辛烷和空气逆向流扩散火焰的数值模拟

以多孔壁注入燃料流与逆向空气射流所构成的有燃烧的层流边界层流动为研究对象,建立了一组描述在边界层中有气相反应的偏微分方程组.该方程组经相似变换和线性化,然后采用带系数的牛顿迭代法求解.首先对甲烷和空气逆向流扩散火焰结构进行了算例分析与结果验证,然后对目前尚属首例的辛烷和空气逆向流扩散火焰进行了预测分析,其中燃烧反应计算涉及51种化学组分、369步基元反应.     

边界层燃烧在超燃冲压发动机内的摩擦减阻特性

以模型超燃冲压发动机为研究对象,该文设计了一种边界层燃烧装置,基于考虑边界层转捩的四方程Transition SST湍流模型,化学反应动力学模型采用9组分27步反应的氢气/氧气反应模型,对边界层燃烧在超燃冲压发动机内的摩擦减阻特性进行数值模拟研究.结果 表明:引入边界层燃烧可以使超燃冲压发动机燃烧室壁面摩擦阻力得到大幅...     

辛烷和空气逆向流扩散火焰的数值模拟

以多孔壁注入燃料流与逆向空气射流所构成的有燃烧的层流边界层流动为研究对象，建立了一组描述在边界层中有气相反应的偏微分方程组。该方程组经相似变换和线性化，然后采用带系数的牛顿迭代法求解，首先对甲烷和空气逆向流扩散火焰结构进行了算例分析与结果验证，然后对目前尚属首例的辛烷和空气逆向流扩散火焰进行了预测分析，其中燃烧反应计算涉及５１种化学组分、３６９步基元反应。     

预测高炉回旋区深度和变化规律的数学模型

综合考虑力学因素和高炉中燃烧反应对风口回旋区的影响,提出了描述高炉风口回旋区形成和变化规律的静态和动态模型.模拟结果表明,静态模型能准确地预测高炉回旋区的深度,动态模型可以描述鼓风速度改变时回旋区深度随时间的动态变化过程.最后得出了高炉回旋区形成和变化的规律:鼓风推力使料层迅速移动,导致回旋区大小迅速变化,形成回旋区"雏形",燃烧反应修复回旋区的大小和形状,维持回旋区的稳定.在整个回旋区变化过程中,摩擦力对于维持回旋区的稳定起着重要作用.模型预测结果与高炉风口回旋区的实测值以及其他研究者的实验结果是符合的.     

金属氧化物对镁粉尘层火蔓延的增强机制

易分解的固体惰化剂会增加镁粉尘层的燃烧强度,为探究不易分解的金属氧化物对镁粉尘层燃烧是否具有抑制效应,选用TiO₂,MgO,CaO进行实验研究.结果表明：TiO₂,MgO,CaO在质量分数小于75%时均大幅增强镁粉尘层火蔓延的燃烧强度,火焰相态由纯镁粉尘层燃烧时的表面非均相燃烧转变为气相燃烧;TiO₂通过与镁粉发生化学反应增强火蔓延行为,在TiO₂和Mg恰好完全反应(TiO₂质量分数为63%)的工况下粉尘层火蔓延速率增加了50余倍;MgO,CaO通过增大镁粉颗粒间距,减缓了镁粉燃烧产物形成致密氧化层,从而增强镁粉尘层火蔓延行为.实际生产过程应高度关注镁粉尘与金属氧化物的接触工况,研究结果能够为镁粉尘防护提供理论基础.     

粮食行业粉尘爆炸环境的电气设计

粮食粉尘是一种非导电性可燃粉尘,与空气中的氧起发热反应而燃烧,在一定条件下可引发粉尘爆炸,影响生产,危及财产和人身安全,为避免和减少粉尘爆炸事故,粉尘区的生产管理是最为重要的,而各系统设计的合理性则是避免事故的首要条件,其中电气设备又是引发事故的最直接的条件,电气设计中的自动控制、建筑照明、防雷与接地以及电气设备、线缆等的合理设计,可避免和减少事故的发生。     

单颗粒煤焦在大空间中燃烧的数值模拟方法及实验验证

为了对煤焦颗粒的燃烧过程进行更精确的预测,该文从多组分混合反应系统守恒方程出发,构建了一套能够精确模拟煤焦颗粒燃烧过程的数值方法。该方法细致描述了煤焦颗粒边界层内发生的一系列物理化学过程,有助于煤焦燃烧机理的研究,计算量也不大。该方法还可以用于对流动形态较为简单的实际工况的模拟,如煤焦颗粒在沉降炉内燃烧等。通过实验测得4种煤焦在沉降炉中燃烧的最终转化率,并运用该方法对其进行预测,证明了该方法的可靠性。模拟结果表明:随着环境温度的升高,煤焦燃烧速率加快,颗粒边界层中O2摩尔分数下降更多,而产物CO和CO2的摩尔分数却明显上升。     

火药传热特性与Tait方程的应用

该文通过求解单颗粒火药非稳态温度场,给出了临界温度边界层曲线,讨论了Tait方程的应用条件。结果表明,在多孔火药床的燃烧转爆轰过程中,火药内部温度边界层厚度小于火药粒径的百分之一,火药状态可用Tait方程描述。     

柴油机缸内壁面热边界层的形成及分析

在用贯穿式光纤传感器测量柴油机缸内壁面法向不同位置火焰温度的基础上,研究了缸内燃烧火焰对壁面热边界层的影响,同时研究了运转和结构参数对壁面热边界层的影响.结果表明缸内壁面有热边界层形成,并在压缩行程至排气门开启这段时间形成稳定的热边界层,热边界层厚度大约为2.0～3.0mm;在有燃烧火焰时,热边界层中的气体扰动增加,壁面热边界层减薄,这种情况主要存在于压缩上止点附近到上止点后40°范围内;当负荷、转速、压缩比增大时,壁面热边界层减薄;冷却水温度对壁面热边界层基本没有影响.     

激波后沉积粉尘的燃烧特征

激波掠过可燃沉积粉尘后将使粉尘颗粒上扬、点火与燃烧。该文给出了描述该现象的理论模型，并对此进行了数值模拟。结果表明，激波马赫数越大，气相中氧气含量越高，颗粒初始直径越小，则颗粒的点火延迟时间越小，颗粒温度及化学反应速率上升越快，颗粒的燃烧时间愈短。     

激波卷扬附壁煤尘的湍流模型

本文建立了激波卷扬煤尘的气固湍流边界层方程,其中考虑了气固两相间的耦合效应和气固相湍流效应。模型认为颗粒上扬是激波后气固流动的剪切升力和湍流效应的结果。数值计算结果与文献实验结果较一致。     

Stochastic modeling the effect of wind gust on dust entrainment during sand storm

After the passage of a cold front,spring in northern China the outbreak of strong wind is often accompanied by dust emissions.Owing to the coherent structure of wind gust,dust particles can effectively overcome the systematic descending air motion and penetrate into the middle and upper levels of the atmospheric boundary layer,and then propagate further and diffuse into the troposphere where ascending air motion prevails.Here,we consider the coherent structure of wind gust in LS models,and construct a model suitable for the dust entrainment under the dust-storm canopy.With the parameter of gust,we simulate the dust entrainment during dust storms,and test that the coherent structures of wind gust make the sand particles to reach the upper of the boundary layer.     

ESP电场粉尘非稳态收集过程数值仿真

基于ESP电场荷电粒子非稳态收集理论,得出非稳态收集过程中驱进速度的计算方法.根据紊流传质原理,推导出紊流掺混系数的表达式,并且针对收尘极板表面存在层流边层的事实提出新的极板处边界条件.对于粉尘非稳态收集过程的二维粒子输运方程,采用有限差分方法,运用逐次超松弛迭代法构造静电除尘输运方程的差分格式,利用Matlab仿真语言进行数值仿真,得到静电除尘器电场非稳态粉尘收集过程中不同时刻粉尘粒子的质量浓度分布规律,并根据断面质量浓度分布得出分级效率.对模型不同断面的粉尘质量浓度的实测结果与模拟结果进行比较,二者吻合较好.基于非稳态收集过程的数值模拟得到的收集效率比传统理论计算结果更加准确.     

风沙流/沙尘暴与高雷诺数壁湍流野外观测

 风沙流与沙尘暴是发生在高雷诺数大气边界层中的气固两相流,对风沙流与沙尘暴的深入认识、准确预报和科学防治都要基于对风沙运动规律的认知和把握,因而需要借鉴高雷诺数湍流的研究成果。本文综述了高雷诺数壁湍流和风沙流/沙尘暴研究的现状,着重介绍了在中国民勤地区建立的沙尘暴与高雷诺数壁湍流野外观测站,以及基于观测站的观测列阵所获得的初步成果,展望了进一步的发展方向。     

微米和纳米钛粉尘层着火蔓延特性研究

为了解微细钛粉的层火灾危险性,采用标准热板测试装置和自制的粉尘层火蔓延实验装置,研究了微米和纳米钛粉尘层最低着火温度和火蔓延速率变化规律,并验证了热爆炸理论模型和粉尘层火蔓延速率模型的适用性.结果表明:钛粉尘层最低着火温度随粒径减小而降低,33μm钛粉和60~80nm钛粉的粉尘层最小着火温度分别为>400℃和230℃,与Thomas模型计算结果基本吻合;钛粉的层火灾危险性受粒径影响较大,实验测得微米和纳米钛粉的粉尘层火蔓延速率分别为13.60和500.57mm/s,均大于理论模型计算结果.研究结果对微细钛粉的层火灾安全评价和工业防火防爆设计具有参考价值.     

袋式除尘器流动及噪音数值模拟

为了分析袋式除尘器内部流场,采用多孔介质模型模拟布袋除尘区,气固两相流分析尘粒在除尘器内部的流动状况。结果表明,速度场进口速度较大,气流向前喷射后上升,进口上方的布袋发挥作用不大。对袋式除尘器噪音进行分析,结果表明袋式除尘器存在气流噪音,需要采取消音措施降噪。     

Case study of longwave contribution to dust radiative effects over East Asia

In order to evaluate the impacts of LW contribution to aerosol radiative effects over East Asia,a dust longwave radiative parameterization scheme is integrated into the online mesoscale dust forecasting model GRAPES_CUACE/dust.A case modeling study shows that about half at surface and one third at TOA of the dust negative shortwave radiative forcing are cancelled by its positive longwave forcing over the dust affected area.In the dust layer,longwave radiation emitting by dust cools the atmosphere,which counteracts about 17%of shortwave heating of atmosphere during daytime and results in cooling of atmosphere simply during nighttime.At the same time,the atmosphere beyond the dust layer is warmed because of absorbing the LW radiation emitted by dust layer.Dust longwave contribution exerts more evident impact on the air temperature in lower atmosphere and surface.The surface air temperature cooling rate resulting from the dust solar radiation is cancelled about 40%by dust longwave warming at daytime.At nighttime,dust longwave contribution warms land and sea surface.The online calculation of dust LW radiation reduces about 15%relative errors of predicted AOD based on the dust model with only SW radiative feedback.This case study result suggests that dust longwave contribution has important impacts on the earth-atmosphere energy process,especially on the surface and in the lower atmosphere and should not be neglected in the study of dust radiation effects.     

Comet dust as a source of amino acids at the Cretaceous/Tertiary boundary

Large amounts of apparently extraterrestrial amino acids have been detected recently in rocks at the Cretaceous/Tertiary (K/T) boundary at Stevns Klint, Denmark. The amino acids were found a few tens of centimetres above and below the boundary layer, but were absent in the boundary clay itself. If one supposes that these compounds were carried to the Earth by the giant meteorite thought to have impacted at the end of the Cretaceous, some puzzling questions are raised: why weren't the amino acids incinerated in the impact, and why are they not present in the boundary clay itself? Here we suggest that the amino acids were actually deposited with the dust from a giant comet trapped in the inner Solar System, a fragment of which comprised the K/T impactor. Amino acids or their precursors in the comet dust would have been swept up by the Earth both before and after the impact, but any conveyed by the impactor itself would have been destroyed. The observed amino acid layers would thus have been deposited without an impact.     

切削液形成边界润滑层动力学模型的建立

在对切削液润滑作用过程分析的基础上,建立了切削液渗透切削区毛细管形成边界润滑层的动力学模型。通过对该模型的理论分析,找出了影响切削液形成边界润滑层的动力学因素,经仿真分析,绘制了各因素对形成边界润滑层动力学过程的影响曲线,由曲线得知,切削液的吸附平衡特征时间减少,吸附特性系数、浓度及比热的增大,润滑作用增强,热导率和运动粘度增大,润滑作用降低,从而为高效切削液的选用提供了理论依据。