超临界锅炉屏区受热面高度方向吸热不均匀性的数值研究

利用Fluent软件研究了大容量超临界压力锅炉屏区受热面沿屏高度方向的吸热不均匀性.结果表明:上炉膛区域分隔屏受热面沿高度方向的吸热不均匀系数大致呈线性分布,与亚临界参数的试验结果和经验公式吻合较好;水平烟道内高温受热面因受到炉膛出口残余旋转的影响,吸热不均匀系数呈非线性分布,吸热最高区域已偏离屏底,位于烟气流速高的位置.     

水平轴潮流水轮机转轮尾流特性数值分析

针对潮流水轮机转轮尾流对机组之间水力性能的干扰问题,利用CFD分析软件Fluent对单个水平轴潮流水轮机转轮模型和10倍转轮直径间距下的两台机组模型在额定流速条件下进行三维流场的数值模拟。结果表明,在水轮机转轮旋转平面内不同半径位置处的尾流流速恢复情况明显不同,离旋转轴线越远,尾流流速恢复越快,其流速亏损也越少;当水轮机组之间串列布置,且来流方向与旋转平面垂直情况下,下游机组运行受上游机组转轮的尾流影响较大,应尽量避免该布置方式。     

基于响应面法的圆盘泵叶轮优化研究

为了提高圆盘泵的水力性能,以径向直叶片圆盘泵为研究对象,结合计算流体动力学方法(CFD)与响应面分析法,研究叶轮结构参数对泵扬程和效率的影响。以叶片高度、叶片数量和盘间距为优化设计变量,泵的扬程和效率为响应变量,基于Box-Behnken样本点设计法进行三因素三水平设计,建立17组样本点。通过ANSYS CFX数值计算软件对各个样本点的设计模型进行数值模拟,并基于二阶响应面回归方程拟合了叶轮结构参数与扬程和效率之间的关系表达式。研究结果表明:叶片高度、叶片数量和盘间距均对泵的水力性能有明显的影响。多因素交互作用中叶片高度和盘间距的组合影响最为显著。通过响应面方程找到了最优参数组合,优化后的圆盘泵扬程在各流量工况下平均提升了22 m,最高效率提升了15%。     

湿法烟气脱硫喷淋塔不同喷嘴布置雾化性能比较试验

喷淋塔是湿法烟气脱硫工艺中应用最广泛的塔型,雾化系统是喷淋塔的关键技术,影响脱硫传质过程.为了较为全面地研究喷淋塔雾化性能,建立了试验台,以压力作为间接指标,采用湿法脱硫中常用的旋流喷嘴和螺旋喷嘴,对单层/双层旋流喷嘴布置、单层/双层螺旋喷嘴布置、旋流喷嘴和螺旋喷嘴组合布置的喷淋塔雾化性能进行了比较.试验表明,雾化系统对塔内气流分布的作用不甚明显,相比之下,上旋流下螺旋的组合布置方式既可满足工艺气液比的要求,断面上雾化粒径分布的均匀性及雾滴在喷淋段分散的均匀性又较好,可作为塔内雾化系统优选布置方式.     

1000吨/时燃油直流锅炉炉膛热负荷分布的测定

望亭发电厂12号炉系燃油直流锅炉,其燃烧器为前后墙平行错列布置方式,水冷壁采用一次上升、中间二次混合的管圈型式。炉膛热负荷分布情况是分析和研究水冷壁水动力特性、传热特性以及炉内燃烧过程的重要基础。经多次测定,在20～28万瓩负荷下,沿炉膛高度方向热负荷分布不均匀系数K_(qy)=1.50～1.60,沿炉膛深度方向热负荷分布不均匀系数K_(qx)=1.12～1.15,最高局部热负荷q_(max)=300～330×10~3(大卡/米~2时)。     

缸内直喷液化天然气发动机喷嘴布置方案研究

应用商用STAR-CD软件,建立了喷嘴-气缸的三维模型,模拟不同喷嘴布置方案下缸内燃气分布情况,结果显示:采用喷嘴竖直布置方案,会造成燃气分布不均,发动机性能恶化;采用喷嘴倾斜布置方案,可以使缸内燃气分布均匀,实现稀薄分层燃烧。     

管道排沙系统吸泥头优化设计及区域流场数值模拟

为实现管道排沙系统持续高效排沙,利用RNGκ-ε双方程紊流模型对吸泥头附近区域流场进行三维数值模拟,建立吸泥头区域水力特性分析计算模型,揭示不同吸泥头形式及布置方式下的流场分布规律,寻求高排沙效率的吸泥头形式。结果表明,保持吸泥头与排沙管道的连接口贴近泥面,有利于吸泥头下方高流速区的塑造;吸泥头高度一定,存在一个适宜的吸泥头口径使得其吸泥效果最佳;选择合理的吸泥头形式,减小排沙管道流速或增大吸泥头离地距离,吸泥头仍可保持较高的吸泥效率。研究结果为管道排沙系统在水库清淤工程的应用提供参考依据.     

中心分级高温升燃烧室的油气掺混特性

针对超高温升燃烧室的需求,设计了一种基于中心分级燃烧方案的主燃级组合式旋流器头部结构.借助数值模拟,从油气掺混特性角度分析比较了主预级旋向和主燃级燃油喷点径向位置对燃烧室性能的影响.研究结果表明:主预级同旋布置加强了燃烧室内的油气掺混,降低燃烧室出口径向温度分布系数;增加主燃级燃油喷点的径向高度,显著改善了主燃级通道和燃烧室内的油气掺混,提高了燃烧效率并降低燃烧室出口温度分布系数,但同时导致油气掺混径向不均匀位置偏移,造成燃烧室出口径向温度分布系数增加.     

上游V形肋对气膜冷却性能影响的数值模拟研究

利用数值模拟的方法研究气膜孔上游布置V形肋对气膜冷却绝热效率的影响,分析了5种肋片高度对气膜冷却流动和冷却性能的影响规律。研究表明:上游布置V形肋会使主流产生一对与肾形涡旋转方向相反的涡。该主流涡抑制了肾形涡的膨胀,使得冷却空气的流动分离减小并更贴近壁面,同时加强了冷却空气的展向扩散;在本文研究的工况中,气膜孔上游布置h=0.3 Dh的V形肋时,冷却空气的展向分布最均匀;上游布置V形肋还会使气膜冷却的总压损失系数增加,且随着肋高h的增加总压损失系数进一步增加;此外,上游布置V形肋能改善气膜孔下游底面的冷却性能,且冷却效率随h的增加先增大后减小,在h=0.3 Dh时达到最大值。     

不同涡流发生器参数对潮流能水轮机翼型水动力学特性影响研究

将涡流发生器（VGs）流动控制理论引入到水轮机叶片设计领域,开展涡流发生器对潮流能水轮机叶片流动分离效应的抑制机理及水动力学特性研究。以NACA4418翼型为研究对象,分别建立基础翼型段和带VGs翼型段的潮流能水轮机翼型三维模型,应用CFD方法研究不同VGs排布方式、间距、高度以及长度参数对翼型段水动力性能的影响。结果表明：翼型段上安装VGs能有效减缓流动分离,合理的VGs排布方式可有效提高翼型的最大升力系数,正向排布优于反向排布,VGs间距为25 mm、高度为5 mm、长度为17 mm时对翼型段改善效果最佳,各组带VGs翼型最大阻力系数都增大约5%,翼型整体性能上升。利用水槽试验的方法验证仿真模型的准确性。此外,通过对翼型段进行二维流场分布以及VGs背流侧进行静压分布研究,进一步揭示VGs的作用机理。     

基于致动线方法的风力机组风场布置优化

基于致动线方法,利用OpenFOAM对5种不同间距串列布置的具有3台5 MW风力机的风场进行了模拟.通过调整风力机组间的位置,对比不同风场布置时的总输出功率,并结合轮毂高度处流场分布及尾迹速度轮廓线,分析尾迹对风场下游风力机的影响.结果表明:串列布置时,处于尾迹中的风力机功率下降可达82.72%;改变风场中风力机组相对位置可使风场布置得到优化,虽个别风力机性能有所下降,但风场总输出功率最大可提高11.8%.     

旋转扩压器对通风机性能影响研究

采用数值模拟的方法,研究三组不同流量系数(分别为0.073、0.135、0.220)的通风机叶轮旋转扩压器直径大小对模型级性能及流场结构的影响;得到了旋转扩压器出口的气流角和蜗壳内的流场分布情况,揭示了其变化规律。研究结果表明,随着旋转扩压器直径的增加,风机性能有不同程度提高,旋转扩压器直径与叶轮直径比(D_3/D_2)为1.1时,整机性能较好,内部流场较均匀,直径增加到一定程度后,性能提升不明显。相关结果可以为提高风机性能、改进风机结构参数提供参考。     

平焰燃烧器间流场相互作用的数值研究

为了优化加热炉中多个平焰燃烧器间的燃烧性能,以两个平行平焰燃烧器为研究对象,采用修正的-湍流模型,遵循简单化学反应系统,采用的湍流燃烧模型为涡团耗散模型,使用计算流体力学软件对其流场进行模拟,分别从不同气流旋转方向,研究了不同燃烧器间距对速度、压力、温度分布的影响。分析表明:当气流反向旋转时燃烧器的间距(/)为11.43～15.24或当气流同向旋转时燃烧器的间距为15.24～19.05时,都能够显著提高炉内物体的加热质量。可为平焰燃烧器的工业应用提供一定的参考依据。     

锅炉变负荷运行的炉膛热流量分布

测量了一台300,MW煤粉炉炉壁不同高度的热流量,研究了热流量的分布规律,结果表明,不同负荷下,炉内热流量分布规律有显著差异,与高负荷相比,低负荷运行炉内热流量不均匀性更高;当燃烧器分两组布置,且组间距较大时,炉内热流量在高负荷时呈现"马鞍型"分布;热流量分布还受风、粉投入状态的影响;空气分级燃烧技术改变了燃料的燃烧分布,因而也改变炉内热流量分布,与传统燃烧技术相比,采用分级燃烧技术时,炉内辐射热流峰值(即火焰中心)的位置约提高了30%的炉膛高度.     

600MW汽轮机排汽通道加装导流装置的数值研究

针对某600 MW汽轮机排汽通道出口流场不均匀所造成的排汽压力偏高、经济性降低的问题,对配备双背压凝汽器的汽轮机排汽通道进行三维数值模拟,分析造成排汽通道出口流场分布不均匀的原因,并给出了一种能够极大改善排汽通道出口流场均匀性的导流装置布置方案.结果表明:汽轮机排汽缸的结构、小汽轮机排汽和低压加热器的存在导致排汽通道出口流场分布极其不均匀;在排汽通道内加装合理的导流装置后,出口流场均匀性得到改善,排汽通道的工作性能得到提高,排汽通道总压损失系数仅增大0.5%~2.5%,而静压恢复系数增大6.4%~8.8%,均匀性系数增大10.4%~13.4%.     

试样壁厚对扭剪应力不均匀分布的影响

为了研究试样壁厚对空心扭剪试验中扭剪应力分布不均匀的影响,从假设土体为线弹性角度对空心扭剪试样横截面上扭剪应力的分布规律进行了理论推导,同时采用邓肯E-ν模型对不同壁厚的5组空心圆柱试样的扭剪过程进行三维有限元模拟,分析了在试验中以扭剪应力平均值和主应力轴旋转角平均值代替真实值所产生的误差与试样壁厚的关系。结果表明,外径相同的试样,壁厚越厚,横截面上的扭剪应力和主应力轴旋转角沿半径方向的分布越不均匀;利用试验中常用的扭剪应力平均值和主应力旋转角平均值代替真实值会产生误差,且误差随着壁厚的增大而增大;若将扭剪应力平均相对误差和主应力轴旋转角最大相对误差控制在10%以内,则内外径比不小于0.7,建议空心扭剪试样的尺寸取为外半径70mm、壁厚20mm、高度250mm。     

基于OpenFOAM的旋转管道螺旋流水力特性数值研究

为进一步深入研究旋转管道产生的螺旋流对流场水力特性的影响,基于开源软件OpenFOAM,构建了水箱-管道出流气液两相流数值计算模型,模拟了竖直管、55°和45°螺旋管三种情况下的水流运动过程,通过分析、比较选定断面处速度分布、断面平均压强、湍动能随时间及空间位置的变化,总结了螺旋流对水平管段水力特性的影响。结果表明,相较于直管道,两组螺旋管道使水平管段螺旋流湍动能明显减小,压强变化趋于平缓不易产生负压,且管道内断面流速分布更加均匀。     

V型沟槽对钝尾缘翼型流场分布及气动性能影响的研究

基于k-ω SST湍流模型,利用商业CFD工具ANSYS Fluent 16.0对DU35-17原始翼型、钝尾缘修型翼型及布置V型沟槽钝尾缘翼型进行数值模拟计算,对翼型改进前后的升阻力系数、流场分布和表面压力系数进行对比分析。结果表明,翼型在钝尾缘修型的同时布置V型沟槽,通过改变翼型尾缘处的压力分布和翼型表面的流动分布,对流动分离的抑制有积极影响;布置V型沟槽钝尾缘翼型能增大翼型上下翼面的压力系数差值,降低翼型边界层内因气体黏性所产生的流动减速现象,从而达到减阻增升的效果;布置V型沟槽可有效增大最大升力系数和失速攻角,减小前缘压力波动,提高翼型气动性能。     

平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统

提出了一种厘米级别的平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统原理,即燃料氧化剂混合气相向穿过两块平行布置烧结多孔平板并在其表面形成稳定的火焰,实现燃烧器壁面温度远低于火焰温度的目的;进行燃烧器和微发电系统原型性能实验.在燃烧器烟气通道外壁面布置高导热系数薄匀热片能够有效改善热电模块热端温度场均匀性,从而提高系统安全性和输出性能.在燃烧燃料当量比(甲烷/空气)φ=0.6时,火焰温度高于800℃,壁面温度低于200℃,水冷条件下,商用碲化铋(Bi2Te3)热电模块热端150℃,系统可以获得8 V开路电压和1 W以上稳定输出功率,系统综合效率达1.6%.     

平板型光伏/光热系统高效换热数值模拟研究

针对光伏/光热（PV/T）系统管板换热结构传热性能差、电池层温度分布不均匀的问题,采用管板连接处增加机械加固的形式强化管板导热接触,同时提出蛇形管、单向螺旋型和双向螺旋形3种换热通道分布结构。通过数值模拟方法对比不同结构的系统热性能,随后在流量、辐照度、入口水温等多工况条件下分析换热性能的变化。结果显示：系统在流量90 L/h、辐照度800 W/m²时呈换热性能最佳状态,热效率能达71.5%;管道具体排布方式对热效率和电池层平均温度的影响不大,而双向螺旋管将冷热管交替布置,较单向螺旋管和蛇形管结构能明显提高电池层温度分布的均匀性,温度分布不均匀度最高可降低37.5%。