宽粒径分布气粒两相圆湍射流特性研究

研究了一种宽粒径分布范围的气粒两相圆湍射流的特性。用ρｐ＝ ２ ５９０ ｋｇ／ｍ ３、０～２００ μｍ 的玻璃微珠做颗粒相,实验Ｒｅｙｎｏｌｄｓ 数为５ ６４０,粒气质量比为１５％ 。用粒子动态分析仪（ＰＤＡ）详细测量了两相射流近场（ｘ／Ｄ＜ １５）的流向、径向时均速度、湍动能及颗粒相浓度的分布,分析了Ｓｔｏｋｅｓ数变化对两相射流的影响。结果表明,宽的颗粒相粒径分布削弱了特定Ｓｔ数颗粒与气相的作用。与单粒径分布的两相圆湍射流颗粒相ｕνｐ比气相的ｕν小一个量级的结论不同,在宽粒径分布的气粒两相水平圆湍射流中,颗粒相的湍动能与气相具有相当的量级。     

两相圆湍射流中Stokes数的影响

以Ｒｅ＝ ５ ６４０ 的水平圆湍射流为对象,用粒子动态分析仪详细测量了单相及两相射流近场（ｘ／Ｄ＜ １５）的轴向和径向时均速度、湍动能及颗粒相浓度的分布。实验选用粒径分布分别为２５±３μｍ 、７０±５ μｍ 和１００±１０ μｍ 等的玻璃微珠（密度ρｐ＝ ２ ５９０ ｋｇ／ｍ ３）代表颗粒相,分析了两相圆湍射流中Ｓｔｏｋｅｓ数变化对射流特性的影响。实验结果表明,Ｓｔ＜ １ 时应考虑颗粒相与气相湍流拟序结构的相互影响,在射流近场的横向截面上,颗粒相轴向速度有超前气相的现象。随着Ｓｔｏｋｅｓ数的增大,颗粒相速度低于气相速度。由于颗粒相的加入,与单相射流相比,两相湍射流中的气相湍动能发生变化。当Ｓｔ＜ １ 和Ｓｔ１ 时,气相湍能都呈增大的趋势,但二者增大的原因不同。     

气粒两相平面湍射流拟序结构的大涡模拟

采用Eulerian/Lagrangian方法,对空间发展的气粒两相平面湍射流的非定常流动过程进行了数值模拟。以Re数为13000的平面不可压缩湍射流流动为例,气相场采用大涡模拟（large-eddy simulaiton,LES）技术,直接求解大尺度涡运动的Navier-Stokes方程,小尺度涡采用标准Smagorinsky亚格子模式模拟。为了示踪两相射流中气相的运动,同时球 解了标志物的浓度输运方程。颗粒相的运动用Lagrangian方法直接求解。大涡模拟结果表明,在平面射流的过渡区及充分发展区存在丰富的拟序结构及其相互作用。对于稀疏两相射流,不同Stokes数的颗粒运动规律和浓度分布取决于颗粒惯性和气相拟序结构的共同作用。对于Stokes数小于10的两相射流,颗粒相的瞬时浓度场分布与拟序结构密切相关,研究颗粒相的扩散应当考虑拟序结构的影响。     

基于双流体模型的湿蒸气凝结流动三维数值模拟

建立湿蒸气凝结流动的双流体模型,考虑了湿蒸气汽液两相流动中相间速度滑移、耦合以及湍流扩散作用的影响。针对蒸汽透平叶栅中流动的湍流特性,在单相湍流计算中数值模拟精度相对良好的两方程SSTk-ω湍流模型基础上,参照颗粒湍能输运方程理论,推导建立了湿蒸气两相流动SSTk-ω-kp湍流模型,模型中引入了液相粘性、导热及扩散系数等拟流体概念。对一直列叶栅中存在自发凝结的湿蒸气流动进行了三维数值模拟,结果表明:与中心截面相比,端壁附近汽流首先出现大量凝结核,并较早恢复到平衡状态,由于涡系结构的存在使得沿叶高汽液两相叶栅出口马赫数之间存在一定差异。本文建立的模型提高了湿蒸气凝结流动三维数值模拟的精度,更好地揭示叶栅中凝结流动的相间作用。     

入流滑移条件对两相射流特性影响的大涡模拟研究

研究了入流滑移条件对空间发展的气粒两相平面湍射流的非定常流动特性的影响。以Re数13000的平面不可压缩湍射流流动为例,气相场用Euler方法求解,通过大涡模拟(large-eddy　simulation,LES),直接求解大尺度涡运动的Navier-Stokes方程,小尺度涡用标准Smagorinsky亚格子模式模拟。颗粒相的运动用Lagrangian方法直接求解。在不同入流滑移条件下(U     

宽筛分流化床气—固两相流动结构离散颗粒模型

建立了适合描述宽筛分流化床气 固两相流动结构的离散颗粒模型。颗粒的运动满足牛顿第二定律 ,流体相的运动规律由局部平均的纳维 斯托克斯方程求解 ,两相间的耦合由牛顿第三定律决定。对宽筛分流化床中气泡的形成、颗粒的流化过程进行了数值模拟 ,结果与实验现象相符合 ;模拟结果还发现单颗粒的运动速度表现出不可预测特性 ,颗粒的总体速度不完全满足正态分布。     

环栅式动力除尘器的两相流数值模拟

为了开发、设计高性能产品,针对环栅式动力除尘器进行了二维两相流数值模拟。模拟中使用了颗粒轨道模型。采用κ-ε模型对气相湍流进行模拟,用Stochas模型描述颗粒相的湍流扩散。对灰尘颗粒及气体的流动情况以及除尘器的特性进行了分析研究。     

砂石颗粒堆积床内流动特性研究

为了降低核电站严重事故中碎片床冷却性分析的不确定性,采用2个尺寸范围的砂石颗粒模拟构建碎片床,并进行了单相与两相流动实验。基于测量的单相流动阻力压降和Ergun方程计算出砂石颗粒的有效直径,在此基础上进行气-水两相流动实验,测量并获得了颗粒堆积床内的两相流动阻力压降,验证碎片床内两相流动阻力模型。结果表明:对于小尺寸砂石颗粒堆积床,其两相流动阻力压降随气相雷诺数的增大呈现上升趋势,在气相雷诺数较低时,Lipinski模型计算值与实验值吻合较好,随着气相雷诺数增大,实验值逐渐接近Reed模型计算值;对于大尺寸颗粒堆积床,相间摩擦力对两相流动阻力有重要影响,其两相流动阻力压降随气相雷诺数的增大呈先下降后上升的趋势。     

轴向切向进风强旋气粒流动的PDPA研究

本文用相位多普勒测速仪ＰＤＰＡ研究了轴向和切向同时进气、轴向供粉的旋流数为１．５的突扩强旋气粒湍流两相流动，给出了气相和颗粒相的轴向和切向时均速度场，湍流脉动场、颗粒浓度场、揭示了强旋气粒湍流两相流动的各向异性，并表明两相速度及湍流脉动间关系不同于类似流型的Ｓ＝０．４的弱旋情况。     

流化床密相区流动特性的数值模拟

流化床内气固两相流动一直是实验研究和数值模拟的热点。基于Eulerian双流体模型,本文建立了流化床内的气固两相流动模型,采用FLUENT软件对流化床密相区两相流动特性、床内气泡的产生运动和爆裂等特性进行了数值模拟。模型中,将颗粒相看作是连续介质,建立与气相相同形式的数学模型;采用了离散介质动力理论,引入颗粒温度来描述固相粘性应力,并用气固曳力进行气固两相耦合。模拟得到了气泡产生、运动和爆裂的变化过程,与实验结果相一致。采用不同的曳力模型对流化床稠密两相流动进行了模拟,与Kuipers实验对比,结果表明采用Gidaspow曳力模型描述流化床稠密两相流动特性更准确。     

Skeletal reaction model generation,uncertainty quantification and minimization: Combustion of butane

Skeletal reaction models for n-butane and iso-butane combustion are derived from a detailed chemistry model through directed relation graph (DRG) and DRG-aided sensitivity analysis (DRGASA) methods. It is shown that the accuracy of the reduced models can be improved by optimization through the method of uncertainty minimization by polynomial chaos expansion (MUM-PCE). The dependence of model uncertainty on the model size is also investigated by exploring skeletal models containing different number of species. It is shown that the dependence of model uncertainty is subject to the completeness of the model. In principle, for a specific simulation the uncertainty of a complete model, which includes all reactions important to its prediction, is convergent with respect to the model size, while the uncertainty calculated with an incomplete model may display unpredictable correlation with the model size.     

能源需求组合预测模型的构建和应用研究

随着中国经济的快速发展,能源消费不断提高。利用能源消费量的历史数据,建立了我国能源消费系统的ARMA模型和灰色预测模型的组合模型,通过组合模型和ARMA模型、灰色预测模型的具体比较分析,证明组合模型更为易行、有效,可以作为我国及地区未来能源消费量预测的有效工具。     

高温空气燃烧的模型比较数值研究

为验证适用于高温空气燃烧过程的燃烧模型,应用EBU模型、E-A模型、PDF模型三种燃烧模型模拟了一个2m×2m×6.25m的高温空气燃烧室的燃烧过程,并根据国际火焰协会的实验数据对模拟结果进行了验证与比较。湍流输运模型和辐射传热模型分别采用了Reynolds应力模型(RSM)湍流模型和离散坐标(DO)辐射传热模型。结果表明,在预测燃烧室温度、燃料组分体积分数和出口NO体积分数上,EBU模型预测值比E-A模型和PDF模型更符合实验测量值。EBU模型是三种模型中最适合模拟高温空气燃烧的燃烧模型。     

THERMAL STRESSES IN A RAPIDLY HEATED PLATE USING THE PARABOLIC TWO-STEP HEAT CONDUCTION EQUATION

This work studies the thermal stresses generated within a rapidly heated thin metal plate when a parabolic two-step heat conduction equation is used. The effect of different design parameters on the thermal and stress behavior of the plate is investigated.     

Understanding porous water-transport plates in polymer-electrolyte fuel cells

In this article, numerical simulations are used to compare polymer-electrolyte fuel cells (PEFCs) with porous flow-field plates to cells with conventional solid plates. The model clarifies the role of the porous plates in humidifying dry reactant streams and managing liquid water. The influence of gas-diffusion-layer (GDL) and bipolar-plate properties and coolant vacuum on the behavior of the cell is investigated.     

Short-term experiments with borehole heat exchangers and model validation in TRNSYS

The short-term behavior of borehole heat exchangers (BHE) is investigated using three 2 h test sequences each with constant inlet temperature and constant mass flow rate. Three models of the transient systems simulation program (TRNSYS) have been compared to these measurements. In order to assess the deviations a 3D-FEM model, built in COMSOL Multiphysics^®, is compared to the measurement as well.The “Erdwärmesonden” model (EWS) shows a very good accuracy with a deviation less than 10%. The superposition borehole model (SBM) and duct ground heat storage model (DST) neglect the internal borehole heat capacity of fluid and grout. In order to improve their short-term behavior, the models are modified with an adiabatic pipe model with wall capacity in front of the BHE model. Different parameter sets for the pre-pipe are investigated. The optimum parameter set reduces the error between simulation and measurement of the injected heat from 50% to about 5%. With this model modification, all investigated models SBM, DST, and EWS perform as accurate as the COMSOL model.     

我国合同能源管理融资模式分析与建议

本文在对我国节能服务公司分类研究的基础上,全面分析现有合同能源管理融资模式,及其融资难的主要原因,总结已有成功经验和存在问题,提出了建立EMC担保基金、构建"大型ESCO融资模式"等融资建议。     

缸盖冷却水的单相流沸腾模型

针对缸盖水腔内的冷却水流动沸腾传热计算,本文介绍了两种单相流沸腾模型。模型认为流动沸腾总传热量等于泡核沸腾和单相对流传热之和,其中泡核沸腾传热计算采用修正后的容积沸腾传热计算公式。BDL模型在Chen模型的基础上作了改进,考虑了冷却水局部流动参数及饱和状态的影响,适用于局部流动传热计算。     

一个柴油喷雾与壁面碰撞的数学模型

提出一个柴油喷雾与壁面碰撞的数学模型，可以计算垂直碰壁和倾斜碰壁时壁面射流的性能，适合于在准维燃烧模型中使用。建立了新的壁面射流贯穿距离计算公式，直观地反映了影响壁面射流传播的主要因素。与试验数据对比证实了这个模型的精度是令人满意的。在参数研究中，预测了喷孔直径、从喷孔至壁面的距离和喷射压力对壁面射流贯穿距离和区域空燃比的影响。