型进行了求解。     

文丘里管流动特性的数值模拟

利用Fluent软件模拟文丘里管在较大雷诺数范围(200～70 000)内的流动情况,给出实际流量与测压管水头差的关系曲线,并与实验结果进行比较.研究结果表明:当雷诺数在2 000～20 000之间时,Fluent的模拟结果与实验结果符合很好.对于实验未给出的雷诺数范围(200～2 000和20 000～70 000)内实际流量和测压管水头差的关系,分别进行计算整理和回归分析,给出其函数关系式.分析喉管相对真空压强与入口速度的关系,得出文丘里管在大小尺寸不变情况下二者之间的关系曲线,并给出文丘里管内部流场分布情况.     

平底筒仓中物料颗粒流动特性研究

大型封闭平底筒仓通过螺旋输送机的自转和公转运动将物料输送到筒仓卸料中心区,然后螺旋下降直到筒仓卸料完成。通过EDEM仿真软件,分析了平底筒仓中自由流动和螺旋机辅助卸料下物料颗粒的流动速度,对比分析了螺旋运动对物料颗粒速度的影响。研究得出:筒仓壁处的颗粒受到螺旋机的影响较大,而中间颗粒基本没有影响。距离螺旋机越近,物料颗粒速度波动越大。该筒仓适用于自由流动和非自由流动大面积散体物料的储存,如土豆淀粉、煤、粉煤灰、石膏等物料,有储存利用率高,环境污染低等显著优势。