叶片式气液分离内件数值模拟及对比分析

气液分离广泛采用叶片式分离元件,叶片形式、叶片间距、叶片高度、液滴粒径、液滴含量和主体流速等因素均影响元件的分离性能。采用计算流体动力学(CFD)模拟软件ANSYS FLUENT对3种叶片式气液分离元件(NH-TP、NC-TP和TP叶片)进行数值模拟及对比分析,得到各因素对分离效率及压降的影响,并对叶片的工况适应性进行了分析。结果表明：NH-TP的间距应大于20 mm,否则容易导致压差过大,而NC-TP和TP间距可取10 mm;液滴粒径大于20μm时在各种速度下均可获得较高分离效率,而小液滴仅在理想重力分离和理想惯性分离工况下较高;惯性分离速度下的分离效率与叶片高度无关,主体分离速度低时分离效率随着板高增加而降低;不同形式叶片的最差工况速度不同,但NH-TP在最差工况下仍能保持较高分离效率,对工况的适应能力最好,开槽的NC-TP次之,TP叶片适应能力最差。     

喷涂角度对螺栓表面涂层厚度均匀性的影响

针对工程中采用铝涂料涂覆螺栓时螺栓表面铝涂层易出现的厚度不均匀问题,研究喷涂角度对螺栓表面涂层均匀性的影响规律。对喷涂系统的喷嘴和螺栓进行建模,通过计算流体动力学仿真软件Fluent建立了雾化流场的气液两相流物理模型,使用DPM模型分析了流场中气相和液相的相互作用,获得了在不同角度下的喷涂流场,预测了螺栓表面液膜沉积厚度。搭建了喷涂试验系统并与模拟结果进行了验证,模拟和试验研究均表明在喷涂角度为30°时螺栓表面涂层均匀性最佳。     

双层皮带机防雨罩流场和粉尘浓度场分析

上层运煤下层运粉煤灰的双层皮带机比常规单层皮带机高度增加,为了确定双层皮带机防雨罩的最适高度,防止在17 m/s强侧风环境下粉尘泄露污染环境,以气固两相流理论为基础,运用Fluent软件分别在有无强侧风的条件下,对双层皮带机的防雨罩内流场和粉尘浓度场的分布进行数值模拟。计算结果表明,强侧风会强化双层皮带之间形成的流动漩涡,从而可能导致粉煤灰被吹动,当侧风速度为17 m/s时不会导致形成的漩涡强度过大,粉煤灰不会被吹到罩外。有侧风时防雨罩顶部会出现非常高流速（高达55 m/s）的风,在对其进行强度设计时必须考虑由于强风冲击造成的受力。有侧风时防雨罩内粉尘浓度最大位置出现在运煤皮带和煤堆交界处,其次是运粉煤灰皮带和粉煤灰堆交界处,当侧风速度为17 m/s时,防雨罩外部空间的粉尘浓度均小于4×10^-6 kg/m³,满足《煤矿安全规程》的要求。     

气升式环流反应器气液两相流动冷模实验

运用粒子图像测速仪(PIV)技术研究了扁平气升式环流反应器内液相流动特性,测得了反应器内各个区域液相速度分布、流线分布.认为反应器上升段表观气速对液相水平速度和垂直速度均有影响,其中对液相垂直速度的影响更大:表观气速增大,液相最大垂直速度一般增大,但这一变化规律并不是单调的;PIV对折流区的观测反映了该区域流场在气相通入后的最初25 s内的变化历程,流场发展的快慢与进气口的气速有关,气速越大,流场发展得越快.研究结果为认识该类反应器内的流动混合特性及进行该类反应器的设计、优化提供了参考.     

质子交换膜燃料电池性能影响因素的数值分析

为研究交指流场质子交换膜燃料电池的输出性能,分析影响其性能的因素,寻找改善其性能的可行措施,探讨了使用交指流场流道的必要性和优越性,建立了包括质子交换膜燃料电池阴极/阳极侧流道、扩散层和催化层以及质子交换膜在内的完整的稳态、三维、两相数学模型.基于计算流体力学方法,用该模型对交指流场质子交换膜燃料电池的全流场进行了统一的数值计算以模拟其输出性能,分析了流场流型、氧化剂种类、反应气体进气速度、质子交换膜厚度和双极板筋宽对质子交换膜燃料电池输出性能的影响,确定了提高质子交换膜燃料电池输出性能的一些方法.将理论模型的模拟计算结果与实验结果进行比较,两者较为吻合.     

三维理想MHD方程数值求解方法研究

针对三维理想MHD方程提出了一种新的雅可比矩阵分裂方法,并成功地应用于磁场干扰下的三维高超声速磁流场流数值模拟．控制方程在非结构网格上采用有限体积法进行空间离散,其中对流项采用新的逆风向量分裂格式,并引入了双曲型磁场散度清除技术,时间推进为显式5步龙格一库塔方法．首先,对三维MHD管道压缩流动进行了数值模拟,得到了与参考文献相吻合的数值结果．然后,分别对三维有、无均匀磁场干扰下的高超声速半球体绕流流场进行了数值模拟,对比发现两者的流场结构存在明显的差异,有磁场干扰时壁面上的压力和温度要低于无磁场干扰时的情况,得到的数值结果与理论分析相符合．     

板式换热器内两相流流量分配的模拟及实验验证

针对带有分配器的钎焊板式换热器内各支路的气液流量分配特性建立了预测模型.基于各支路的压降平衡方程,分别建立了板间流道和分配器流道压降计算模型;基于分配器处的气液分离关系方程,分别建立了两相流体在分配器处相分离和在分配器入口处液膜分布的计算模型.通过将压降平衡方程、气液分离方程分开迭代计算,开发了适用于模型的求解算法.模拟结果与实验测试数据对比表明,换热器总压降的相对误差在±20%以内,两相区高度的相对误差在±13%以内.     

工业炉旋风预燃器煤粉颗粒运动轨迹

在预燃器冷态模型流场内，考虑气流曳引力、重力和Magnus旋转升力，建立颗粒的运动微分方程，并考察颗粒与壁面相互碰撞过程，采用龙格库塔法进行数值求解，得到不同粒径的颗粒在4种流场工部中的运动和停留时间，经计算，还可得出以下结论。⑴颗粒的运动轨迹主要受气相流场分布、颗粒粒径和颗粒初始速度等因素的影响。⑵颗粒粒径较小时，可以忽略上升力和重力的影响，但大颗粒与壁面碰撞后，必须连同考虑颗粒旋转及Magnus升力的作用。⑶选择合适的入口-二次风量比（Q2/Q1）和颗粒的初始速度，可延长颗粒在预燃器内的停留时间，能分离大于30μm的颗粒，该结果能为粉煤旋风预燃器的优化设计提供理论依据。     

旋风流场中的等风速线簇

本文论述一种热带旋风近海面流场的二元势流运动模式,在此基础上作者又进一步导出了其中的等风速线簇的数学方程,由此为打开旋风机理研究的新途径创造条件。作者还通过对海-气交互作用计算例题证实了等风速线簇理论的实用意义。文中有关等风速线簇的理论推导和分析都是首次发表的成果。