考虑气温变化影响的引水渠道水内冰演变数值模拟

高寒地区冰害问题是关系到引水式水电站能否正常运行的关键问题.为此,建立了三维非稳态Euler-Euler两相流k-ε紊流模型,在动量方程中考虑了相间曳力、升力、虚拟质量力,在热量传递方程中考虑了冰水之间的热量传递以及太阳辐射、有效辐射、蒸发热损失和水面对流热损失等.以新疆某水电站引水渠道为例,模拟分析了气温变化条件下流速、水温、冰温及冰体积分数的沿程分布.结果表明:水温沿程先降低后增大,沿程出现最低点,冰温沿程逐渐增大;冰体积分数沿程存在突变点,且突变点在水温最低点附近;随着气温降低,最终的产冰量和冰体积分数逐渐增大.讨论了太阳辐射、有效辐射和蒸发热损失对水内冰分布的影响,并通过与吴剑疆等的黄河上游河道中水内冰演变计算结果及经验公式计算产冰量的对比分析,验证了模型的可靠性.     

搅拌对冰浆存储冰晶粒径演化的影响

为研究搅拌作用下冰浆存储过程中冰晶粒径演化的规律,基于冰晶动力学事件核模型,利用Fluent软件、耦合多相流模型与数群平衡模型对冰浆存储过程中冰晶粒径演化进行模拟,将平均粒径模拟值与实验值进行对比分析,并对模型有效性进行验证。基于修正的冰晶动力学事件核模型对搅拌作用下冰浆存储过程中的冰晶粒径演化进行模拟,分析单螺旋桨桨叶直径及位置、双螺旋桨桨叶间距对冰浆存储过程中冰晶体积分数分布、冰晶粒径数量密度分布及冰晶平均粒径演化的影响。研究结果表明:桨叶直径对冰晶体积分数分布、冰晶粒径数量密度分布及冰晶平均粒径均有影响;桨叶间距对冰晶体积分数分布影响显著;双螺旋桨能够使蓄冰槽内冰晶分布更加均匀,更能抑制冰晶粒径增长。     

冰浆存储过程中冰晶粒径动力学演化影响因素

为研究冰浆存储过程中冰晶粒径演化的影响因素及其规律,运用群体平衡模型,并通过数学变换,将模型中数量守恒方程转换为质量守恒方程,进而对冰浆存储过程中冰晶粒径分布及演化的影响因素进行数值模拟研究,着重分析添加剂种类与质量分数、含冰率、耗损率等因素对冰晶粒径分布密度及冰晶平均粒径的影响。研究结果表明:在相同添加剂质量分数下,乙二醇和乙醇比氯压钠对抑制冰晶粒径增长的效果好。对于同一种类添加剂,减少添加剂质量分数会降低冰晶粒径增长的速度;含冰率越低,冰浆溶液中冰晶粒径增长速度越慢,而降低含冰率会导致冰浆的蓄能密度下降;耗损率越高,冰浆溶液中冰晶粒径增长速度越慢,增大耗损率会改善冰浆流动性但会增加冰浆制冷的能耗。研究成果为冰浆存储与应用过程中冰晶粒径的控制与预测提供了参考。     

寒区引水渠道抽水融冰过程的数值模拟分析

抽水融冰可以有效解决寒区引水渠道冬季运行冰害问题,为了认识不同边界条件下抽水融冰过程中水温的变化规律,为实际工程的设计和管理等提供技术依据,本文以玛纳斯河流域红山嘴电站的引水渠道为研究对象,采用FLUENT软件建立了引水渠道和抽水融冰井的数学模型,并以此为模型工具对不同研究工况下引水渠沿程水温进行了数值模拟分析,并将计算结果与实测数据进行比较验证,结果显示:混合水温和井水流量、井水水温、渠道原始水温均呈正相关关系,渠道原始流量和混合水温呈负相关关系。根据上述模拟结果,在实际工程中采取增加井水流量可更容易、更有效地解决渠道冰害问题。     

离子水合对胞内冰成核与生长的影响

使用Karlsson于1994年建立的细胞内冰晶成核与生长的模型研究了细胞内Na 和Cl-离子的水合对细胞内冰晶成核的影响.对水合层中的水分子数h取3个典型值0.0,1.0,2.0,详细研究了细胞内冰晶的成核与生长过程.取细胞内溶液为H2O-NaCl-丙三醇(Glycerol)三元系统,研究发现随着h值的增加,细胞内最终冰晶体积分数减少,而胞内冰晶成核的起始温度不变.取玻璃化转变对应的冰晶体积分数临界值为10,结果表明h的取值对玻璃化转变条件的确定有本质影响.对H2O-NaCl-Glycerol研究表明,在描述胞内冰成核与成长的理论模型中,h应为一状态函数h([cw,cs,ca],T)(其中cw,cs,ca分别是细胞内H2O,NaCl和丙三醇的质量分数).为进一步完善胞内冰晶成核与生长的模型,必须建立低温下h值与溶液组分、温度之间的函数关系.     

极地船换热器中海水-冰晶两相流的流动及传热特性的数值研究

为改善极地船舶在北极航行时换热器的换热以及解决管程的冰堵问题,保障船舶海水冷却系统的运行与控制,基于CFD数值模拟方法,使用欧拉-欧拉双流体模型耦合相间传热传质模型,对海水-冰晶在壳管式换热器入口直管中的流动和传热进行数值模拟,研究入口含冰率和速度对冰晶流动和传热特性的影响.结果表明,冰晶在流动过程中由于融化发生分层现象,增加入口IPF或降低速度,会出现更显著的分层现象且顶部近壁处的冰晶体积分数随之增大.此外,与单相海水传热特性相比,当速度为1.0 m/s时,冰晶会增强传热;当速度为1.5 m/s、IPF小于6%或者速度为2.0 m/s、IPF小于10%时,冰晶对海水-冰晶两相流的传热具有减弱的作用,而且这种影响随入口速度的增加而增大;IPF为20%时,传热系数达到最大值.     

内融冰式蓄冰桶数学模型的改进

介绍内融冰式蓄冰桶改进的数值计算模型.将盘管分成许多小段进行研究,考虑了蓄冷时冰层和释冷时水层间的连通现象及蓄冷期冰的温度变化和释冷期水温的变化.所得结果可为设计选用提供依据.     

静电场作用下H2O偶极极化对冰晶形成过程的影响

采用去离子水为实验样品，在-30℃低温环境中冷冻，冷冻过程中施加不同强度的静电场干扰，研究静电场对去离子水冰核形成及冰晶生长过程的影响．研究发现，在冷冻过程初期静电场的引入可以诱发冰核形成，导致过冷点升高，但在随后液相到固相的相变过程中，静电场对冰晶生长具有抑制作用．分析认为，在静电场作用下电偶极矩沿电场方向分布的H2O具有最稳定的状态，能量的分布函数具有最大值，这些结果是诱发冰核形成、抑制冰晶生长的原因．     

海冰的数值模拟

在前人工工作基础上建立了海冰的数值模型，建立了动量方程的迭代差分格式及连续方程的分裂差分格式。数值试验表明所建模型及差分格式的可行性，所得结果较好地反映了冰的形成及演变过程。     

天然河流水温变化规律的原型观测研究

为了探求天然河流水温沿程变化规律以及水电站运行对河道水温的影响,作者选取某河干流及主要支流,依托现有水文水位站开展了水文水温同步原型观测.观测结果表明,该河干流水温变化从上游至下游每100km升温0.85℃,并且随高程每降低100m升温0.27℃.作者分析认为,水电站运行方式是影响下游河道水温变化的重要因素.