烟气横掠螺旋槽管束灰粒沉积特性的数值模拟

为研究烟气中飞灰颗粒在螺旋槽管束壁面上的沉积特性,颗粒相采用离散相模型,气相采用k-ε湍流模型构建烟气横掠螺旋槽管束的气固两相流动模型,结合用户自定义函数(灰粒沉积模型)开展数值模拟研究.比较和分析飞灰颗粒在螺旋槽管束和光管管束壁面上的沉积特性和差异,并讨论两相流动参数、管束结构参数对灰粒沉积速率的影响.结果表明:烟气流速为7~10 m·s-1时,螺旋槽管束壁面上的灰粒沉积速率比光管减小5%左右;流速大于10 m·s-1时灰粒在螺旋槽管壁上的灰粒沉积速率与光管无明显差异;较大粒径的灰粒易沉积,灰粒质量浓度越高,灰粒沉积速率越大;灰粒沉积速率与管束的纵向节距成正比,与横向节距、螺距以及槽深成反比,横向节距和螺距对沉积速率的影响相对明显.     

顺列光管式省煤器管束间飞灰颗粒撞击率的模拟研究

以顺列光管式省煤器为研究对象,针对不同横向管距和纵向管距的顺列光管管束以及不同速度、粒径的飞灰颗粒,利用CFD软件平台对省煤器管束烟气流场进行气固两相流数值模拟研究。通过数值计算,得出了烟气颗粒横掠顺列光管管束的运动规律。研究结果可为锅炉尾部顺列布置的卧式省煤器减轻磨损提供参考。     

螺旋槽管强化传热机理及性能的数值研究

基于Fluent对9根具有不同结构参数的单头螺旋槽管进行了数值研究,得到了螺旋槽管内流体速度和温度分布,从微观上说明了螺旋槽管强化传热的机理。数值计算结果表明,在研究的雷诺数Re范围内(10 000~45 000),螺旋槽管的努塞尔数Nu是光管的1.34~2.01倍;阻力系数f是光管的2.01~6.40倍;Nu和f随槽深e的增加而增加,随节距p的增大而减小。螺旋槽管传热的综合性能明显优于光管,在换热面积和泵功率消耗相同的情况下,综合性能最好的2#管可使换热量提高14%~19%。     

增压富氧燃煤锅炉省煤器管束磨损研究

针对常压空气燃烧和增压富氧燃烧两种工况,利用CFD软件、应用k-ε双方程模型模拟锅炉省煤器管束间烟气的流动,用拉格朗日方法研究管束间颗粒的运动,并利用颗粒与管壁的碰撞和反弹模型考虑颗粒与壁面碰撞后的运动.通过对比3种磨损模型,得出Oka模型考虑的因素相对更全面,与实验数据也比较吻合.利用该模型可得壁面磨损量随流速呈指数规律变化,随着入射角度的增大磨损量先增加后减小,壁面材料硬度越大,磨损量越小,并且随着颗粒粒径增大磨损量略有增加.增压富氧燃烧下,最大磨损速率比常压下小很多,且最大磨损位置也发生了变化,各管排的颗粒撞击和平均磨损速率分布较均匀,除了第1排管外,单管最大磨损区域位于管壁迎风阶两侧60°附近.这对省煤器实际运行及增压富氧燃烧下省煤器的设计有重要意义.     

1Cr9Mo钢高速气-固两相流冲蚀磨损

采用自制的激波驱动气-固两相流冲蚀磨损试验装置,选取SiO2、Al2O3和SiC颗粒,对煤化工常用材料1Cr9Mo钢进行高速气-固两相流冲蚀磨损试验研究.结合试件表面冲蚀磨损形貌,分析冲击速度、冲击角度、颗粒硬度、颗粒粒径、试件温度等因素对材料的冲蚀磨损率的影响.结果表明:在20 ℃和400℃下,1Cr9Mo钢的最大冲蚀磨损率均出现在15°～25°的冲蚀角之间,体现出典型塑性材料的冲蚀磨损特征;低角度冲蚀时磨损机理以颗粒的切削作用为主,高角度冲蚀时颗粒垂直撞击材料表面产生凹坑并致使凹坑周围的片状物碎屑从材料表面剥离;试件冲击速度指数在2.3 ～3.2范围内,磨损率受颗粒硬度影响较大;在相同冲蚀条件下,硬度较高的Al2O3和SiC颗粒对试件的磨损率比SiO2颗粒高一个数量级;磨损率随颗粒粒径的增大呈现先递增后下降的趋势;在400℃时SiO2颗粒对试件的冲蚀磨损率明显提高,磨损率最大值约为20℃时的3倍.     

聚变包层的螺旋槽纹管强化换热分析

针对聚变堆包层第一壁圆角处温度过高的问题,对局部结构进行流动传热模拟分析,并采用螺旋槽纹管结构进行改进.分析了螺旋槽纹管的槽深、槽宽、节距以及近壁面处螺纹覆盖的角度范围对圆角处换热的影响;结合理论分析和数值模拟结果,对第一壁圆角处的结构提出优化方案.研究结果表明:螺旋槽纹管对第一壁强化换热有很强的辅助作用,从热经济性角度分析,0.7mm左右的槽深能够最有效地优化模型;对第一壁的设计采用短节距的螺旋管型经济性能并不高;流道面对等离子体一侧的螺旋槽纹包裹角度应设计在90°~100°的范围.     

水平螺旋管外V型槽强化冷凝传热的试验研究

用实验的方法研究了水平螺旋管管外有纵向Ｖ型槽时的凝结换热的强化问题．在相同的真空度下,测试了当Ｖ型槽的角度改变或槽的数目变化时管外凝结换热系数随冷却水流量变化的规律,并将Ｖ型槽水平螺旋管与矩形槽水平螺旋管及水平螺旋光管的传热效果作了比较．实验结果表明,Ｖ型槽槽深为１ｍｍ、槽数为２８、夹角为６０°时,强化效果最佳;其换热系数是矩形槽管的４～７倍,是光管的８倍     

页岩气压裂三通管汇冲蚀磨损分析

为了探索在页岩气水力压裂作业中,压裂液对四种夹角三通管汇的冲蚀与磨损规律,基于固液两相流模型、颗粒轨迹模型和冲蚀速率模型,在Fluent中对30°、45°、60°和90°4种角度的三通管汇构建了冲蚀磨损模型。并根据不同的流体速度、颗粒质量流量、直径和压裂液黏度进行数值模拟仿真,总结三通管汇在各因素综合下的冲蚀磨损规律。结果表明：管汇的最大冲蚀率随流速的增大呈幂函数增长;管汇冲蚀率与质量流量的增大近似呈线性增长;在颗粒直径大于临界值时,管汇冲蚀率显著变大;管汇冲蚀率随着压裂液黏度的增加而缓慢减小,并随着其继续增大而趋于平缓。因此为减小管汇冲蚀磨损量,可以适当减小质量流量,选用0.001 5 Pa·s黏度左右的压裂液、450μm左右颗粒直径的支撑剂和30°夹角的三通管汇。结果可为三通管汇的选型、断裂以及失效提供一定的参考依据。     

卧式双轴搅拌槽的液固两相流数值分析

采用液固两相流的数值模拟方法,针对卧式双轴搅拌器的均质混合,运用FLUENT软件结合非结构化网格划分、Eulefian多相流模型、RNG k-ε湍流模型及离散相模型,在非稳态条件下数值模拟卧式双轴搅拌槽的速度分布、压力分布、湍流强度及颗粒轨迹线的规律,分析不同工况对均质混合效果的影响,并获得搅拌轴扭矩及流场冲刷磨损率.在此基础上,分析搅拌功率、搅拌效率和叶片冲刷磨损率的变化规律.研究结果表明:搅拌功率随粒径增大而减小,随体积分数的增大而增大,与转速近似线性关系;当转速高时,搅拌效率高,且粒径和颗粒体积分数对搅拌效率影响小;当颗粒体积分数大时,磨损量大;当粒径增大时,磨损率先增大后趋于平稳.     

不同粒径飞灰对顺列管束磨损的非线性特性研究

基于计算流体力学理论对直径为45~100μm飞灰颗粒冲刷顺列管束进行了数值研究。运用了颗粒-壁面反弹模型来准确预测颗粒轨迹,采用磨损模型定量计算了各排管子的磨损量。计算结果表明,管排受到的颗粒撞击率随着粒径的增大而增加,第一排管子的磨损量随粒径增大而增加;但自第二排管起,随着颗粒直径的增大,管子受到的磨损量呈现先增大后减小的趋势,即存在一个特定的飞灰粒径,使得管排的磨损恶化。为锅炉尾部顺列管束防磨提供理论依据。     

空间锥螺旋管束流体诱导振动换热器及性能分析

基于动态子结构理论、利用固定界面模态坐标变换及超单元技术,分析了空间锥螺旋管束的振动特性和脉动元件诱发管束振动的频率条件,计算了0.1m/s壳程流速、横向脉动流激励条件下空间螺旋管束的振动特性,研究了空间锥螺旋管束管内二次流及其换热特性.结果表明:单排空间锥螺旋管束的振动分为横向和纵向振动,以纵向振动为主;在横向脉动流激励作用下,管束的振动与其横向固有振型近似,空间锥螺旋管束的低阶模态频率较低,易于诱发振动;管内截面二次流分为4个涡区,强烈的管内二次流致使管束换热性能提高,空间锥螺旋管束单位面积的换热量是传统平面管束的1.4倍以上.     

固-液两相流充填管道输送冲蚀磨损数值研究

 为探究充填管道在输送过程中的冲蚀磨损机理, 基于工程流体力学理论及颗粒输送力学模型, 引入离散颗粒轨道模型、塑性冲蚀磨损模型, 对某矿山复杂充填管路条件下浆体特性对管道冲蚀磨损影响进行研究。结果表明, 浆体流速、黏度以及颗粒尺寸对管道冲蚀磨损影响显著, 颗粒形状影响较弱。高流速下, 弯管磨损最为严重, 直管段磨损较轻且分布较为均匀, 流速降低, 主要磨损部位偏向弯管出口部位;弯管部位最大磨损值在15°~30°以及60°~75°之间;此外, 粒径较小时, 磨损严重程度随粒径增加而增大, 粒径达到600 μm 后, 最大磨损值随粒径增加呈现下降趋势。     

静电除尘器飞灰颗粒除尘特性的数值研究

针对350 MW超临界热电机组静电除尘飞灰颗粒除尘系统,基于FLUENT软件,采用κ-ε双方程湍流模型,三维数值研究飞灰颗粒的除尘特性。研究了粉尘比电阻、颗粒粒径、流速以及电压对静电除尘器除尘效率的影响规律。研究结果表明:除尘器飞灰颗粒收尘效率随比电阻的增大而减小;放电电压、颗粒粒径和烟气流速对静电除尘器的影响很明显。收尘效率随放电电压提高而增大;颗粒粒径越大,收尘效率越高;降低烟气流速,提高颗粒物的收尘效率。研究结果可为电站飞灰粉尘超净排放技术改善提供依据和方法。     

反循环钻进中水龙头弯管磨损数值模拟

针对反循环钻进中水龙头弯管磨损失效问题,应用计算流体动力学方法对水龙头弯管内气固两相流场进行数值模拟,研究弯管内岩屑颗粒的运动轨迹及壁面磨损分布,并进一步分析岩屑特性对壁面磨损的影响.研究结果表明:气固两相流经过弯管时,岩屑与壁面在弯管30°,90°和150°转角位置存在碰撞集中区,对应形成3个壁面磨损区,其中30°转角位置磨损最严重,形成刺漏点;此外,岩屑颗粒特性对弯管磨损存在影响,随颗粒速度或质量流量的增大,弯管磨损速率显著增大;随颗粒直径增大,磨损速率先增大后减小;颗粒密度对弯管磨损影响不明显.     

超音速吹灰压力与偏转角对锅炉管束磨损的影响

采用CFD数值模拟方法和经典磨损模型对超音速吹灰过程气固两相流分布及其引起的锅炉管束磨损进行模拟分析,研究吹灰器喷口轴线与管排壁面相切时吹灰压力及喷管偏转角度的影响。采用文献试验结果对CFD模型进行验证。结果表明:当压力从0.6 MPa增至1.6 MPa时,射流出口速度、飞灰颗粒与管壁面的平均碰撞速度和频率均有不同程度增大,管壁最大磨损率增大1.88倍。而当吹灰角度从0°增至60°时,射流出口速度、飞灰颗粒与管壁面的平均碰撞速度和频率均有所减小,锅炉管壁面的最大磨损率减小近57倍,磨损范围变大。     

径向热管换热器壳程数值模拟及结构参数优化

利用FLUENT软件,对同轴径向热管换热器壳程进行模拟计算,分析烟气速度、温度及局部对流换热系数沿壳程的变化规律,并寻求换热器结构参数优化值。研究结果显示:换热器壳程,离热管管壁越近,温度梯度越大;烟气流经管束时,在管束尾部形成一个楔形的涡流区,速度在流体出现脱体的地方达到最大;湍流强度在涡流中心区域也达到最大值,中心区域的换热强度明显高于热管两侧边缘处,管束尾部的烟气温度低于管边缘处的烟气温度。将模拟结果与测试结果进行比较,误差在10%以内。通过改变换热器结构参数,对换热器壳程烟气对流换热进行分析研究,得到径向热管换热器结构优化参数:横向管距为114~120 mm;纵向管距为120~125 mm;翅片高度不应高于26.5 mm;翅片间距为6 mm。     

滑动磨损磨粒群的分布规律

以滑动磨损过程中产生的磨粒群体为研究对象,研究其数量与粒径间的分布特征及其与磨损状态间的耦合关系.通过分析铜合金销与碳钢盘在干摩擦条件下相互对磨所产生的磨粒群和销试样磨损量,发现磨粒的累积分布和微分分布特性随磨损时间的变化而变化:在磨损开始阶段,磨损程度逐渐减小,磨粒群分布曲线由平缓变得逐渐凸、陡;达到磨损平衡状态后,磨损率达到最小,磨粒群微分布曲线的幅值达到最大,横向宽度达到最小;随着销与盘间互适性变弱,磨损程度增大,磨粒分布曲线变得越来越平缓,横向宽度逐渐增大;磨粒分布曲线随磨损时间的变化规律与磨损率随磨损时间的变化规律有明显的对应关系,可为科学诊断和预测摩擦学系统状态提供有用信息.     

流化床内颗粒磨损研究

通过流化床内颗粒磨损实验,探讨了磨损率随床重、气速及时间的变化关系,并对磨损前后物料粒径分布进行了对比,推断出颗粒的磨损机制．     

桥墩阻水比对弯道河流流速分布的影响

桥墩阻水比是确定涉河桥梁工程方案主要考量指标之一。为研究桥墩阻水比对弯道河流流速分布的影响,建立有机玻璃弯道水槽模型,针对不同阻水比桥墩对弯道河流流速分布影响开展试验研究。使用ADV采集弯道试验段内的纵向和横向流速并进行分析,结果表明：随阻水比的增大,桥墩附近上下游主流位置趋于集中在水槽中间。在Fr=0.21和Fr=0.28两组工况下,墩前断面纵向流速方差均减小,其流速分布更加均匀;墩后断面纵向流速方差均增大,其流速分布更加紊乱;横向流速在墩前与墩后分布均更加紊乱。桥墩阻水比对纵向流速和横向流速分布的影响均随Fr增大而减小。     

固液两相流粒子冲蚀钻头内流道磨损

针对固液两相流粒子冲蚀钻头内流道磨损机制,应用固液两相流离散相模型(discrete phase model,DPM),建立钻头内流道冲蚀磨损的物理模型,获得粒子参数对内流道磨损的影响规律,并进行室内实验,验证DPM模型的有效性。研究结果表明:粒子对钻头内流道冲蚀磨损主要分布在内流道收缩面,越靠近钻头中心轴线,磨损率越大;随粒子入口速度的增大,内流道平均磨损率增大;随粒子直径的增大,内流道平均磨损率先减小后增大,最后趋于稳定,当直径为2.0 mm时平均磨损率最小;随粒子体积分数的增大,内流道平均磨损率近似呈直线增加;当粒子入口角度为50°时,内流道平均磨损率最大;压力对于内流道磨损影响较小;进行100 h磨损实验后,钻头内流道的磨损率减小了0.80%。