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。     

基于散体物料运动学特性的圆锥破碎机性能优化

为进行圆锥破碎机性能优化,基于散体物料运动学特性,深入研究影响破碎机生产性能的若干个性能参数(动锥摆动速度、平行区长度、动锥底角、进动角等),建立各关键参数与破碎机生产率性能的相关联优化模型.经破碎机厂家样机实验验证,优化模型求解结果与实验结果吻合良好,验证了优化设计的可靠性,为国内企业进行圆锥破碎机的自主研发奠定了理论基础.     

物料与窑壁间歇接触对回转窑传热过程的强化效应

根据回转窑内物料颗粒的运动特点，推导了颗粒团在贴壁运动过程中的非稳态导热系数及界面处的接触传热系数，进而得出了物料与封盖窑壁间的换热系数；结合已有研究成果，建立了回转窑的传热数学模型。计算表明，未考虑物料与窑壁间歇接触对回转窑传热过程的强化效应时，物料温度偏低；温度越高，强化效应对物料温度的影响越大；考虑物料与窑壁间歇接触对回转窑传热过程的强化效应，有利于提高回转窑煅烧熟料的质量和热效率。     

散体物料称重的最佳给料模型

详尽地分析了散体物料称重给料的工艺过程及影响称重速度和精度的因素,给出了逼近式给料的最佳模型及实现手段。     

离心流化床内物料干燥特性的实验研究

对以表面水分为主的颗粒物料（黄沙）和以内部结合水分为主的食品物料（土豆、萝卜）在离心流化床中的干燥特性进行了试验研究,获得了各种物料的干燥曲线,并对影响干燥特性的气体表观流速、床体转速、床层厚度、物料形状和特性等主要因素进行了分析和讨论。     

直刮板回转滚筒内物料的混合特性

针对颗粒在回转滚筒内混合这一共性问题,建立了颗粒运动的离散元模型及"颗粒接触数"标定法,从混合形态、混合指数、直刮板结构几个方面研究了物料的混合特性。结果表明:颗粒A-A或B-B接触数随时间逐渐减小,变化规律类似于衰减震荡曲线,A-B接触数随时间逐渐增大,变化规律类似于指数函数形式;直刮板增混作用明显,存在最优的刮板高度和数量,在滚筒转速为15 r/min、颗粒粒径为3 mm、填充率为33%条件下,10块高度比为0.6的直刮板对混合促进效果最大,比无刮板时混合速率系数增大约24%。     

空气在高壁温通道内传热特性研究

本文采用可压缩流体的SIMPLE算法,以韶山七型电阻制动带为研究对象,对空气在高壁温通道内周期性充分发展的层流传热特性进行了分析研究,分别说明了不同Re、不同攻击角、不同开缝长度对Nu数和阻力系数f的影响,得出了最优的电阻制动带结构参数,为改进电阻制动带结构提供相应的理论依据。     

定壁温圆管内冰浆流体的传热特性研究

对冰浆的换热情况提出了一系列前提假设,在此基础上,运用有限差分的方法,对所得的差分方程组进行了求解,从而得到了一种有效的对冰浆相变传热的研究分析方法,同时计算结果也表明,随着含冰率增大,换热性能得到加强,平均Nu数越大,但增幅有所减小．     

内翅式太阳能球形胶囊传热特性研究

采用Fluent软件对球形胶囊蓄热单元进行了传热特性分析;并使用恒温水浴锅加热蓄热单元来模拟恒温加热环境,对球形胶囊内翅片的熔化过程进行实验验证。获得了球形胶囊内部监测点的温度时间曲线。将模拟结果和实验结果进行对比,得到较好的一致性,验证了胶囊内相变材料的熔化模型的准确性。根据模拟与实验的结果优化蓄热单元,以带有内翅片的球形胶囊蓄热单元为研究对象,将KNO3作为相变材料,对翅片同厚度(1.5 mm)、不同翅片长度(0 mm、58.5 mm、68.5 mm、73 mm)的蓄热单元建立四个模型。结果表明,胶囊内添加翅片增大传热效率,且随着翅片长度的增大,胶囊内温度分布均匀化;对球形胶囊内翅片传热分析具有指导意义。     

微细通道内纳米制冷剂的流动沸腾传热特性

分别以0、0.031%、0.062%、0.155%、0.248%浓度的Al_2O_3-R141b纳米制冷剂为工质,在水力直径为1.33 mm的矩形铝基微细通道内进行了流动沸腾实验,研究了不同浓度纳米制冷剂实验后槽道表面能的变化情况.结果表明:加入少量纳米颗粒后,壁面形成大量的活化核心,使得沸腾起始点ONB提前,强化了传热;浓度为0.062%纳米制冷剂的强化传热效果最好,传热系数比纯制冷剂最大可提高48.1%;当纳米颗粒浓度超过最佳浓度而继续增大时,颗粒在表面沉积现象越来越严重,使槽道表面能增大,换热热阻也随之增大,强化传热效果反而依次降低.浓度为0.031%、0.062%、0.155%、0.248%纳米制冷剂实验后的槽道表面能,比槽道原始表面能分别增长了0.47、1.39、1.89、2.14倍.     

低温冷柜内空气的传热与流动特性研究

用Simple方法计算－65℃冷柜内空气自然对流，得到了冷柜内各个点空气的物性参数。通过编程绘制了冷柜内空气的温度场、速度场、压力场及密度场，并且对所得场进行了分析。     

散体颗粒在滚筒内运动特性的实验研究与数值模拟

通过实验方法研究了不同转速下丝状散体颗粒在滚筒内的运动状态,并采用烟丝作为实验材料,测量其在滚筒内的停留时间.实验结果表明:滚筒烘丝机转速越大,颗粒在抄板的提升作用下运动越剧烈,做圆周运动的时间越少,从而导致颗粒在滚筒内的总停留时间越短.在该实验基础上利用"虚拟颗粒团"方法对滚筒内散体颗粒的运动过程进行数值建模,得到的模拟结果与实验数据吻合较好.因此,采用此数学模型模拟不同滚筒倾角条件下丝状颗粒在滚筒内的运动过程,模拟结果显示:滚筒倾角越大,丝状散体颗粒在抄板和滚筒壁面的综合作用下,纵向运动时间越少,颗粒在滚筒内停留时间越短.     

回转窑截面物料运动及力链结构的数值试验

采用离散单元法从颗粒尺度建立回转窑内物料的运动模型,以球形沙粒为例,通过数值计算,研究回转窑截面上物料的运动模式和力链结构。以Froude数、物料填充角、窑壁摩擦因数为变量,模拟物料的滑移、塌落、滚落、泻落、抛落和离心6种运动模式,模拟结果与实验观测结果相符。研究结果表明:回转窑内物料力链由表层弱力链区域(约占料层厚度10%)和底层强力链区域组成;滑移、塌落、滚落和泻落4种模式中,底层强力链结构稳定,颗粒之间相对静止,表层弱力链断裂和重组频繁,具体运动模式由窑转速和表层力链断裂重组的速度决定;实际转速中,泻落模式的物料颗粒碰撞最强烈。     

细长竖圆柱外及竖圆管内的自然对流传热

本文正式导出了不符合竖平壁放热规律的细长竖圆柱外及竖管内流体自然对流规律的正确准则方程式。分析表明圆柱或圆管的高度L是有关准则中的必要组成成分。文章在正确准则方程式的指导下,整理了现有实验数据,改正了前人整理中的错误,提出了一整套以实验数据为依据的准则式(对空气): 竖圆柱外身自然对流: 竖管内自然对流: 这一套准则式可推荐供设计计算之用。     

颗粒粒径对回转窑内散体物料休止角的影响规律

为了研究颗粒粒径与回转窑内散体物料休止角的关系,建立回转窑物料运动实验平台。以直径为2~10 mm的玻璃珠为物料样本,测试不同粒径的物料在回转窑中的运动过程。通过数字图像处理法计算物料休止角随时间的响应过程,分析不同粒径条件下散体物料休止角的变化规律。研究结果表明:在回转窑中,无论是单一粒径物料还是多粒径组合物料,休止角的最大值、最小值、均值、极差和周期都会随着颗粒粒径的增大而增大;在多粒径组合物料中,"巴西果效应"使不同粒径的颗粒出现分离,粒径偏大的颗粒运动到物料的外围区域,使得物料休止角的最大值、最小值、均值、极差和周期都增大;在平均粒径相同的多粒径组合物料中,颗粒间的粒径差值越大,休止角的最大值、最小值、均值、极差和周期越大。     

振荡流热管内流动及传热特性计算分析

针对回路型振荡流热管,结合目前理论分析及实验研究结果,对其内部流动及传热过程进行合理简化建立了物理模型.通过划分适宜的单元体,对单元体管内汽—液塞的受力情况进行分析,构建了单元体及整个回路的数学模型.对振荡流热管加热段内流动及传热特性以及结构和运行参数对其影响进行了计算分析,揭示了振荡流热管内单相对流传热与相变对流传热...     

热管式太阳能集热器联集管内流动与传热特性

为了获得结构参数与联集管内流动传热特性之间的关系,建立了热管式太阳能集热器联集管的数值模型并进行模拟。结果表明:在本文的研究范围内,在保证集热器集热量和联集管直径不变的条件下,减小套管直径,努赛尔数(Nu)变化不大,而摩擦因数(f)由大变小,因此若不考虑热管性能,则套管直径越小越好;当套管直径保持不变时,随着联集管直径的减小,Nu数和f都越来越大,因此存在优化关系;当保证换热面积不变的条件下,减小联集管直径并且增大套管直径时,Nu数先增大后保持不变,而f越来越大,此时,联集管直径和套管直径存在优化的匹配问题,上述优化问题须结合集热器成本、系统压降需求等做进一步研究。对比发现,换热面积保持不变时,套管与冷却水之间的对流换热系数更高。     

多孔物料干燥中物料体积的收缩特性

以生姜、胡萝卜、土豆和香蕉为实验材料,引入体积收缩系数和各向同性率的概念,研究了多孔物料干燥过程中的体积收缩特性,分析了脱水量与物料收缩率之间的关系,并探讨了干燥介质温度和相对湿度对收缩特性的影响．结果表明,干燥强度越大则物料的体积收缩率越大,且多孔物料的微观结构也对收缩特性有着重要的影响．最后通过无量纲化方法建立了考虑收缩特性的土豆-水分扩散模型,实验数据与模拟结果趋于一致．     

平板蓄冷单体内凝固传热特性理论研究

建立了描述相变蓄冷材料在平板蓄冷单体内凝固过程数理模型,发展了求解相变界面变化规律的热阻法,该方法是利用一阶精度解获得二阶、甚至更高阶精度的解．并利用计算结果, 分析了斯蒂芬（ Ｓｔｅ） 数对相变凝固厚度及相变凝固速率的影响     

尾缘开缝透平叶片内流动传热特性研究

采用带转捩的SSTk-ω湍流模型,计算获得了不同来流条件和冷气质量流量比条件下,尾缘开缝透平叶片内的总压损失和传热系数,分析了尾缘开缝结构对叶片表面流动传热性能的影响,并与实验数据进行对比,验证了数值方法的有效性和精度。计算结果表明:与常规叶片相比,尾缘开缝叶片在冷气质量流量比为1.3%、2.6%和5.2%时,叶片吸力面喉部区域压力系数分别增大了0.1、0.15和0.2左右,出口气流角分别增大了0.3°、0.4°和0.5°左右;尾缘开缝结构对叶片表面对流换热系数的影响区域主要位于吸力面喉部下游,与冷气质量流量比为1.3%的工况相比,尾缘开缝叶片在冷气质量流量比为2.6%和5.2%时,叶片尾缘吸力面侧对流换热系数分别增大了3%和5%左右;开缝壁面上压力及对流换热系数均随着冷气质量流量比的增大逐渐增大,但当冷气流量一定时,在不同主流雷诺数条件下,开缝壁面上的对流换热系数基本一致;冷气质量流量比为1.3%和2.6%时,尾缘开缝叶片总压损失比常规叶片高1%左右,当冷气质量流量比为5.2%时,主流总压损失低于常规叶片。