大型水泥分解炉O_2/CO_2燃烧的数值模拟研究

水泥行业是CO_2排放量仅次于电力行业的第二大源头, CO_2引起的温室效应正不断加剧,因此CO_2减排刻不容缓,水泥炉窑O_2/CO_2燃烧技术在CO_2减排方面具有很大的应用价值.本文选取3200 t/d水泥生产线TTF型分解炉为研究对象,采用天河二号超级计算机,开展大规模并行计算CFD仿真数值模拟,研究了煤粉混合空气燃烧与煤粉混合O_2/CO_2燃烧对炉内速度场、温度场、物料组分分布及NOx浓度分布的影响.结果表明:O_2/CO_2燃烧技术与常规空气助燃方式相比,炉内速度场分布及生料分解率基本一致,不会影响分解炉的正常工作,而且炉内超温区域减少,高温刷墙现象得到有效缓解;同时分解炉出口排放的NOx浓度极大减少,由995 mg/m3大幅降低至96 mg/m3,从而可以取消后续脱硝处理工艺,节省投资;另外,分解炉出口烟气中近乎纯净的高浓度CO_2也非常有利于回收再利用,可以有效缓解温室效应.     

油泥与煤混合滤饼燃烧过程的数值模拟与分析

为解决辽河油田油泥所带来的环保、污泥排放及治理问题,利用Fluent软件平台着重对油泥和煤制成的混合滤饼在循环流化床炉内燃烧过程的温度场和速度场进行计算模拟并分析。结果表明,混合滤饼在炉内燃烧情况良好,实现了油泥彻底的无害化和燃料化,而且结合CFB锅炉技术滤饼燃烧效率更高,为油田的油泥处理处置提供全新的途径。     

基于软件数据耦合精细建模的采区稳定性分析研究

针对地下矿山采区稳定性数值模拟分析过程中存在的三维矿床模型建立以及单元网格划分等难点问题,提出利用三维矿山软件进行精细建模与数值模拟软件耦合的模式,简化复杂矿山地质条件下模型前处理过程的思路。利用3DMINE对地下矿山三维矿床模型进行精细建模,通过MIDAS GTS软件对精细建模得到的三维矿床模型进行单元网格的划分与材料组的分配,快速、准确地为采区稳定性数值模拟分析提供具有较高几何相似性的模型,采用具有较强计算能力的计算软件FLAC3D进行计算。这种耦合精细建模方式不仅简化了矿山采区稳定性数值模拟的前处理过程,提高了地下矿山采区稳定性模拟计算的准确性,同时也将不同精度要求的三维矿床模型用于数值模拟运算,拓宽了三维矿山模型的应用领域。     

基于FLUENT的煤粉燃烧器动力场的数值模拟

本文通过运用CFD商用软件FLUENT 6.2对锅炉煤粉燃烧器的空气动力场进行数值模拟,即对燃烧器内气相和颗粒相的轨迹及速度场进行模拟。采用k-ε方程和Lagrange运动方程进行计算,分析燃烧器内部空气动力场在不同条件下的变化,并对各个影响因素进行对比,以此来改善煤粉燃烧器性能。     

两相燃烧的大涡模拟

两相燃烧大涡模拟研究正在取得迅速进展.和雷诺平均模拟相比,大涡模拟可以给出流动和火焰的瞬态结构,并且很多情况下可以给出比雷诺平均模拟更准确的统计结果.湍流燃烧大涡模拟的一个关键问题是亚网格模型,特别是燃烧模型.不同研究者提出了或者应用了不同的燃烧模型,但是有的模拟结果缺乏仔细的实验验证,有的统计结果和实验不符合.提出了二阶矩(SOM)燃烧模型,分别成功地用于气体湍流燃烧和液雾燃烧的大涡模拟,显示其优于其他模型.并对近年来气体燃烧、液雾燃烧、煤粉燃烧和油滴燃烧大涡模拟的研究给出了简要的综述.     

两相燃烧的大涡模拟

两相燃烧大涡模拟研究正在取得迅速进展.和雷诺平均模拟相比,大涡模拟可以给出流动和火焰的瞬态结构,并且很多情况下可以给出比雷诺平均模拟更准确的统计结果.湍流燃烧大涡模拟的一个关键问题是亚网格模型,特别是燃烧模型.不同研究者提出了或者应用了不同的燃烧模型,但是有的模拟结果缺乏仔细的实验验证,有的统计结果和实验不符合.提出了二阶矩(SOM)燃烧模型,分别成功地用于气体湍流燃烧和液雾燃烧的大涡模拟,显示其优于其他模型.并对近年来气体燃烧、液雾燃烧、煤粉燃烧和油滴燃烧大涡模拟的研究给出了简要的综述.     

水利水电工程施工水流控制过程的仿真与优化方法

针对水利水电工程施工水流控制过程中的工程技术问题及其仿真分析中存在的科学技术难题,通过分析施工导流系统动态、非线性的内外部结构,综合考虑主体建筑物、导流建筑物与水流控制三者间的复杂约束关系,建立复杂条件下施工导流系统的时空关系模型和施工导流过程的结构图仿真通用模型,提出了面向结构图的施工导流过程数值仿真方法和三维动态可视化仿真分析方法,并实现了集仿真建模、仿真计算和仿真可视化于一体的施工水流控制过程仿真与优化系统环境．工程实例应用表明,该方法建模过程便捷,仿真计算与数据可视化分析能有效地耦合,仿真与优化分析结果符合客观实际,为解决复杂条件下水利水电工程施工水流难以控制的问题提供了新的理论方法和技术手段．     

超燃冲压发动机燃烧室内湍流燃烧流场的数值模拟研究

应用经显式可压缩修正的SST湍流模型,对超燃冲压发动机燃烧室流场进行了三维数值模拟,并与实验结果进行了对比.通过对燃烧室流场数值模拟结果的分析给出了湍流燃烧流场的特征.为了定量分析超声速流动条件下湍流燃烧的作用特点,基于湍流燃烧理论与湍流燃烧的数值模拟结果,通过对控制无量纲参数在流场中变化的研究发现：超声速燃烧发生的区域为充分发展的湍流区;在喷口附近湍流和燃烧的作用最强烈;超声速燃烧流动中,湍流引起的火焰非定常效应和局部火焰熄灭现象均可忽略,定常火焰面的近似假设是成立的.     

大涡模拟在超音速燃烧领域的应用研究

随着大涡模拟技术发展日臻成熟及目前计算机运算速度的提高,大涡模拟已经逐渐由理论研究阶段进入工程实用阶段.采用大涡模拟进行超音速燃烧数值模拟时,必须能够准确模拟小尺度上的燃料/空气湍流混合过程及化学反应动力学过程.本文回顾了大涡模拟中的主要亚网格模型及亚网格燃烧模型,总结了国内外采用大涡模拟在超音速燃烧研究领域的应用情况,为大涡模拟的进一步发展和应用提供参考.     

基于约束TIN的开采沉陷可视化及预计

本文以开采沉陷损害和传统预计方法为背景,以优化预计方法和提高预计精度为目的,对开采沉陷的三维可视化表达进行了研究,通过一个实例分析了开采沉陷对地面建筑物的影响及可视化的预计过程。在可视化模型的建立过程中,根据岩层和地表移动的特点对Delaunay三角剖分算法做了进一步改进,通过内插特征点模拟变形等值线,使岩层的细节变化更为直观,该方法对于开采沉陷的三维可视化及变形的预计具有积极的意义。     

MILD燃烧的最新进展和发展趋势

MILD燃烧技术同时实现了极低的NOx排放和高的燃烧热利用效率,被国际燃烧界誉为21世纪最有发展前景的燃烧技术之一.然而,由于对MILD燃烧的基础研究不深入,目前普遍存在实现MILD燃烧需高温预热空气的误解,这制约了该技术的进一步应用.基于笔者对MILD燃烧的最新研究和理解,现已初步建立MILD燃烧的一些基本条件,展示了无需对现有工业系统进行过多改动就即可实现该技术的前景,确认了将该技术拓宽到多种燃料（包括气体、液体和固体燃料）、各种燃烧方式（包括扩散燃烧、部分预混燃烧和完全预混燃烧）和多种燃烧应用领域（如燃气轮机、电站锅炉、供热锅炉、内燃机、各种工业加热炉和各种民用燃烧器）的可能性.本文简要地综述了国内外MILD燃烧的发展历史、研究现状和发展趋势,给出了利用MILD燃烧技术进一步发展高效低污染燃烧系统的建议.     

光刻胶刻蚀过程模拟的三维动态CA模型

建立了光刻胶刻蚀过程模拟的三维动态CA模型, 通过制定规则来确定模拟过程中不断更新的表面元胞, 使得模拟只需计算表面元胞的刻蚀过程; 同时模型避免了在模拟程序中大量运用if-else结构, 使运算速度大大提高. 因此模型具有稳定性好、运算速度快的优点. 首先利用一些刻蚀速率测试函数对模型进行测试, 验证了模型的效果. 随后结合曝光过程和后烘过程模拟, 采用一个精度较高的光刻胶刻蚀速率计算公式模拟光刻胶刻蚀过程; 并将模拟结果与已有的实验结果进行了对比, 比较一致. 这些结果表明建立的光刻胶刻蚀过程模拟的三维动态CA 模型具有较高的精度, 能有效地模拟光刻胶刻蚀过程, 并可与曝光、后烘等光刻工艺模拟的其他步骤集成在一起.     

基于云平台的医学影像可视交互平台

针对传统医学影像可视化软件难以实现跨平台访问,以及有限的影像数据的存储和体绘制能力,且缺少协同可视化共享的机制,本文提出一个基于云平台的医学影像可视化平台.利用云平台超大的存储容量以及强大的图形图像处理能力,在云端进行医学图像的编解码、分割及高级体绘制,然后本文提出支持协同可视化的自适应医学元数据和图像数据传输协议,通过浏览器和云端的实时交互以及浏览器和浏览器的对等传输,实现了影像的各种二维和三维协同可视化交互功能.实验结果表明,我们的平台不仅能以协同方式支持大容量数据的二维实时浏览和伪彩映射,而且支持三维的高级分割和体绘制操作,并且有较好的实时交互性.     

煤粉空气分级柔和燃烧及排放特性

柔和燃烧(又称无焰燃烧)能有效降低煤粉燃烧NO,CO的排放,空气分级燃烧同样有利于降低NO排放.为了探索新的燃烧方式,进一步降低燃煤锅炉NO_x排放,本文进行空气分级柔和燃烧特性及排放的实验研究.实验采用直径为500 mm,长度为3000 mm,热容量为0.3 MW/m~3的气流床装置.研究内容包括:炉膛流场分布规律;一二次风量占比、燃尽风入口位置对煤粉燃烧时炉膛内温度场,出口处NO,CO排放的影响规律.实验结果表明:一二次风量占比增大时,NO排放先降低后增加,CO排放逐渐降低;燃尽风入口位置靠近烟气出口有利于降低NO排放,但CO排放有所增加.当一二次风量占比为0.7,燃尽风入口位置为2600 mm时,NO排放仅为139.8mg/Nm~3(本文中的NO,CO排放量统一折算到氧气浓度为.ф(O_2)=9%时的排放量).飞灰中含碳量比无空气分级时稍微增加,燃烧稳定性没有明显变化.     

大速差射流装置对固体粉末冲压发动机燃烧性能的影响分析

采用颗粒轨道模型对固体粉末冲压发动机的两相流场进行了三维数值模拟,研究了大速差射流稳燃装置对发动机掺混燃烧性能的影响.计算结果表明,大速差射流稳燃装置提高了粉末燃料与空气的掺混程度,同时增大了粉末燃料在发动机中的停留时间,大幅度提高了粉末冲压发动机的燃烧效率,发动机燃烧效率达到89.3%.     

基于模拟有限差分的嵌入式离散裂缝数学模型

嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而能够提高计算效率.并且该模型可以将现有成熟的油藏数值模拟技术和离散裂缝网络模型有机地结合起来,能精细地模拟流体在裂缝性油藏中的流动.本文模型求解采用模拟有限差分方法,该方法基于单个网格的节点和面信息构造数值计算格式,理论上适用于任何复杂网格系统,且具有良好的局部守恒性,将其推广到嵌入式离散裂缝模型后,克服了该模型基于有限差分方法求解时不能有效处理全张量形式的渗透率以及不适用于复杂边界形状裂缝性油藏的局限性.最后通过实际算例验证了本文方法的正确性和优越性.     

开闸式湍动异重流

用实验和数值相结合的方法研究水槽中的开闸式异重流的演化规律. 利用精细的数字图像处理技术测量了异重流的密度结构, 并用数值方法求得异重流的整体演化过程. 数值模拟基于重正化群(RNG) k-e 湍流应力封闭模式, 能合理反映异重流的过渡性局部化湍流特征. 数值模拟再现了实验中观察到的异重流传播过程中的两个阶段, 即头部速度为常数的初始坍塌阶段和在此之后头部速度按时间的-1/3次幂递减的渐近自相似阶段. 计算结果和部分实验结果表明, 挟带率与头部位置之间满足线性关系.     

程序数值误差的扰动检测与优化

很多用于关键领域的数值计算程序使用浮点数格式作为数据的内部表示,但由于浮点数在表示上存在误差,这类程序的正确性很难得到完全的保障.本文提出了一种自动的检测途径来帮助应用程序的开发人员获得他们所写代码的稳定性信息.它通过两种具体的扰动技术——数值扰动与算式扰动,来扰动底层的数值量和计算步骤,统计扰动下的运算差异,并最终评估数值计算代码的稳定性.数值扰动随机动态地改变程序数值的有效数字尾数,通过模拟误差的引入来观测程序的计算结果是否稳定;而算式扰动针对程序中算术表达式的计算过程,通过程序变换方法,将其转换成在实数域等价,但语法上不同的形式,然后以这些算式在浮点数下执行结果的差异来判断数值计算过程的稳定性.更进一步,本文使用了并行扰动算法和蒙特卡罗（Monte Carlo）方法来提高扰动技术的处理规模.当用户的硬件资源较丰富时,扰动技术将利用并行算法来提高运行效率;而当硬件资源不足时,蒙特卡罗方法也能在较短时间内得到一个可以接受的结果.我们对本文所提出的技术做了实现,并对文献中采用的一系列数值程序和GNU科学计算库（GSL）做了评估,评估结果显示,本文为数值计算稳定性的自动测试提供了一种实用技术.     

交叉敏感情况下多传感器系统的动态特性研究

讨论了具有交叉敏感的传感器组成的多传感器系统的动态特性及其对系统检测精度的影响. 提出了将该多传感器系统看作一个线性滤波器与一个无记忆非线性函数的串联系统, 即Wiener系统, 把后续的信息融合系统看作一个无记忆非线性函数与一个线性滤波器的串连, 即Hammerstein系统. 在静态标定的基础上, 用盲解卷积技术求得Hammerstein的线性滤波器系数矩阵. 针对盲解卷积技术复现信号幅值不确定性的缺点, 提出了一种根据逆滤波器系数矩阵与静态标定的线性矩阵的同一性校正滤波器系数矩阵的方法, 以获得多传感器系统的近似逆向动态模型, 提高了多传感器系统在实际检测过程中的检测精度, 降低了动态检测结果失真度, 满足了实际情况的需要. 最后的仿真结果表明, 输入信号频率接近采样频率1/10时, 用盲解卷积技术获得的幅值复现误差是未经过动态补偿的幅值复现误差的1/20, 是各传感器单独动态补偿后幅值复现误差的1/2, 快速性提高了2倍. 金属氧化物半导体甲烷传感器的动态补偿结果表明, 在温度阶跃响应下, 补偿后的甲烷检测误差小于补偿前的1/2, 因此这种方法拓宽了多传感器系统的带宽.     

三维离散元方法及其在冲击力学中的应用

离散元方法是近年来国际上出现的几种新概念数值模拟方法之一. 探讨了三维离散元理论模型, 推导了稳定性条件, 参数确定方法等, 并对几种典型的冲击动力学问题进行了三维数值模拟, 模拟结果与实验有较好的一致性. 由于不受连续介质力学3个支配方程的显式限制, 且无网格, 离散元方法在各类非连续材料、多相混合物、非均匀局域以及大变形和结构失效破坏等复杂过程及其机理的研究中将有广泛的用途.