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第三届工程计算流体力学会议

第三届工程计算流体力学会议

  • 召开年：2006
  • 召开地：哈尔滨
  • 出版时间： 2006-01-05

主办单位：哈尔滨工业大学

会议文集：第三届工程计算流体力学会议文集

会议论文

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  • 摘要：采用雷诺应力模型和欧拉模型相结合的手段,对一个Lapple型旋风分离器的流场特性进行了数值模拟研究.研究表明,旋风分离器内部气相速度分布呈双层结构;气相的轴向速度在内外层分布不同,外侧涡旋整体运动方向向下,内侧涡旋整体运动方向向上,但是在分离器圆锥段顶部区域有可能存在下降流.外侧涡旋整体向下运动的同时,气体在壁面处的切向速度不断提高,这是锥体段对旋风分离器流场的主要影响.径向速度在分离器内部的分布具有不对称性.欧拉模型可以考虑可颗粒与颗粒之间的相互作用,在考虑颗粒对气体的影响时较离散相模型更准确,其缺点是较难收敛.欧拉模型的模拟结果表明,颗粒相在旋转向下的运动过程中逐渐向壁面附近移动,验证了颗粒相在分离器内的运动规律。
  • 摘要：应用CFD分析的方法,研究了间冷式冰箱用翅片管蒸发器空气侧的流动及换热性能.紊流模型采用标准k-ε模型,近壁单元采用标准壁面函数处理.给出了蒸发器中速度、温度、局部换热系数的分布及各翅片管处的热流率.分析结果显示,蒸发器中流场、温度场及局部换热系数分布极其不均,包括由于翅片和翅片管的存在所引起的局部不均和由于回风口及风扇位置引起的宏观不均,这种不均匀性会对蒸发器的换热效率及整个冰箱的性能造成很大损害。
  • 摘要：针对火电厂煤燃烧过程NOx排放量过大的问题,采用低NOx燃烧器的低NOx燃烧技术来尽量降低NOx的排放.在设计低NOx燃烧器时,需要同时解决几个方面的问题-煤粉燃烧的高效率、稳燃、防结渣和高温腐蚀及低NOx排放;低NOx燃烧器的性能指标是在保证较小的浓淡风比RQ的情况下,能够获得理想的浓缩率Rn而且总阻力系数比较小.利用FLUENT对叶片级数对低NOx燃烧器阻力特性的影响进行数值模拟研究,得到了四级和五级叶片的燃烧器的性能参数,以及各级叶片级数对燃烧器阻力大小的影响.通过对比分析,采用五级叶片的燃烧器在保证较好的性能参数时,其阻力最小。
  • 摘要：为解决停车问题,一种空间利用率高、占地面积小的地下机械立体停车库孕育而生.此车库一旦某存放单元某辆汽车着火,其产生的烟气将在车库内形成一个烟层,烟层中过高的辐射热在汽车表面聚积时,多数汽车将会开始燃烧,并由此引发轰燃,造成巨大的火灾损失,因此在该车库内避免由于热辐射起火是十分必要的.本文首先通过对着火停车单元内烟气辐射模型研究,给出了车库内烟层的临界温度标准,然后运用CFD模拟的方法,模拟中的流体流动采用大涡模拟的方法求解,燃烧采用混合分数模型,热辐射通过求解非散射灰色气体的热辐射传递方程来实现.整个车库根据尺寸将网格划分0.5m左右,火源附近的网格局部加密,在着火停车单元和相邻停车单元内网格划分为0.1m.模拟结果表明,在自动喷水灭火系统不能有效工作时,火灾在着火停车单元内得到充分发展,着火停车单元内烟气最高温度可达620℃,而在其它停车单元内烟气最高温度也达到了430℃,根据烟气判定标准,其它停车单元内汽车不会被引燃;在自动喷水灭火系统有效工作时,火灾受到控制,最大热释放速率仅达到1.5MW,除了着火停车单元外其它停车单元的烟气温度很低,不会对车库内汽车产生影响。
  • 摘要：随着经济的发展,电影院作为重要的文化娱乐场所,越来越多地在各地建起.新兴电影院多以多厅电影城形式出现,与以往电影院相比,电影厅的面积小,个数多,可满足多部电影同时放映.作为人员密集场所,消防安全尤为重要.在发生火灾时,烟气对人员危害最大,机械排烟是控制火灾烟气的发展的重要措施.有效的排烟设施可以抑制烟气蔓延,有效地保护火区人员,减少火灾损失.能更有效地控制火灾烟气的发展,就能为人员提供更多的安全疏散时间.相关规范只对电影厅内的排烟量的大小做出规定,而没有涉及排烟口的位置.由于电影厅内有阶梯式结构,电影厅内不同位置的火灾危险度不同,起火位置与排烟不同对火灾的发展也不相同.本文以某电影厅为例,使用FDS场模拟软件对电影厅内的火灾发展进行模拟,研究电影厅内起火时,烟气的发展规律.本文通过分析排烟口与起火相对位置不同时的火灾发展,得出不同排烟口和起火位置对火灾发展的影响,提出了电影厅内更适合设置排烟口的位置,为工程应用提供参考。
  • 摘要：在半干式脱硫工艺中,对塔内流场进行优化可以有效提高脱硫塔运行稳定性.本文针对某型循环流化床烟气脱硫实验台进行了研究,着重考察塔内单相流动特性以及雾化喷嘴强影响区域的气液两相流动特性.模拟中烟气被简化为热空气,石灰浆雾滴被简化为水滴.喷嘴处的液体雾化采用气流式雾化器模型.在前处理过程中,对网格进行了优化,以获取网格无关解.在模拟计算中,通过对不同入口烟气流速、不同雾化压力进行了分别模拟,得出了雾化喷嘴喷出的气体和雾滴的运动轨迹和碰壁情况以及雾滴蒸发对整个脱硫塔内速度场和温度场的影响.这为进一步的排烟双循环流化脱硫工艺的工程设计或中间试验提供参考。
  • 摘要：空气预热器是电站锅炉最广泛使用的节能设备之一,天津国华盘山发电有限责任公司安装8台PBл-9.8型受热面回转式空气预热器,＃22空预器在热态运行约3.8×104小时后,大轴发生断裂.本文通过利用ANSYS有限元软件对大轴进行应力场分析,得出大轴断裂的原因,以指导同类空预器的运行.针对盘山电厂＃22空预器大轴断裂情况,利用ANSYS有限元软件,建立了以实体单元为基本单元的大轴有限元计算模型,在此模型基础上首先进行静应力分析,得到各静工况下的应力分布,证明在正常静工况下,大轴是安全的.因大轴除了受重力和扭矩外,热态运行中还承受烟风两侧驱动力共同作用下所产生的倾覆力矩.本文利用弯扭合成当量弯矩法对大轴进行了强度校核,也证明是安全的,烟风驱动力所产生的倾覆力矩不是造成主轴断裂的原因.最后对大轴进行瞬态的冲击载荷分析,得到当上法兰承受的冲击载荷达到一定值时,上倒角处承受的最大应力将达到其许用应力,从而导致大轴疲劳断裂.对断口进行的宏观观察,也可以判断此次断裂为疲劳断裂.根据空预器实际工作环境及有限元计算结果,分析得到＃22空预器断轴的主要原因是:长期在足够大的交变应力作用下,大轴底部轴肩处产生裂纹并扩展,最终导致疲劳断裂。
  • 摘要：本文针对ANSYS有限元软件分析系统在结构非线性分析方面的应用进行了简介,ANSYS是目前工程领域应用及其广泛的有限元分析软件,可以应用于土木工程、水利水电工程、汽车工程、机械、采矿、核工业和船舶等领域.对结构非线性分析的基本理论进行了概述,结构非线性分析分为材料非线性、几何非线性、状态非线性三大类,应用有限元分析理论对结构的非线性行为进行分析,采用不同的非线性方程求解方法,如:直接迭代法、Newton-Raphson方法、增量法等.本文对实际的一个结构非线性分析实例进行了数值计算分析,分析材料的蠕变行为,根据ANSYS提供的蠕变方程,从中选取一个合适的方程,进行材料的蠕变分析,分析表明,ANSYS可以较好的模拟材料蠕变的第一和第二阶段,对蠕变第三阶段的模拟还需建立更加合适的蠕变模型,还有待进一步的研究.在工程应用上能够证明ANSYS能够较准确的对结构的非线性行为进行数值模拟和计算。
  • 摘要：多相流动和燃烧(或反应)广泛存在于热能、航天和航空、化工和冶金、汽车和船舶、水泥制备、空调、环保、核能和水利工程等领域中.目前计算流体力学(CFD)数值模拟和计算机辅助设计(CAD)相结合,已经成为国内外工程中优化和放大设计的一种有效手段,可以大大节省实验所需的人力、物力和财力.多相流动和燃烧CFD数值模拟开始于上个世纪70年代初錾露头角.它基于利用数字计算机求解多维联立非线性偏微分守恒方程组.其主要步骤是:建立控制方程和封闭模型;给定边界条件;用一定的格式将微分方程离散化;建立数值方法;编制和调试计算程序,用内部流场的实验数据检验模拟结果等,从而最后得到有相当可靠性的,能用于解决工程问题的数值模拟软件。
  • 摘要：在低温系统中,板翅换热器由于高效、紧凑、轻巧等优点,等到广泛应用.本文通过建立一维模型,对板翅式换热器矩形通道中的流体传热进行了数值计算,求出换热器矩形通道截面上的速度场,出口截面上的温度场以及流体沿轴向的变化.通过计算得出板翅换热器矩形通道内流体的平均温度、流体与壁面的温差、热流密度以及努赛尔数趋于恒定.增加速度,减小壁面速度层流边界层,能够减小温度边界层,增强换热器换热效率.换热器通道中的流体平均温度与壁面之间的换热温差越大,换热器尺寸越小,温差越小,换热器尺寸越大.这对板翅式换热器的传热计算与设计提供了一定的理论基础。
  • 摘要：现代建筑使用的建筑装饰材料中大量使用了多种化学品,都不同程度地含甲醛及各类挥发性有机物(VOCs).尤其是在严寒地区,由于建筑节能等因素导致了窗户的密闭性和空气的不良流通性,更进一步地恶化了室内空气品质.因此室内空气品质的研究越来越引起了人们的关注.其中利用建筑装饰材料中的化学物质在高温下更容易挥发的特性,通过提升材料的局部温度来加速挥发性有毒有害气体的排出的方法,就是传统的烘培法.本研究在利用MATLAB6.5编制程序的基础之上得出苯随时间变化的散发系数的拟合七次方程,并在其基础之上,编制UDF程序,得到板材在不同温度条件下的随时间变化的地板污染源边界条件.本数值模拟研究运用商业软件FLUENT6.1,利用组分传输方程对室内进行浓度场分布数值模拟,最终得到住宅中胶合板释放的苯在室内扩散及其浓度分布的大致状况.通过调节烘培温度在30℃、35℃、40℃、45℃变化条件下来考察苯在室内浓度分布状况.通过模拟可视结果表明,温度与污染物的散发量有很好的相关性,温度越高,苯的室内浓度场越大,而且几乎成正比的关系。
  • 摘要：该文运用数值模拟方法计算了颗粒在旋风分离器中的运动轨迹,得到了不同粒级的颗粒分离效率和分离器总压降,并将分离效率计算结果与Barth经验模型,压降计算结果与Dirgo经验模型计算值进行比较,发现运用CFD模拟计算与经验模型结果基本一致,分离效率略低、压降比较吻合.同时发现不同粒径颗粒逃逸的主要途径不完全相同,在入口上方或下部进入的离子逃逸概率较高.研究结果还表明,应用计算流体力学来研究旋风分离器的分离性能方便可行。
  • 摘要：为满足未来发展可重复使用飞行器的需求,本文对三组元发动机推力室性能进行了研究.简要介绍了三组元缩尺模型发动机喷注面板、推力室和冷却道的设计结构.并根据三组元发动机的特点对该推力室内雾化、燃烧和冷却过程进行了数值建模和仿真计算.对仿真结果进行了分析,并将部分仿真结果与试验结果作了对比,两结果基本相符,对两结果的差异进行了简要的分析.着重讨论了不同喷嘴及排放式冷却方式对推力室性能的影响,结论如下:在喷嘴分布稀疏的情况下,采用离心式喷嘴能明显增强雾化性能,提高燃烧室温度、压力和推进剂燃烧效率;排放式冷却虽然有可靠的冷却性能,能为推力室提供有效的热防护,但由于冷却水带走了推力室大量的热量,且这些热量无法重复利用,所以导致推力室总温下降,发动机性能降低。
  • 摘要：为了进一步研究设置交错排列开孔折流板的水平矩形通道强化换热的机理,基于文献的实验结果,采用了RNGk-ε两方程模型,运用有限容积法二阶迎风格式对方程进行了离散,并采用SIMPLEC算法对Re=500～15000范围内的流动与换热问题进行了数值求解.依据计算结果,分析了速度场和温度场的分布情况,并将Nu计算结果与实验结果进行了对比.结果表明:(1)数值解与实验数据基本吻合,说明了运用该模型对设置开孔折流板的矩形通道内强化换热进行数值模拟是可靠的;(2)数值计算进一步验证了文献实验结论:由于孔的存在消除了折流板背流侧大的旋涡,使得流体掺混和扰动加强,折流板开孔使换热加强;(3)数值计算进一步拓展了文献的实验结论:随着Re的增大,扰动增加,Nu值增大;在Re＞12000时,Nu值增加幅度减慢。
  • 摘要：利用商用计算软件Fluent对国内某大型水电站岸边泄洪洞进行数值模拟研究,得到了泄洪洞流场结构、水面线、压强沿程分布、水流空化数、掺气设施进气量、空腔形态等参数,并根据计算结果研究掺气设施的布置位置和体型.计算域采用了块结构化网格,应用了分段计算的方法,充分利用初始场赋予功能,大大提高了计算的效率.数值模拟结果表明,Fluent能较好的模拟高流速的水气两相分层流问题,为泄洪洞的水力设计提供可靠的设计依据。
  • 摘要：运用数值模拟方法对阵列射流冲击冷却的流动和传热过程进行了三维数值研究.在计算中,对湍流采用标准κ-ε双方程湍流模型处理,近壁面区采用标准壁面函数法进行处理.分别研究了在冲击孔叉排方式前提下,相邻孔间距、冲击距离以及射流入口雷诺数对冲击表面流动与传热特性的影响规律.研究发现,当模型结构不变时,在一定范围内,射流入口雷诺数对通道中的流动特性影响不大:总的来看,减小相邻孔间距与孔径比、减小冲击距离与孔径比以及增大射流入口雷诺数,都可以有效地增强下游靶面的对流换热效果.计算结果为冲击冷却模型结构优化提供了一定的理论依据。
  • 摘要：由于受大气环境温度的骤降加之管道内高温高压蒸汽产生的热应力的作用,管道产生了伸缩或膨胀变形,促使管道外保温层产生裂缝,导致保温层内进水失效,失效后向外界大量散热,对原有的大地温度场产生影响.本文对埋地蒸汽管道进行了传热分析,建立了埋地蒸汽管道三维温度场物理模型,通过简化物理模型建立了大地温度场的三维数学模型,利用CFD计算软件进行了温度场模拟计算并进行了客观的分析,分析的结果对红外成像检测埋地蒸汽管道保温失效具有指导意义。
  • 摘要：本文简要介绍了当前敷设油田地下盗油管道盗取原油对油田生产和环境带来的危害及油田地下盗油管道检测方法,并分析了地下盗油管道敷设特点.对地下盗油管道展开了传热分析,建立了地下盗油管道三维温度场物理模型,通过简化该物理模型建立了地下盗油管道三维温度场数学模型;考虑到油田地下盗油管道敷设特点影响数值模拟计算性能,在模型网格处理方面采用了结构型网格和非结构型网格相结合,提高了计算性能;编制了环境大气非稳态变化的UDF(userdefinefunction)程序,利用CFD(Computationalfluiddynamics)计算软件对三维非稳态温度场进行了数值模拟运算,分析比较了在发生盗油前后和不同季节地面温度场模拟结果,为红外成像设备检测地下盗油管道提供了理论依据。
  • 摘要：本文使用FLUENT软件,通过雷诺应力模型和离散相模型对旋流气流干燥器内部的三维流场和三维粒子运动轨迹进行了模拟.得出了旋流气流干燥器中的流场分布结果.然后研究了挡环对粒子的影响,得出在旋流气流干燥器中,挡环会增加干燥器内流场的旋转强度,挡环的数量对颗粒停留时间影响不大.气流穿过挡环后,将主要做反混而不是涡旋运动。
  • 摘要：本文针对半径比κ=2.6的水平环形空腔,在Raδ=3.2×105,工质为空气,空腔压力p=0.01MPa,表面辐射的发射率ε=0.85,内壁面为恒定热流密度q=320W/m2,外壁面为恒壁温T=310K的条件下,利用FLUENT计算软件对以下两种换热情况进行了数值模拟:(1)不考虑辐射的自然对流的换热情况;(2)考虑辐射和自然对流的混合换热情况,并对数值计算结果进行了对比分析.在利用Fluent的数值模拟过程中,对于自然对流采用Boussinesq假设;对于表面辐射换热,采用S2S模型(Surface-to-SurfaceModel)计算辐射换热量.计算结果表明:当考虑表面辐射时,水平环形空腔的上部的辐射换热密度相对较大,而上部的自然对流相对较弱,这样,表面辐射和自然对流的综合换热结果最终使得内壁面的温度趋于均匀.不仅如此,当考虑表面辐射时,水平环形空腔的内部各点的温度也更加均匀,温差相对变小,由此产生的浮升力也越小,最终导致流体的流动趋于缓慢;同时,在流动边界层内,流体在垂直于壁面方向上的速度梯度相对变小,速度的变化相对平缓。
  • 摘要：卸料机扬尘会产生严重的环境污染,采用吹吸气流可以加以控制.因此,如何采用合理的气流组织来控制粉尘扩散,从而减少对环境的污染,一直是人们所关注的研究课题.本文通过相似理论建立了吹吸气流控制卸料机扬尘的模拟实验台,采用热线风速仪对典型断面进行测定,并采用CFD模拟技术对卸料斗中的气相流场以及气固两相流场的扬尘过程、扬尘控制过程进行了模拟研究和分析.研究表明:采用CFD模拟技术来研究吹吸气流控制落料斗内扬尘的过程,解决了实验对气固两相流测试较困难的问题,并为进一步研究提供了方便、有效的研究工具.通过优化气流组织,控制和优化气流速度参数,可以节省能耗,增强控制粉尘的效果.从模拟结果可以看出:模拟流场与实验测试流场基本吻合.采用双侧吹吸气流的方式可以有效地控制卸料过程粉尘的扩散,减少了环境污染。
  • 摘要：汽车尾气是造成的城市街区内空气污染主要原因,其扩散和传播与湍流流场特性直接相关,特别是流场中各种尺度的涡旋结构及其产生发展规律决定着动量传输和污染物传输与扩散特性.本文把城市街区简化成一个槽形通道,其底部用一个圆柱来模拟车流,这个圆柱同时也是扩散源,污染物从这里扩散出来.按照上述模型,利用FLUENT软件包,采用大涡模拟方法,对该流动和传质问题进行了数值模拟.为了验证数值计算结果和探索新的物理现象,我们还进行了风洞模拟实验.从物理本质上来看,传质和传热过程是类似的,可以用相似的方程描述,因此,可以用传热来模拟传质过程,用温度分布来模拟浓度分布.实验中两块方棱柱体固定在一个平板上,平板水平放置于风洞实验段中,形成一个模拟街区.一个圆柱形加热管固定在两块模型中间的平板上.采用热线风速仪来测量瞬时温度,采用LDA来测量流场.
  • 摘要：隧道是铁路、公路交通运输的重要设施之一,是铁路公路运输的咽喉,隧道内一旦发生火灾将造成极大的人员生命财产的损失.隧道火灾相对于普通建筑火灾有其特殊的燃烧和蔓延规律.本文综合运用CFD软件数值模拟了隧道火灾中温度场、热气层、可燃物热解和燃烧产生的化学组分浓度场分布情形以及其随时间动态变化规律,并对隧道火灾中的能见度作了仔细的分析比较,对于实际中消防、救援均提出了相关建议,数据分析的结果可为隧道火灾应急情况处理和隧道工程设计提供理论依据和决策支持。
  • 摘要：近年来,公路隧道尤其是长公路隧道越来越多.一旦发生火灾,由于隧道内产生的烟气不易顺利排出,将对其内部的人员造成极大的危害.本文根据二郎山公路隧道的实际情况,提出了两种控烟方案,并结合不同的火源功率对该隧道发生火灾后的温度场、压力场和烟气流动情况等利用FDS进行了CFD模拟.通过对模拟结果的分析比较,我们找到了一种适合于该隧道的火灾情况下的控烟方案,即采取从隧道两侧的平行导洞同时向内送新风,从而在平行导洞内形成正压,以便抑制火灾烟气进入平行导洞,为人员等的安全疏散提供便利。
  • 摘要：通过频散可控耗散格式离散求解二维Euler方程组,并采用基元反应模型模拟化学反应,模拟了火花点火在激波作用下形成爆燃波并进一步通过局部热点爆炸完成爆燃转爆轰的过程.研究结果表明,在激波的作用下可燃气体中的火花能够迅速发展成为爆燃波,激波波后气流较高的温度和压力和反应区作用是形成爆燃波的关键;爆燃波在传播过程中化学反应不断增强,在上游和下游的分别出现热点并进一步形成爆轰波,热点随着入射激波马赫数的升高而更容易形成;通过对不同的热点形成过程分析发现,热点的形成机制可以分为射流冲击机制、压缩渐近机制和波反射机制三种,不同的形成机制都能够使爆燃波波面附近的气体产生较强的压力极值,从而缩短诱导反应时间形成热点并进一步诱导爆轰。
  • 摘要：超超临界机组在国际上已是商业化的成熟的发电技术,经实际运用证明,超超临界发电技术在可用性,经济性,可靠性,运行灵活性和煤洁净燃烧等方面均有一定的优越性.超超临界锅炉对炉内热负荷分布要求较高,且对其环保性有一定的要求,为优化其炉内热负荷分布并预测燃烧过程和NO排放,本文利用计算流体力学软件PHOENICS,对玉环电厂1000MW超超临界锅炉分级燃烧系统的炉内燃烧过程及NOx排放进行了三维数值模拟.并将NO生成的数值模拟作为炉内过程模拟的后处理过程,采用扩展的Zeldovich机理描述热力型NO的生成,采用De'Soete提出的HCN衰减总体反应机理描述燃料型NO的生成,考虑了焦炭对NO的还原作用,忽略快速型NO的生成.模拟结果显示该锅炉炉内温度分布合理,燃尽情况好,且分级燃烧技术能有效抑制炉内NOx的生成。
  • 摘要：对不同入口颗粒浓度旋风分离器的气固流动特性进行了数值研究.针对不同的入口颗粒浓度,分别采用单、双向耦合的离散颗粒模型以及简化的欧拉模型-代数滑移混合模型,并将单向耦合的离散颗粒模型数值计算分级效率和试验数据进行了比较.结果表明,对于较低入口颗粒浓度旋风分离器,气体相决定着颗粒相的轨道和参数变化,因此,此时采用单向耦合的离散颗粒模型得到了较好的预测效果.而在较高的入口颗粒浓度时,还需考虑颗粒相对气相的反作用,即加入颗粒后,会削弱湍流度.双向耦合的离散颗粒模型考虑了这种反作用.但是,当入口颗粒浓度进一步增加时,颗粒和颗粒之间的作用还需考虑,而简化的欧拉模型-代数滑移混合模型可以计算此时旋风分离器的气固流场.该模型不但可以获得和实际较为符合的结果,而且和完整的欧拉模型比较可以大大减少计算时间.然而,高的入口颗粒浓度会使颗粒之间因各种原因导致的凝聚作用不可忽视,因此,代数滑移混合模型分离效率预测值和实际会有一定的差别,这有待于今后对该模型的进一步完善.尽管如此,在实际应用时,可以利用该模型来定性分析颗粒入口浓度对旋风分离器分离性能的影响。
  • 摘要：旋风分离式煤粉燃烧器是一种利用旋风分离原理进行煤粉浓缩的浓淡煤粉燃烧器,是W型火焰炉的重要部件,对其燃烧器气固分配特性的研究就显得十分必要.本文使用Fluent软件对旋风分离式燃烧器的实验室模型进行了气相及气固两相的数值模拟,对其在主喷口侧和乏气口侧的气相及固相分配进行了研究.结果表明,乏气口侧的空气及固相分别占入口总量的35％和10％左右,说明其浓缩效果并不是很好,这与实验能够很好的吻合.为改善其浓缩效果,通过模拟,提出了增大乏气管直径的方案,当乏气管直径由80mm提高到100mm时,乏气侧空气占到总风量的60％,而粉量的百分比变化不大.所得结论得到了实验的验证.同时,本文对其阻力特性进行了一定的探讨.通过与实验的对比,可以得出:对于旋风分离式燃烧器的数值模拟能够满足一定精度,可以应用于对其特性的研究。
  • 摘要：采用RNGκ-ε湍流模型,使用FLUENT软件数值分析了一种格栅型旋流分离器内的三维两相流场.该旋流分离器是一种新型的旋流分离器,用于除去暴雨径流中固态污染物.采用非结构化的四面体网格分段划分旋流分离器的计算区域.采用SIMPLE算法求解了控制方程组,数值计算了速度场、压强场和湍动能、湍流强度.计算结果表明,由于格栅的导流作用,改变了流体流动的方向和速度.流体通过格栅后,其流速和紊流强度都有不同程度的降低.基于流场的计算,用随机轨道模型计算了不同直径的粒子在旋流分离器内的运动轨迹,统计计算了有格栅和无格栅旋流分离器的分离效率.在有格栅旋流分离器中粒径较大的固体颗粒大部分从底流口流出,而从溢流口流出的粒子数明显少于无格栅旋流分离器.有格栅旋流分离器固体颗粒的分离效率随着粒径的增大而增大,而有格栅的分离效率远大于无格栅分离器.由此得出,格栅能够提高旋流分离器固体颗粒的分离效率,有利于固体颗粒的分离.计算结果对分析旋流分离器的分离机理和设备的优化设计具有一定的指导意义。
  • 摘要：本文以填充床中显著多相气固反应aA(g)+bB(s)=cC(g)+dD(s)为对象,建立相应数学模型研究等温条件下反应与可压缩流动的相互作用.与简单反应体系相比,多相气固反应流场有更丰富的现象,化学计量系数、颗粒大小、气体组分摩尔质量对流动有显著的影响;按耦合分析和非耦合分析得到的流场和气体浓度有显著的差别.反应对流动的影响包括两个方面,以源汇项表现出来的化学反应对气体流动的影响和反应过程中气体组分摩尔分数改变对混合气体压缩性的影响。
  • 摘要：针对大多数采用间歇空调的地下工程,由于在空调停止工作时周围岩体存在一个向自然状态恢复的过程,因此房间内空气与周围岩土之间对流-导热的耦合传热过程相当复杂.此时的内边界条件并不属于所谓的三类边界条件,而是由热量交换过程动态决定的耦合传热边界.文中采用整场耦合求解的方法将这一边界转化为内部区域的边界进行处理,并将整个研究对象分成两个计算模型,并在数值计算软件FLUENT的基础上通过用户自定义编程来实现两个不同边界和初始条件的计算模型的迭代模拟.在整场耦合求解的模拟计算中必须保证分界面上物理量的连续.最后通过对壁面温度及室内温度场的分析计算得出界面的耦合传热量,并由此得出界面的动态传热系数.这一动态耦合传热量及动态传热系数的计算结果可以用来指导空调动态负荷的设计,并为间歇空调启停最优控制提供准确有效的训练样本数据。
  • 摘要：针对某电厂水平浓淡煤粉燃烧器应用过程中出现的燃烧器内温度过高问题,利用气固两相计算模型PDF对百叶窗煤粉浓缩器进行了数值模拟,得出了浓缩器阻力系数、浓淡风比和浓缩比同某些结构参数的关系.研究表明,通过改变浓缩器内叶片结构,如对某些不敏感叶片的弱化,可以在尽量保证煤粉浓缩效率的前提下,减小压力损失.通过对比分析,当去掉第四、五级叶片时,会对浓缩效果产生积极影响。
  • 摘要：利用自行研制的不锈钢活性剂对A-TIG焊熔深增加机理进行了研究.用PHOENICS软件模拟了有、无活性剂时氧元素质量分数、电弧收缩效应等对熔池速度场和温度场的影响.计算结果表明,无活性剂时,熔池液态金属从中心流向四周,再从四周流向熔池底部,形成宽而浅的熔池形状.有活性剂时,活性剂中的氧元素质量分数影响熔池中的流体流动方式,氧元素的质量分数影响的符号,从而改变了表面张力的大小和方向;液态金属从熔池边缘流向中心,引起向内的两个涡流,方向相反,两股涡流在熔池上表面中心相遇,合在一起,流向熔池中心底部,形成对该部位的冲击,并将热量传给基体,从而加速了该部位的熔化,形成深而窄的熔池形状,使焊接熔深增加.表面张力梯度的变化是熔深增加的主要原因.电弧收缩影响熔宽,对熔深增加也有一定的影响,但不是主要原因.熔池形状的数值模拟结果与试验结果吻合良好。
  • 摘要：大型复杂建筑物的出现,使得现有的处方式建筑防火规范规定不一定能全部满足要求,因此,需要采用性能化防火设计方法进行设计.在火灾危险性的分析过程中,火灾过程的计算机模拟是一种十分重要的定量分析工具.使用这种模拟方法可以预测建筑物发生某种火灾后的火区大小、烟气层高度、室内温度、典型燃烧组分浓度等随时间的变化.这些数据可直接用于建筑物的防火安全设计、人员疏散分析、消防设施的作用分析等方面,也可为其它安全分析方法提供必要的参数.本文运用场模拟方法,利用CFD软件FDS对一工程实例进行了数值模拟,对其烟气控制系统的排烟量进行优化,以获得最佳的烟控系统设计,在发生火灾时,既能够保证人员的安全疏散,同时又能最大程度地节约成本。
  • 摘要：本文利用CFD模拟软件FDS对奥运摔跤馆比赛大厅内的烟气运动进行模拟计算,以确定防排烟系统的设计,使其达到有效性和经济性的统一.文中分析了可能的火灾场景并利用经验公式初步估算比赛大厅所需的排烟量为30.5万m3/hr,然后通过CFD模拟方法对排烟量为30万m3/hr、25万m3/hr、20万m3/hr和15万m3/hr,补风量为排烟量的50％时的烟气运动进行模拟.模拟中的流体流动采用大涡模拟的方法求解,燃烧采用混合分数模型,热辐射通过求解非散射灰色气体的热辐射传递方程来实现,模拟的网格尺度为0.5m×0.5m×0.5m,火源附近的网格局部加密,网格尺度按照火源特征直径的十分之一确定.模拟结果表明,在烟气控制系统的作用下火灾产生的烟气能够形成明显的分层现象且上部烟气的温度比较低,不超过60℃,在排烟量不小于20万m3/hr的时候,比赛大厅内的烟气能够被控制在能够对人员产生危害的高度以上.因此,本文最终的烟气控制系统的捧烟量选择为20万m3/hr,补风量选择为10万m3/hr,能够达到最优化设计的目标。
  • 摘要：本文基于二阶非线性与色散性的Boussinesq类方程,采用改善的Crank-Nicolson方法对淹没潜堤上的波浪变形进行数值模拟,将计算值和试验数据进行对比表明,高阶方程的计算结果和试验值吻合良好,而传统Boussinesq方程的结果较差,进一步验证了高阶Boussinesq方程的有效性,与传统Boussinesq方程相比,高阶方程能更好地模拟变水深、非线性及色散性都较强的波浪场的变化.同时也验证了本文所采用的高阶Boussinesq方程能够精确预测变水深波浪场复杂的变化情况,可以使用该水波数值模型用于实际近岸海域波浪问题的计算.本文的试验模拟采用具有不同坡度的梯形障碍物,来逼真模仿实际海岸河口地区存在的各种地形,如浅滩,沙坝和沙脊等,试验中采用这种地形可以很好地观察沙坝或沙脊坡度的变化对波浪传播的影响.同时,也可以为分析波浪对沙坝或沙脊变形和运动提供依据。
  • 摘要：对自行研制的斜板湿式除尘器,先确定计算区域,在Gambit中生成交错网格;再利用计算流体力学(CFD)中的Fluent软件,选择k-ε双方程湍流模型,用SIMPLE算法,通过离散方程进行求解.以入口压力作为边界条件的初值,对斜板湿式除尘器内的气流流场进行数值模拟.结果表明:迭代120次后进出口质量流之差达0.19％,说明计算已经收敛.除尘器入口处因风量变化较小,实验测量值与模拟值吻合较好;出口处由于实验装置可能漏风,而模拟时没有考虑漏风,导致出口处实验与模拟值差异较明显,相对误差在3％～15％;且从模拟图可知:除尘器入口处由于存在扩容段,出现了明显的涡流区:出口处由于气流方向改变,流场变化也较明显;塔内的斜板起了很好的紊流作用,使流体充分混合,提高净化效率。
  • 摘要：本文根据湍流的数学模拟,用FLUENT软件,对高压气淬炉内氮气淬火的流场进行分析,得出了炉内稳态的速度流场和压力场,研究了气流进口管直径对炉内流场的影响和工件对流场的影响.根据分析结果,可以简化炉腔的几何模型,以降低计算的复杂程度.同时指出,由于炉内的压力差不大,气体的可压缩性小,完全可以将氮气当作不可压缩气体,以进一步简化计算。
  • 摘要：微型冷库作为冷藏链中产地冷藏的一个重要装置,其内部的气流组织分布对库内贮藏物在贮藏过程中的质量和品质有较大的影响,选择较好的库气流分布是此环节的一个重要研究方向.在数值模拟基本理论的指导下,对实际工况条件下的三种微型冷库内的送风方式(单一送风方式,一拖二送风方式和夹套送风方式)的温度场和风速场进行了CFD模拟,库内初始温度分别设置为0.77℃(单一送风模式)、-0.25℃(一拖二送风模式)和-0.25℃(夹套式送风模式),定热负荷分别为3.48w/m2、3.73w/m2和3.73w/m2,冷风机的风量为1.41m3/s,并对库内1.5m处的温度场和速度场进行了比较.结果表明,在这三种送风方式中,夹套送风方式无论是温度和速度场都有最好的均匀性。
  • 摘要：本文利用CFD软件,采用二阶迎风离散格式使用Spalart-Allmaras湍流模型对某型发动机喷管流场进行了数值模拟,数值计算的结果和试验数据符合良好.分析了喷管内气流的速度和压力分布之后,在喷管扩散段后部注入射流,数值模拟的结果发现注入射流的加入对喷管扩散段的流场影响很大,激波的产生将使主流方向气流发生偏转,喷管出口气流速度发生矢量偏转从而使发动机获得一定的矢量推力.改变注入射流的角度,喷管的流场将随之产生一定的变化,计算结果表明当射流垂直于壁面注入时喷管产生的推力矢量角最大.比较相对于主流方向逆流注入射流和顺流注入射流对整个喷管的影响,发现逆流注入对喷管流场的影响要明显大于顺流注入,逆流注入时产生的推力矢量角较大,但损失也较大。
  • 摘要：本文研究基函数法在二维情况下可压缩粘性流动中的应用,并利用此方法数值地计算了二维圆柱的超音速粘性绕流问题.基函数法是吴望一首先提出的一种新型的计算方法,此方法直接在非结构网格中离散微分算子.在利用基函数法数值研究无粘可压缩流动问题的过程中,取得了令人满意的结果.本文取一阶三角函数为基函数,构造出导数的中心格式和迎风格式.对于可压缩N-S方程中的对流项,文中采用通量分裂法及中心格式与迎风格式相结合的技术;对于可压缩N-S方程中的粘性项,则采用中心格式进行处理.由此,构造出了数值求解粘性可压缩流动的一阶三角函数类型的基函数格式.通过对两个算例的数值计算结果表明,基函数法不仅在处理无粘可压缩流动时,是一种高精度、高分辨率的新型计算方法,而且在处理粘性可压缩流动问题时也一样是行之有效的。
  • 摘要：风力机扩散器(DAWT)是安装在风力发电机的叶片周围的一个静止的附件,它通过自身的抽吸作用来提高通过有效截面的空气流量,从而降低风力发电机的启动风速,提高风能密度,达到提高风力机对风能利用率的目的.本文是在传统的风力机理论的基础上入手,采用电子扫描阀利用轴对称法对风力机扩散放大器的简易模型进行了风洞实验.首先对渐扩直壁型、渐扩流线型、渐缩渐扩直壁型、渐缩渐扩前侧流线型、渐缩渐扩前后流线型的扩散器进行了风洞正置试验,然后进行了180°翻转,再次进行风洞倒置试验.得出了6种类型12种不同形状(包括扩张角θ、长度L,截面积比m等)扩散器的流量比增益曲线.并根据风力机空气动力学原理和粘性流体力学对风力机扩散放大器模型进行了二维简化并利用CFD(计算流体力学)软件Fluent对进行了数值仿真,对其压力场、速度场进行了数值模拟,计算了各种类型扩散器模型的最小截面处流量增加比率,探讨了模型内的流动特点;比较了不同形状扩散器的实验值和计算值的特性曲线,得出了不同形状、尺寸、类型的扩散器对风力机动力放大的影响因素及变化规律,验证了模拟计算的准确性。
  • 摘要：20世纪60年代以来,掩体油罐在我国得到了广泛应用,但是其存在空间狭小、通风不畅、油气不易扩散的问题.聚集的油气对人体健康有很大伤害,而且极有可能引发火灾爆炸事故,是油库安全的隐患,因此,有必要从降低油气浓度的角度出发,研究通风对掩体内流场的影响.已有的研究证明诸如掩体油罐罐室这种狭小空间内的气流基本都是"紊流",本文在商用CFD(computationalfluiddynamic)软件CFX5.7平台上,采用LB低Re数x-ε紊流在自然通风状态下与机械通风状态下,对掩体油罐罐室内气流组织进行了数值模拟,并对比分析了罐室内油气的分布规律,提出了降低油气浓度改进措施。
  • 摘要：回热器的空气导流结构通过影响流量分配的均匀性和流动阻力进而影响微型燃气轮机的效率和紧凑度.为了优化回热器的性能,在主换热面设计的基础上,设计、优化空气进出口导流结构,在保证具有较低阻力、满足总体要求、具有较高总压恢复系数的前提下,实现回热器和微型燃气轮机整体结构之间的精巧、高紧凑度配合.本文针对某回热器的空气进出口导流波纹板结构的流场进行了数值模拟,比较了采用和不采用导流波纹板两种结构下流场和阻力损失的结果,说明了两种结构对空气进出口局部压力损失和流量向各流道分配均匀程度的影响程度.综合考虑回热器和其它小燃气轮机部件的布置,推荐了无导流波纹板的结构和较好的尺度,设计既能使局部阻力损失减小,又能使流量分配的均匀性提高。
  • 摘要：采用计算流体力学软件PHOENICS,选择合理的数学模型,对某一台单炉膛双切圆锅炉炉内的空气动力场进行数值模拟研究,着重研究了下、中、上层燃烧器区域喷口截面上的速度矢量分布.计算结果表明:由于燃烧器布置在前后墙,使得燃烧器喷口连线成矩形,从而使得炉内气流流场均为椭圆形,且椭圆的长轴沿炉膛高度方向不断变化;在燃烧器区域的中下部,Y方向的气流旋转直径沿炉膛高度方向减小,两侧墙处的气流贴壁现象沿炉膛高度方向逐渐消失;但沿炉膛高度方向在燃烧器喷口截面前后墙处,均有气流刷壁现象存在,从而在热态运行时,在前后墙处易出现高温腐蚀和水冷壁结渣现象;炉内左右旋转气流的速度分布对称度较好。
  • 摘要：针对乙烯裂解炉管壁温差过大问题,应用数值模拟方法对裂解炉管壁温度分布进行研究.本文主要应用CFD软件进行了管内裂解反应的数值模拟,以期掌握管壁温度分布情况.裂解反应模型采用Kumar提出的分子反应模型,同时对管壁温度分布、裂解气的温度分布、产物收率情况进行了系统的分析研究,并与烯烃厂裂解炉的生产运行数据进行了比较,模拟结果与实际较为符合.模拟得到的管壁温度分布表明炉管壁温分布不均匀,最高壁温点在出口管的3-7m处.模拟结果可作为裂解炉燃烧工况调整的依据,从而为裂解炉的工况优化打下基础。
  • 摘要：在湍流燃烧数值模拟中确立耦合详细反应机理的燃烧模型有重要意义.本文在分析目前现有的燃烧模型的基础上,重点介绍了EDC燃烧模型,然后采用CH4/空气燃烧反应动力学Gri_Mech3.0详细机理和EDC燃烧模型对燃烧器中的二维湍流扩散燃烧进行模拟,得到了燃烧温度、物种浓度随空间的变化曲线图,经分析发现,计算结果和文献中的解析解一致.由此得出结论:EDC燃烧模型简单、计算量适中、可较好反应湍流扩散燃烧的火焰结构,从而为工程实际复杂燃烧情况下的污染物、中间物种和痕迹量物种生成机理的研究提供了基础。
  • 摘要：对美国Sandia国家实验室测量的甲烷-空气湍流射流火焰分别用代数二阶矩(ASOM)和概率密度函数(PDF)输运方程湍流燃烧模型进行模拟,并将模拟结果与实验结果对比.结果表明,在大多数区域内,两种模型预报的平均温度、平均浓度和温度均方值等结果都与实验结果符合很好.考虑到ASOM模型的计算量约为PDF方程模拟的计算量的1/100,因此认为ASOM模型更适合工程应用.PDF模拟进一步证实了ASOM模型封闭假设的合理性:浓度脉动互关联、温度脉动和浓度脉动的互关联、以及反应率系数脉动和浓度脉动的互关联,在大多数区域内都与对应的时均量的梯度乘积成正比.两个模型的结果都显示出,浓度脉动互关联、温度脉动和浓度脉动的互关联在数值上小于对应的时均量的乘积,而反应率系数脉动和浓度脉动的互关联大于对应的时均量的乘积。
  • 摘要：烟气循环硫化床脱硫技术(CFB-FGD)是适合我国国情的SO2治理技术.在实际工程应用中,各代表技术都是参照经验参数进行设计,已有的理论研究多是基于实验室或者小规模中试得出.对于实际工程适应性和可放大性有待验证,因此在工程实践规模进行深入研究是十分必要的.本文采用数值模拟方法,应用气固两相双流体模型结合"含湿颗粒反应化学动力学模型"对前置消化装置的CFB-FGD脱硫塔内SO2脱除过程进行了数值模拟,给出了模型当中各项的物理意义,确定了模型参数.该方法对工程实践有很好应用价值。
  • 摘要：除雾器是湿法烟气脱硫(WFGD)系统中的重要设备,其性能对WFGD的正常运行有重要的影响.除雾器的叶片有折线形、波板形和波板带钩形三种形式,不同形式叶片组成的除雾器具有不同的除雾性能,其系统压降也各不相同.本文根据Navier-Stokes方程组对湿法烟气脱硫系统中这三种叶片形式的除雾器内部气液两相流动进行了模拟,采用κ-ε模型和颗粒轨道模型对方程组进行封闭,建立了除雾器内部分离效率和系统压降的数学模型,应用流体力学软件Fluent6.1进行求解.通过模型的计算结果比较了不同叶片形式除雾器的性能,得出波板形叶片除雾器具有较高的除雾效率并且系统压降较低,应当作为除雾器叶片的首选.模型的计算结果比较符合实际,可以用于指导除雾器的设计选型。
  • 摘要：高炉环缝洗涤器的阻力特性是炉内压力控制的重要基础.环缝洗涤器内是一个高速可压缩三维流动过程,并伴随有高炉煤气和雾化水滴的两相流动传热.本文对高炉煤气环缝洗涤器内的流动状态进行了分析,建立了环缝洗涤器内气液两相流动的物理数学模型.在Gambit中对计算区域进行多块混合网格划分,应用Fluent求解器对该模型进行了数值求解.对环缝洗涤器内的湍流采用重整化群(RNG)k-ε双方程湍流模型处理,控制方程的对流项采用二阶上风格式进行离散,扩散项采用线形插值多项式进行计算,速度和压力耦合计算采用SIMPLE算法.对环缝洗涤器内液滴运动采用Lagrangian离散相模型进行模拟,并考虑气液两相间的相互影响.求解过程中,针对气液两相相互作用的理想可压缩流动计算难于收敛的特点,采用较小的欠松弛因子(ω=0.1～0.2)以及逐渐加大流量的方法保证迭代收敛.针对不同煤气流量、不同环缝阻力件升程以及不同水气比条件下环缝洗涤器内的两相流动传热过程进行了模拟计算,得到条件不同运行工况下环缝洗涤器的流场及阻力特性,并总结出各个运行参数对环缝洗涤器阻力的影响规律,为高炉环缝洗涤器的现场控制提供了科学的依据。
  • 摘要：当水高速流过物体时,物体表面压力会下降到此时的饱和压力,此时水会低温汽化形成空泡,空泡的产生和溃灭引起的力学效应在工程上会产生很重要的影响.由于空泡问题带来的强非线性关系使得空泡的理论研究几乎无法进行.文中以描述泡泡的瑞丽方程为起点,合理的得出空泡与水之间的质量输运关系,利用通用商业CFD代码Fluent6.2对空泡流进行计算.由于空泡两相流不满足各向同性假设,很难找到完全适用于这种流动的湍流模型,标准k-ε二方程模型在空泡产生区会过高估计湍流粘性比,因而在计算中改交了原有标准k-ε二方程湍流模型湍流粘性系数的定义,修改后的湍流模型对纯液相和纯汽相与标准k-ε二方程模型一致,对于两相混合区域做了一定的修正.计算结果与经典实验对比相一致.计算同时表明物体表面空泡的尺寸与物体前端的几何形状有直接的影响。
  • 摘要：本文采用计算流体动力学(CFD)程序CFX4.4对加热上升管内过冷流动沸腾工况下汽水两相流体三维流动局部两相流参数(空泡份额和汽泡尺寸)进行了数值模拟,计算采用考虑了界面横向效应的两流体模型.为了掌握模拟过冷流动沸腾的基本方法,对数值差分方法、收敛准确性、相关模型(界面力和汽泡诱导的紊流)和汽泡尺寸进行了敏感性分析,建立了能够用于加热上升管内过冷流动沸腾局部相分布和汽水两相流动特性分析的CFD计算方法.空泡份额分布计算结果与实验结果比较表明,在低空泡份额工况下,两者符合较好,在高空泡份额工况下两者存在一定偏差,并且汽相速度和汽泡尺寸的计算结果不理想.计算结果与实验结果之间的差异说明程序模型对于加热上升管内过冷流动沸腾模拟并不完善,建立更为合理的汽泡尺寸模型,考虑汽泡的合并和撕裂是必要的。
  • 摘要：分析了不同模型对旋流器内部流场研究的影响,系统地论述了利用CFD技术进行水力旋流器内部压力场、速度场和浓度场分布特性研究,以及能耗、分割粒径及分离效率预测等方面的研究进展情况.通过CFD分析,可以模拟出切向速度分布的兰金组合涡结构,得出轴向速度分布中的零轴向速度包络面LZVV,但对径向速度的模拟方面不甚理想;验证了旋流器内循环流与短路流的存在,并说明循环流是有利于旋流分离的,而无论是溢流短路流还是底流短路流对高效分离都是不利的;通过CFD压力场分布及速度场分布情况模拟,显示出了旋流器内部流场的不对称性;认为水力旋流器中心气核的形成并非是由压力驱动而引起的,而是由输运过程所造成的.介绍了CFD技术通过流场模拟、湍动能分析、效率预测及部件磨损分析等在水力旋流器结构优化设计方面的应用情况.并对CFD方法在旋流分离技术研究方面的应用前景及需要深入开展的工作做了阐述。
  • 摘要：导流罩的概念始于二十世纪五十年代,到本世纪初已经由风力发电机的应用发展到水轮机的应用.本文根据潮流电站直叶水轮机的实际需要,提出了两种类型六种导流罩模型方案,应用FLUENT软件进行二维CFD计算,根据五条设计原则,对比无量纲参数,选取双曲线变形方案S3作为最优型线;接着参照文献[5]提供的风力机扩散器原理,在导流罩出口位置增加对称的两个"耳朵",进行计算对比,考虑水动力最优化因素,选取最优安装角为45°,并提出安装缝隙对水动力性能的影响,展示罩内速度场等值线图;另外还给出了双转轮组合导流罩实型三维计算的压力等值线图,讨论流速对倾覆力矩的影响;最后总结设计结论,为直叶片水轮机的导流罩加工制造提供了可靠的依据。
  • 摘要：本文模拟研究了不同强度横向静磁场(0～25T)下类叶片状合金铸件定向凝固及凝固补缩行为.计算结果表明:尽管静磁场能有效地抑制纯液相区中的自然对流,但高达25T的超强静磁场仍不能抑制凝固区中由凝固收缩等体积变化引起的补缩流动,说明凝固体积变化产生的流动驱动力远强于重力.定向凝固过程中的自然对流会延缓凝固进程,静磁场削弱了自然对流,一定程度上加速了定向凝固进程并使传热传质转变为传导扩散型.凝固过程中出现的自然对流还会引起横向成分偏析。
  • 摘要：惰性多孔介质中的燃烧过程涉及到许多的物理化学过程,各个过程又相互作用、相互耦合,使得对多孔介质中的燃烧过程精确求解非常困难.本文通过对多孔介质中燃烧过程进行必要简化,采用了多孔介质气固间局部热平衡假定,建立了二维的湍流燃烧模型.利用计算流体力学商业软件FLUENT进行了数值模拟,得到了多孔介质中甲烷-空气预混燃烧的特性.本文针对FLUENT6.1的多孔介质模型通过用户自定义程序作了两点修正.首先,对FLUENT软件的多孔介质中湍流处理进行了改进,考虑了多孔介质对湍流的影响作用,多孔介质中的计算流场更加合理,流速均匀且消除了近壁面出现高速区而中心低速的不合理速度场.其次,对FLUENT中多孔介质的辐射进行了改进处理,考虑了多孔介质固体骨架的辐射换热,把多孔介质固体的辐射特性加入到混合气体中综合考虑.计算结果显示多孔介质中温度分布均匀,壁面温度和中心温度相差很小,比FLUENT软件不考虑多孔介质的辐射结果更加合理.通过计算甲烷-空气的两步反应,得到了多孔介质中速度场、温度场和浓度场的分布理论预示结果,并与试验结果进行了比较,发现二者趋势一致.本文结果表明,利用FLUENT软件求解多孔介质中燃烧问题是有效的。
  • 摘要：本文考虑向燃烧室中插入高孔隙率的多孔介质,根据气固两相局部非热平衡假设,建立了混合气体在惰性多孔介质中预混燃烧的一维数学模型,模拟出了不同情况下甲烷和空气的预混合气在多孔介质中燃烧时的温度分布及气体流速、当量比和吸收系数对燃烧室气体温度峰值的影响.结果表明,多孔介质的存在明显改善了燃烧室的换热性能,强化了对新鲜混和气的预热,降低了热量损失.数值模拟的结果与理论分析是一致的。
  • 摘要：有效降低NOx排放量是对燃煤电站锅炉的重要要求.建立了对燃煤锅炉空气分级燃烧过程进行了数值模拟的数学模型,应用CFD计算软件FLUENT6.0,进行了一系列数值计算,分析了燃烧工况对NOx、碳黑、CO等的排放量以及锅炉热效率的影响.结果表明,随着分级风量和一级燃烧区长度的增加,NOx的排放量减少;在过量空气系数逐渐增大的过程中,NOx的排放呈现先增大后减少的趋势.通过模拟计算,以提出降低NOx排放的优化方法,确定了在保证锅炉热效率前提下有效降低NOx排放的空气分级优化比例、一级燃烧区长度以及空气过量系数.经实验考核,计算结果与实验结果的偏差不大于10％.空气分级燃烧优化技术有益于燃煤锅炉的设计和运行。
  • 摘要：自然界与工程实际中存在大量的移动边界问题.模拟和追踪移动边界的轨迹和发展,成为解决这类问题的关键.本文在简要介绍移动边界问题的概念的基础上,首先对其两大类模拟方法,Lagrangian方法和Eulerian方法进行了比较;然后对在流体动力学中遇到的移动边界问题的常见数值模拟方法逐一进行了介绍,并对各自的优缺点进行了分析与评述;着重阐述目前处理这类问题的主流方法-levelset方法;最后应用levelset方法耦合气液两相体系的单一场流动方程,采用有限容积方法及显式时间步进的中心网格ICE(ImplicitContinuous-fluidEulerian)数值格式,三维模拟了在化工、能源及环境领域中几个典型的气液两相流动问题,包括气-水鼓泡床中气泡从一个喷嘴形成和上升的过程,两个大小不同的空气气泡在水中自由上升时的相互作用过程,水滴与颗粒正向等温碰撞过程以及水滴下落冲击水面的过程,动态地显示了气泡或液滴在上述各种过程中的行为.模拟结果与文献中的实验观测定性吻合.结果表明levelset方法是一种行之有效且大有前途的处理气液移动边界问题的方法。
  • 摘要：本文在回顾了湍流大涡数值模拟(LES)的基本原理及其实施方法的基础上,着重介绍了前人在这方面的研究成果,并着重讨论了湍流大涡数值模拟方法及在湍流流动和湍流燃烧中经常用到的亚格子模型,强调了大涡数值模拟中亚格子应力的本质是可解尺度湍流和不可解尺度湍流动量间的输运,给出了采用不同亚格子模型的大涡模拟在湍流燃烧中的应用实例,同时介绍了最新的亚格子模型,指出了新型亚格子模型的实际应用前景.本文在最后着重强调了大涡模拟在湍流燃烧中的重要作用。
  • 摘要：非轴对称端壁设计已经初步被证明是减小叶轮机械中二次流损失的一种新的方法.本文根据叶栅非轴对称端壁成型的基本原理,采用三角函数控制法进行了某一后加载叶栅非轴对称端壁设计.利用三维时均可压缩N-S方程组求解技术对其内部流场进行了数值模拟,分析讨论了非轴对称端壁对叶栅内二次流的影响.计算结果表明非轴对称端壁可有效的抑制和延迟通道中马蹄涡、通道涡的生成和发展,是减小叶栅二次流损失的有效方法。
  • 摘要：本文将围挡钝体作为干法防尘手段引入露天堆场扬尘问题的治理中,采用CFD数值模拟技术对其防护效应进行了分析研究.首先采用RNGκ-ε模型得出流场分布,通过对尾流区风速衰减的分析,得到了在纵向约20倍围挡钝体高度、横向约13倍钝体长度的区域内为其防护区.之后在正交实验法的安捧下对影响钝体防护效果的气象因子:风速、风向和湍流强度进行数值模拟实验,得到了不同工况下防护流场,并分析了压力和速度对风积的影响.得到来流风速最小、与围挡钝体的垂直,湍流强度最小的情况是钝体防护效应最好的气象工况.在此条件下的防护区域内,最大允许风速比率为61.60％.为进一步分析围挡钝体的防护效果,通过对湍流动能场、压力场和尘粒堆料的受力这三个因素进行综合比较分析后,认为将钝体设置在上风向时其防护效果较好。
  • 摘要：本文采用了湍流应力收支方程来封闭高阶动力模型方程(RSM)的方法,并将树冠模型化的基础上,得到了稳态情况下的林带周边流场的风速分布,理论上定量地预测林带的防护效果.之后选用了林带疏透度、林带高度、林带宽度以及同排树木的间距l这四个影响因子来表征不同林带结构特征,在正交实验的安排下,数值计算了27种代表81种林带结构的流场、压力场和湍流动能场的分布,经比较分析从而得出了最佳防护效果下的林带结构参数为:林带疏透度为31％,林带宽度为4m,高度为10m,树木间距为5m,其试验指标为58.8％。
  • 摘要：为了进行门桥水动力性能的数值计算研究,利用适合粘性流动的非结构网格生成技术,运用粘性流体动力学数值计算方法,对某带式门桥模型,在不同拖曳速度下运动时的近壁面绕流场进行了数值模拟.计算得到的门桥水动力与船舶拖曳水池阻力试验数据相比,具有良好的精度,体现了非结构网格技术应用于该类数值计算中的可行性和有效性.非结构网格在粘性流数值计算的合理运用,可以使CFD过程的前处理过程大大简化,节省人力劳动时间,提高解决工程流体问题的效率。
  • 摘要：通过计算机模拟和实验研究,讨论风机设置于建筑上部的多点加压送风系统的设计,通过数值拟合的方法得出送风管道中的风速分布.风速分布与加压风机的流量、送风管道的截面积以及管道的高度有关.在实际情况下,研究高层建筑加压送风系统的设计有着重要的意义。
  • 摘要：给出了微通道内电动流体输运的数学方程,基于有限体积法编制了电泳分离的数值计算程序,建立了具有不同收缩比的一系列弯曲微通道模型,采用数值计算的方法研究了弯曲通道收缩比对样品速度形态和区带展宽的影响.数值计算结果表明:弯曲通道收缩比为31.25％,内壁附近平均速度与外壁附近平均速度比值约为1.04,弯曲通道截面速度流型近似为塞状且样品平均速度达到最大值;而收缩比大于或小于31.25％时,弯曲通道内速度流型均偏离塞状且样品平均速度变小;样品在通过收缩比为31.25％的弯曲微通道后区带展宽程度和方差仅为通过180°等宽圆弧弯曲后的1.98％,弯曲通道引起的区带展宽达到最小.基于上述分析,得出31.25％的收缩比是弯曲微通道几何尺寸的最优值,为微流控芯片的结构设计、制作和深入研究奠定基础。
  • 摘要：近年来风幕系统逐渐被用于火灾时建筑物内部的烟气控制,尤其是安全疏散楼梯口、自动扶梯口等关键部位的挡烟.由于采用风幕能够有效阻挡火灾烟气的蔓延,并且不会影响到其下方的人员安全疏散,在一些特定场合如地铁站中使用风幕系统更能体现出其优越性.本文对风幕挡烟的原理进行了分析,认为风幕挡烟的压力来源于两个部分,其一是由于空气的粘性所产生的内部静压升高,其二是从风幕中喷射出的气体在烟气流动方向上的分速度所产生的动压.本文采用场模拟程序fluent对挡烟效果进行了模拟计算;研究了风幕的主要性能参数对挡烟效果的影响,研究表明适当增大风幕倾角能有效提高风幕的挡烟能力.并对风幕倾角的选取做了初步探讨,对建筑物内风幕系统的设计有一定的参考价值。
  • 摘要：运用特征线法研究引滦入津工程新建州河段暗渠水力过渡过程,建立了复杂边界条件的数学模型,采用不同的时间步长处理明流段暗渠缓流与临界流的过渡断面,计算因电站机组运行台数变化所产生的非恒定水流对明流段暗渠、调节池及满流段暗渠水力特性的影响,以及由此引起的暗渠输水流量变化特性,为工程设计及正常运行提供依据。
  • 摘要：数值模拟技术对建筑室内环境进行的模拟仿真,可以形象、直观地对室内气流流动形成的微环境做出分析和评价.本文应用FLUENT数值模拟法结合污染物检测评价法,模拟了某办公室密闭若干小时和通风一定时间后,房间内污染物浓度场的变化.得出结论:由于污染物的浓度在房间内不是均匀分布的,因此要根据现场情况结合室内空气流体力学的模拟结果合理地选择采样点,并要严格遵守国标规定的房间密闭时间,否则得到的结果没有可比性,也无法作为判断的依据.本文探索建立了与实验检测相似的模型,数值模拟的结果可以从时间、空间的不同角度反映出一个先密闭后通风的办公室中污染物的变化规律,这是实验检测难以做到的,因此为实验研究提供了理论依据。
  • 摘要：建立了一个具有交错通道单体质子交换膜燃料电池的三维数学模型,该模型同时考虑了流动、传热、传质、电化学动力学、多组分传输现象和产物水为液相后水传输机理的变化.计算得到电池内部速度场、浓度场、温度场、液态水分布和电流密度分布,结果显示:受电化学反应释放热量的影响,膜电极界面处的温度较高,但随着反应的进行,阴极由于传质受限引起液态水局部增多,造成膜的温度分布不均匀;交错通道流场中的速度极值点出现在对应于通道间脊台处的扩散层区域,有利于该处液态水的移除;电极内越靠近催化层其水含量越高,通道边角区域的液态水饱和度略高;膜电极内电流密度的分布呈现不均匀性,对应通道间脊台区域膜处的电流密度为峰值区.估算的极化性能与文献中的实验数据基本符合。
  • 摘要：湍流方程组使用侧偏统计平均方法理性封闭了湍流问题.侧偏统计平均提供了湍流脉动量的一阶统计信息,在引入加权漂移速度对称性及正交各向异性后,导出了漂移流的连续方程、动量方程及能量方程,最后依据湍流物理的唯象论,使用动量传输链概念模化封闭了整个方程组.为了进一步验证湍流方程组的正确性,采用方法求解不可压湍流方程组,对不同来流迎角下的翼型绕流结构进行了数值模拟,给出了翼型绕流分离流结构随迎角的变化特征和翼型在分离绕流中的气动力参数.与实验数据以及大涡模拟结果的比较表明,不需要经验系数及壁面函数的不可压湍流方程组能够对翼型绕流的分离点、分离涡形态、表面压力分布、升阻特性做出较好的预测,能够模拟翼型大攻角分离流动。
  • 摘要：从井口采出的天然气中常常含有天然气液烃和水,在一定的压力和温度下,天然气液烃和水以汽态形式存在于天然气中.天然气中水分的存在,对于含有H2S、CO2等酸性物质的天然气,会形成腐蚀性液体,造成管道和设备的腐蚀.因此,必须将天然气中的水分脱除.目前将天然气中的气态水和烃类物质分离脱出的方法有固体吸附法、溶剂吸附法、低温分离法等.这些技术方法都是传统使用的方法,其共同点是工艺技术较复杂,运行维护费用较高.本文将超音速分离技术引入天然气脱水工艺,首先在超音速喷管中使流速加快、温度快速下降致使饱和水凝结成液滴从气流中分离出来.再通过超音速翼在流道中产生旋涡流动,将原先较高的轴向流速中一部分转变成切向速度,从而将附着在管内壁上的凝结水滴甩出,达到脱水的目的.本文结合气体动力学、热力学、流体力学等基础理论,在建立数学模型的基础上,采用数值仿真的方法,分析了不同攻角、不同截面的流场分布,仿真结果表明用三角翼在10°攻角、0.29°扩张管道时,流体产生了足够的切向旋流和离心力,这为装置的设计和制造提供了理论依据。
  • 摘要：风力机叶尖加上小翼能增加风力机的输出功率.利用商用计算流体软件FLUENT对风力机及其加小翼后的性能进行了数值模拟,比较无小翼的风力机和加上小翼的风力机的各种性能的变化.本文在小翼对风力机动力放大作用的基础上分析了风力机加小翼前后的叶片上的压力分布.数值模拟是在尖速比λ=4.5的条件下,对V(8.8×8)型小翼叶片和不加小翼叶片的不同径向和弦向位置点的压力计算,并结合一定位置的等压截面图,得到小翼对风力机叶片上的压力特性产生的影响,即小翼对风力机叶端和叶片前缘边的产生较大的影响,增加了叶片正负压力面的压差,从而增加了风力机的输出功率.模拟计算基于N-S方程,采用三维稳态隐式解法;湍流模型选择k-ωSST模型;动量方程都采用二阶迎风格式离散;压力-速度耦合采用SIMPLE算法.整个区域分为内域和外域,包含叶片的内域是长方体,相邻的外域是半个圆柱体;整个区域都用四面体非结构化网格,网格数为72万左右。
  • 摘要：管式电加热器主要特点是采用多管管内电加热,其加热气体流量大,加热温升高,加热管束间流量不均匀性将影响加热管束的应力状况以及加热器的使用寿命和可靠性.本文对某型大功率管式电加热器内部流场进行了三维数值模拟,分析了其内部加热管束流量不均匀性,重点研究了该型电加热器稳压腔几何尺寸与进气口安装位置对加热管束流量不均匀性的影响,并初步分析其不均匀性变化与腔内流动特征的对应关系.研究表明在改进稳压腔结构设计参数后,可大幅度降低加热管束流量的不均匀性.在只改变进气口安装位置的情况下,即(-X)=0.6((-R)=0.3039)时,与原设计相比,其相对流量差值均方差减小32.1％,相对流量极限差值减小20.4％;在同时改变稳压腔几何尺寸与进气口安装位置的情况下,即(-R)=0.4、(-X)=0.6时,其相对流量差值均方差减小了49.3％,相对流量极限差值减小了40.6％。
  • 摘要：本文通过计算流体软件FLUENT并结合低速风洞实验,对风力机叶尖加小翼的作用进行了初步探索.通过实验,摸索不同尖速比λ的情况下,风力机风能利用系数Cp值的变化规律,以及小翼对风力机的扭矩、转速以及输出功率等参数的影响,并分析其利弊.本文的数值模拟计算基于N-S方程,采用3维稳态隐式解法;湍流模型选择k-ωSST模型;离散方法为二阶迎风格式;压力-速度耦合采用SIMPLE算法.实验在B1/K2低速风洞开口实验段中进行,在相同负载值下,通过改变来流风速获得有小翼和无小翼的一系列参数曲线,对比实验值和计算值发现其变化趋势是相同的,这证明此计算模拟方法是正确可行的.实验发现,在高风速下小翼对风力机输出功率有限制作用.考虑利用这一特性来代替高风速下风力发电机的失速、变桨距等限速调节方法,使功率特性曲线在较大的风速范围内保持平稳.同时在实验中也发现,由于增加了小翼后使叶片质量增加,使其固有频率减小,这在实际运行中对风力机都产生不良后果,所以本文就如何在今后的设计中扬长避短,对传统风力机设计方法进行优化进行了初步探讨。
  • 摘要：利用计算流体力学(CFD)的方法,采用非定常二维Navier-Stokes方程、k-ε两方程模型对分体式空调室内机贯流风机系统内部气体流动进行了数值模拟,详细分析了热交换器形状变化以及叶片不等间距分布对贯流风机内部流场和风量的影响,结果表明,采用多折式换热器结构具有较好的内流特性,采用n=3的不等间距叶片具有较好的性能和声质量,为设计优化提供参考。
  • 摘要：燃烧室是发动机中工作温度最高的部件,燃烧室在工作时,由于受热不均匀,火焰筒壁会产生很大的温度梯度,因而引起很大的热应力,使火焰筒产生裂纹,为了防止燃烧室的损坏,使它有较长的使用寿命,就要对火焰筒进行合理而均匀的冷却.本文针对燃气涡轮发动机中火焰筒的矩形通道冷却结构的流动和换热情况,利用FLUENT计算软件进行了二维冲击冷却数值模拟.对数值计算所得到的速度场和压力场进行了详细的分析;对文献中已有的换热关联式做了补充,以完善换热关联式;把数值模拟结果、换热关联式的计算结果以及实验结果进行了比较.数值计算结果揭示结构参数中冲击间距与冲击狭缝宽度的比值(l/b)对冲击换热特性的影响规律:在2≤l/b≤5范围内,随着l/b值的增大,局部努塞尔数明显增加;流场分布与文献中介绍的相符;发现三种方法的结果基本吻合,结论给火焰筒的冷却设计提供了可靠的依据。
  • 摘要：气动加热是高超音速飞行器面临的主要问题之一,头部是气动加热最显著的区域.为了减小高超音速飞行器头部的气动加热,国内外进行了大量的试验和数值模拟研究.反向喷流技术是抑制钝体头部气动加热的有效手段,影响反向喷流抑制气动加热效果的主要因素是反向喷流总压比(相对于自由来流)、反向喷流喷口当量直径、主流的马赫数和反向喷流的马赫数.本文利用数值模拟的方法,研究了反向喷流喷口当量直径和反向喷流总压比对压力、热流以及降低钝体头部气动加热效果的影响.数值模拟结果表明:相比较于无反向喷流的情况,反向喷流减少气动热的效果显著;在本文研究的参数范围内,反向喷流压比的增大,使壁面压力减小,热流降低,回流区尺寸变大、抑制气动加热的效果显著;反向喷流当量直径的减小,壁面压力升高,热流增加,回流区尺寸减小,反向喷流的流量大幅度降低,反向喷流抑制气动加热的效果有所下降.因此选择恰当的反向喷流当量直径和总压比对于降低钝体头部的气动加热非常重要。
  • 摘要：锅炉烟风系统温度压力变化决定着锅炉炉膛压力的变化,从而影响着锅炉运行安全性.本文借助数值模拟的方法对锅炉烟风系统进行了热态模拟,计算的区域包括炉膛本体、水平烟道以及竖井烟道至空气预热器出口.在计算模型中,本文把复杂的锅炉烟风系统作适当简化处理,独特地把过热器和烟道中的对流受热面流体区域视为各向同性多孔介质,采用了体积孔隙率来表证烟道中的烟气流动所占的空间比例.同时,本文在数学模型中将多孔介质模型与锅炉的受热面换热特点相结合,建立新型的能量方程.全文流体湍流模型运用标准k-ε模型.计算结果与设计计算值相比较,发现相对误差值较小,从而证明本文成功地模拟出了锅炉烟风系统中温度和压力的变化,也证明本文所建立的多孔介质模型是切实可行的。
  • 摘要：微型热光电系统(MTPV)是一种能量转换装置,通过光电元件把燃烧产生的热辐射转换为电能.燃烧器是MTPV动力系统的重要部件之一,要求其工作时壁面温度高而且分布均匀.本文对采用多孔介质结构的微型燃烧器进行了数值模拟,得到了不同工况条件下多孔介质燃烧器的壁面温度分布.分析了孔隙率、燃气混合比、流量和燃烧器尺寸等因素对燃烧器性能的影响,为微型燃烧器及MTPV动力系统研究开发提供了有价值的参考依据。
  • 摘要：在利用FLUENT求解两栖车计及自由面绕流场的工作中发现,两栖车水阻力的大小与其湿水部分的面积有直接关系,水线位置不正确,阻力计算就没有了根基.由于两栖车体形状十分不规则,无法直接使用船舶领域常用的方法进行水线的估算,而已有的办法除去实验方法外也只能求解形状较为规则的车体部分的水线.静水中,其水线位置在一个平面上,因此一般情况下,只要满足排水总重与车重相等同时车辆重心与浮心都在同一铅垂线上,就能够唯一的确定水线面.受流场计算中空间离散思想的启发,作者将车体覆盖区域划分为多个子单元,利用积分的思想求解车辆的重量与排水体积,进而求出车辆的重心、浮心坐标.借助GAMBIT采用四面体网格对两栖车CAD模型进行划分,使用FLUENT初始化模块赋予各区域材质属性,利用UDF的内置函数计算各单元的体积、重量等属性.根据空间点力系等效原理,编制了依托FLUENT自身编译器运行的程序,按照逐步迭代逼近的思路,实现了对已知材质分布两栖车水线位置的求解.最后利用编制的程序求解了一类两栖车在极端情况下的水线面位置,与试验结果比较后表明,该方法可以用于后期计算。
  • 摘要：基于有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言(APDL),实现了板翅式机油冷却器模型建立与网格划分的参数化.将计算模型导入计算流体力学软件FLUENT中,油冷器水侧采用层流模型,油侧采用k-ε模型,施加车用发动机机油冷却器工况的边界条件,解算出板翅式机油冷却器的流场和温度场分布.为验证仿真结果,在同工况下进行油冷器的性能实验.仿真数据与实验结果吻合较好.鉴于机油冷却器油冷器各层芯片性能的不均匀性,定性分析各层芯片的水侧流速、机油流量及换热量的分配规律:各层水侧流速分布并不均匀;各层芯片机油流量分配比较均匀,大致呈"S"型分布;换热量分配不均匀,呈两端高中间低的"浴盆"状分配趋势.分析结果表明水侧流速不均是导致油冷器各层芯板换热不均的主要原因.提出采用最小标准偏差作为油冷器水、油侧流量和温度分布的优化目标,结论表明对机油冷却器的水侧流场进行优化是改善油冷器性能的重要措施。
  • 摘要：本文主要研究了百叶窗式煤粉浓缩器叶片间距变化对百叶窗浓缩器性能参数的影响.水平浓淡煤粉燃烧技术已经广泛的应用于工程实践,百叶窗煤粉浓缩器是实现这项技术的关键.百叶窗浓缩器的基本性能参数是:浓淡风比、总阻力系数、浓缩率.因此,本文也主要针对这三个方面的影响进行研究.本文利用FLUENT软件对百叶窗浓缩器进行了数值模拟的研究,将采用气相κ-ε双方程湍流模型和颗粒随机轨道模型.最后利用对百叶窗煤粉浓缩器进行数值模拟的结果对浓缩器提出优化方案。
  • 摘要：一般的商用CFD软件是针对经典流体力学方程开发出来的.对于新的控制微分方程(含新的本构方程)或复杂的多物理场耦合问题,研究者不得不自己编程求解.有限元程序自动生成技术(依附在名为FEPG的软件系统中)提供了一个开发新软件的平台.研究者无需直接编程,可在此平台上以更方便更直接的方式描述所要求解的问题并求解.本文通过两个算例介绍了它在先进传热技术研究中的应用.对于非Fourier导热条件下热弹性耦合问题,在写出其弱形式控制方程后,给出了用Newmark算法求解耦合波动方程得到的模拟结果.对于热管内多相流动与传热这一复杂的多相多区多场问题,给出了弱形式控制方程、界面条件和求解流程图及其在系统中文件表达形式,与之对照.给出了典型算例的数值模拟结果.并介绍了热管流动计算中求解不可压粘性流动的稳定有限元方法.最后在结论部分指出本系统在前沿科学研究和复杂实际应用开发中的潜在优势。
  • 摘要：压缩机在工作过程中,轴与轴承相对旋转而产生较大摩擦,因此油润滑系统在压缩机中是不可缺少的部分.为了满足润滑要求,必须设计合理的泵油结构,为各个轴承提供足够润滑油,并尽量减小电机启动时轴承干摩擦时间,保证压缩机工作可靠性.然而油润滑循环过程是一个复杂的动态过程,为了了解供油系统各部件特性,本论文应用商用CFD软件,采用气、液两相分离模型对整个润滑系统进行数值模拟,并做了相应简易模型和实验进行验证,二者结果很接近,验证了泵油系统采用此种CFD建模思路的可行性,为泵油系统的优化设计提供理论依据.论文中详细介绍了模型的设定及计算过程,对类似动态两相流的数值计算有一定参考价值。
  • 摘要：煤粉颗粒着火,水冷壁结渣,高温腐蚀,低NOx燃烧都直接取决于煤粉颗粒在炉内燃烧器区域的气固两相湍流混合特性.因此结合PDA试验结果和数值模拟的方法对不同的中二次风水平摆角对炉内气固流动特性影响进行研究,并分析增大中二次风水平摆角的利弊,优化中二次风水平摆角,指导理论研究和工程实践.通过试验结果和计算结果的对比,表明用数值模拟研究四角切圆锅炉炉内气固流动特性是可行的.水平浓淡燃烧器和摆动中二次风相结合的方案将有利于降低NOx的生成和防止水冷壁结渣和高温腐蚀。
  • 摘要：针对实验中用到的空气雾化式喷嘴,应用计算流体力学软件FLUENT,对该喷嘴的外部流场进行了数值模拟,并分析了喷雾过程对喷嘴外部流场产生的影响.计算结果表明,在喷雾前,空气流初始速度越大,喷嘴的喷距就越长,喷嘴外部速度场的扩散角度就越小,但是喷嘴外部流场轴线方向上的静压是基本保持不变的,这与自由射流理论相一致;在喷雾情况下,由于两相的耦合作用,对流场产生强烈的影响,使得速度场的扩散角度增大,同时加剧了对周围空气的卷吸作用.由于空气密度较小,所受外界阻力较大,所以在流场轴线方向上的速度衰减较快;由于喷水量较小,能够很快被气流加速,同时雾滴密度较大,所受到的外界阻力相对较小,所以在流场轴线方向上雾滴的速度变化很小。
  • 摘要：本文利用计算流体力学模拟软件,对直接甲醇燃料电池的阳极结构进行了模拟,模型的控制方程耦合了连续性方程、模拟电化学反应的Butler-Volmer方程和动量方程等.模型共分为四个部分:集流板、流体通道、扩散层和催化层.假定DMFC内的燃料为粘性不可压缩流体,其流动符合层流假设,将Navier-Stokes方程组作为四个区域内的基本传输方程.模型考虑了甲醇燃料在多孔介质中的质量传输特性,同时也考虑了生成CO2后流道中气液两相流的流动.通过对模型的求解,得到了不同操作条件下DMFC的工作性能,输出了平均电流密度和电压等参数,发现电池的极限电流密度和功率随燃料入口速度及DMFC内温度的增大而增大,而甲醇浓度在2.5mol/L时最优,这是由于甲醇在高浓度时由阳极向阴极的渗透引起的.不同工作条件下电池开路电压的变化较小.同时也得到了DMFC内部燃料组分及CO2的浓度分布图,为实验及DMFC的深入研究提供了数据参考。
  • 摘要：在旋转机械中,由于流体压力和温度的作用,使得叶片产生变形,叶片变形引起的直接后果是改变了流体的流动空间,导致流体流动状态的改变,从而影响流体机械的性能与效率以及作用在叶片表面上的压力和温度等参数,因此流体分析和结构分析需要耦合起来计算.然而,由于目前商业软件中,还没有做到两者的真正耦合,有些软件在流体分析(流动与传热)方面有优势,有些软件进行结构分析更强.在一些工程实际中,往往选择流体分析功能强大的软件进行CFD分析,同时选择结构分析功能强大的软件进行固体力学分析,但由于流体分析软件和结构分析软件采用的网格系统存在差异,需要解决两种计算软件在流固耦合界面上计算参数的数据共享问题,以决定结构分析时作用在叶片表面上温度和压力等参数,同时决定流体分析时流体空间的改变.本文以从流体网格节点向有限元网格节点的数据传递过程为例,在两种网格系统之间建立一个正交网格系统,先计算正交网格节点与该节点落于流体网格系统单元上的节点之间的距离,通过距离加权平均获得正交网格系统上的节点值,再计算有限元网格系统节点与该节点落于正交网格单元上的节点之间的距离,通过类似方法,获得有限元网格系统节点的值,从而实现从流体网格节点向有限元网格节点传递数据.对比流体分析结果和以该结果为结构分析载荷(边界条件)的结构分析结果,在流固耦合表面的温度分布非常类似,证明该方法可行、可信。
  • 摘要：本文给出了一个描述作物生长系统中热湿迁移过程的二维数学模型.以能量平衡原理及土壤层水汽扩散理论为基础,建立了根系吸水吸热、作物蒸腾和土面蒸发模型.二者耦合用于求解作物生长系统中的热湿迁移问题.应用有限差分法求解控制方程,给出并分析了自然环境条件下土壤含水率、土壤表面及其内部温度、根系吸水、蒸发、蒸腾的动态变化规律.计算结果表明:无作物覆盖时土壤床内部温度相对要高,且上下部温差也较大,内部液相含量与裸土相比要小;随着深度的增加,土壤温度变化减小并存在明显的滞后效应;土壤内的水含量随时间的变化较大;在土壤含水量较高的情况下,根系吸水率随深度呈逐渐减少的趋势;蒸腾和蒸发在总蒸散量中所占的比例在一日内不同的时间不同,12时左右蒸腾所占的比例较大,早晚所占的比例小.在二日内蒸发、蒸腾的累计占总蒸散量的比例分别为17％和83％。
  • 摘要：变顶高尾水洞是一种新型的水电站尾水管道体型,可部分取代尾水调压室的作用,改善机组的安全稳定运行.在水电站波动过渡过程中明满流界面附近存在大气泡现象,可能影响隧洞衬砌结构.本文应用基于VOF的多维气液两相流数学模型对水电站过渡过程中变顶高尾水隧洞内涌浪进行了数值模拟,分析了涌浪波动规律和明满流界面大气泡的生成机理及其影响.针对某地下电站变顶高尾水隧洞工程实例,结合模型试验,证明VOF数值模拟结果是符合实际的,能模拟明满流界面的大气泡特性.在大气泡产生、发展和逸出过程中存在脉动压力现象,由于尾水洞中水流流速较小,脉动压力不大,不会对结构产生破坏。
  • 摘要：不可压缩流体数值模拟是计算流体力学里的一个重要分支,在工程上也有广泛应用.其中原始变量法中的压力修正方法是目前应用最广的,但是采用压力修正方法时,程序编制比较复杂,计算效率也不高.本文在求解可压流的Jameson有限体积法和simpler算法的基础上发展了一种新的模拟不可压流的数值方--Jameson-Simpler算法.该方法对控制方程采用中心格式进行空间离散,显式添加人工粘性,对离散后的常微分方程组采用Runge-Kutta时间推进法求解,并根据在保证每一时步的计算中都能得到一个无散度的速度场的思想,从连续方程出发,推导出了求解压力的方程.这种方法在编写程序方面非常简单,特别是适用于复杂问题的计算.本文用该方法及Simple算法分别在同位贴体网格上对二维、定常、不可压的扩压器管道湍流进行了数值模拟,湍流模型用B-L湍流模型,把两种方法的计算结果与试验数据进行了比较分析,发现比起Simple法,Jameson-Simpler算法能够大大地简化计算,节省机时,提高效率,从而证实了该方法对模拟不可压流动的适用性。
  • 摘要：利用FLUENT软件对北京DKZ4型地铁空调客车进行建模,在合理的简化假设条件下,详细描述模型的控制方程,设定适当的边界条件,进行网格划分,确定数值计算方法.采用实测方法分别测量模型对应客室不同高度处的温度和速度,并与数值模拟结果对比以验证模型的正确性.在此基础上对客室内乘客的膝部,坐下和站立时的头部等位置对应的不同高度处温度场和流场进行数值计算,分析各位置温度和速度的分布情况.然后在不同的空调送风温度和送风速度下,对客室内温度场和流场进行模拟计算,对计算结果进行分析比较,最后得出了能够较好得满足客室内空气流速和温度要求,并基本满足乘客舒适性要求的空调送风参数.该数值模拟计算及其结果为地铁及城轨空调客车空调系统的设计提供参考。
  • 摘要：无阀压电微泵内部的数值计算涉及到流场、结构、压电等多物理场耦合的复杂问题.本文采用CFD-ACE+对微泵内部多物理场(流体-结构-压电)进行了数值计算.应用结构性网格离散化微泵的物理模型,选择变形网格解决压电薄膜在正弦交变电压激励下的变形问题.利用Fortran90语言建立动态链接库,通过CFD-ACE+的对外开放接口调用用户自定义编程得到的动态链接库,得到微泵出口处的流量输出.网格优化结果表明,CFD-GEOM对圆形压电振子的网格优化结果,无法满足正交性要求,给数值计算引入较大误差;而矩形压电振子可以很好地满足网格生成的几何品质.数值计算结果表明,在电压为30V,频率为20Hz的正弦电压激励下,压电振子最大位移可达到2.5μm,扩张管的最大流量可达到95.9μL/s,收缩管的最大流量可达到61.7μL/s,流量输出曲线与无阀微泵的整流特性吻合,解决了无阀压电微泵的三维动态数值计算问题。
  • 摘要：借助FLUENT6.0软件平台,分别对首阳山电厂一台200MW的四角切圆锅炉二次风均等配风和分级配风情况下炉内燃烧过程进行数值模拟,计算得到炉内温度场,组分场的分布情况,还对炉内NO排放情况进行了模拟计算.在炉内数值模拟过程中,气相湍流流动采用可再现的κ-ε双方程模型,气固两相流动采用随机轨道模型,辐射换热采用P-1辐射模型,挥发分析出采用双竞争反应热解模型,挥发份燃烧模型采用混合分数PDF法,焦炭燃烧采用扩散-动力模型.采用有限差分法来离散微分方程,对控制方程的求解采用SIMPLEC算法,在直角坐标系下的非均匀交错网格系统中求解.本文研究表明,采用合适的数学模型和计算方法,进行四角切圆燃煤锅炉炉内过程的数值模拟是可行的.计算结果显示,采用浓淡燃烧器与空气分级燃烧相结合的燃烧技术能更好的发挥其低NOx燃烧的特性。
  • 摘要：导流型铝电解槽是一种新型槽,与常规槽一样,预热焙烧方法对槽寿命起着重要作用.由于导流槽中阴极表面做成斜坡状,且开有聚铝沟,因此与焦炭预热焙烧法相比较,烟气预热焙烧法更适用于导流型铝电解槽.作者基于常规槽的研究经验,应用ANSYS商业软件,对156kA导流型铝电解槽在烟气预热与焙烧过程中的非稳态温度场与速度场进行了多场耦合数值模拟,旨在通过槽体内温度场的分析,对烟气预热焙烧方式的可行性进行评估,从而为导流槽的工业化提供理论依据.结果表明:经过72小时的烟气预热焙烧,导流槽阴极碳块表面的平均温度为910℃,聚铝沟平均温度为846℃,槽底平均温度为64.1℃,基本上可以满足导流槽启动的工艺要求.但是,如果气体喷嘴采用常规槽的布置方案,则在喷嘴侧的阴极碳块表面存在较大的温度梯度与低温区.为改进气体预热与焙烧导流槽的效果,对端部喷嘴的角度进行了调整,导流槽中的温度分布得到了明显的改善.通过对喷射角由0o变化到30o各种工况的温度场的模拟,得到了当喷射角为15o左右时温度场分布较优的结论。
  • 摘要：随着电力电子技术的不断发展,电力电子设备散热问题变得越来越突出,特别是在大功率领域.水冷技术以其优越散热效果,正逐渐取代传统的风冷.但目前,水冷散热器的设计还只是以实验作为检测手段.近年来,随着计算流体力学和商业软件的发展,使运用计算机进行水流及其传热过程模拟成为现实.本文采用FLUENT软件对散热器的流场以及温度场进行三维数值模拟,获得了散热器传热性能以及流体力学特性,并与实验结果比较,发现散热器机构中存在的问题,加以改进.FLUENT软件具有3D实体造型,流体力学计算,传热计算,计算结果图形化等功能,将这些新概念,新功能引入到散热器的结构设计中,可以有效的改进设计,提高设计功能,节省研制费用、缩短开发周期,提高产品的自主开发能力。
  • 摘要：玻璃的破裂是建筑火灾中的一个十分重要的现象,它可能改变火灾的类型,导致火灾在建筑中进一步蔓延.热应力是火灾情况下玻璃破裂的主要因素,玻璃表面温度分布可以用来表征玻璃破裂的临界状况.本文介绍了采用计算流体动力学技术模拟火灾情况下玻璃表面温度的方法和火灾动力学CFD软件FDS4.0采用的基本模型,使用FDS4.0模拟了ISO9705标准单室油池火灾情况下玻璃表面的温度分布,给出了几何模型、玻璃和火源设置以及计算网格等相关输入参数,并将模拟得到的玻璃表面温度分布与相同条件下的全尺寸火灾实验结果相比较,验证了数值模拟结果的可靠性.文中提出的数值模拟方法可以应用于现阶段玻璃构件性能化防火设计,其结果可以为玻璃构件防火性能的审核和验收提供参考和依据。
  • 摘要：浓淡旋流煤粉燃烧技术具有高效、稳燃、低NOx排放、防结渣及防高温腐蚀等优点,而煤粉浓缩器是实现这项技术的核心部件.单级锥形分离器的基本结构参数是:阻塞比、迎流角和背流角;基本性能指标是阻力系数、中心风比和中心浓缩率.本文利用FLUENT软件,采用气相k-ε双方程湍流模型和颗粒随机轨道模型对单级锥形分离器的气固两相流场进行了数值模拟,对单级锥形分离器的结构参数对其性能指标的影响规律进行了研究.研究结果表明:随着阻塞比和迎流角的增加,中心浓缩率增加较大,而背流角的增加则使中心浓缩率先减小后增加;随着阻塞比、迎流角和背流角的增加,阻力系数显著增加,其中阻塞比的影响最大;阻塞比、迎流角和背流角对中心风比的影响不大。

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