气固流化床的离散颗粒运动-碰撞解耦模型与模拟

基于分子动力学和气固两相流体动力学，建立流化床稠密气-固两相离散颗粒运动-碰撞解耦模型，采用硬球模拟方法处理颗粒与颗粒之间的碰撞，及大涡模拟方法处理气相湍流流动．单颗粒运动满足牛顿第二定律，颗粒相和气相相间相互作用的双向耦合由牛顿第三定律确定，数值模拟二维鼓泡流化床内稠密气-固两相流动，得到了气泡的形成、发展及颗粒的流化过程，计算结果表明颗粒弹性恢复系数影响气-固两相流动特性。     

流化床内非等密度双组分颗粒流动特性的研究

基于颗粒动力学和气固两相流体动力学,建立流化床稠密气一固两相非等密度双组分颗粒运动碰撞解耦模型,采用硬球模拟方法研究颗粒间碰撞,大涡模拟方法研究气相湍流流动。基于牛顿第二定律建立单颗粒运动方程,应用牛顿第三定律确定颗粒相和气相相间相互作用的双向耦合。数值模拟二维鼓泡流化床内非等密度双组分颗粒气一固两相流动,计算结果表明颗粒弹性恢复系数影响分层流动特性。     

鼓泡流化床宽筛分颗粒气固两相流动的流体动力学

应用颗粒动理学，考虑气体与颗粒、颗粒组分以及组分内颗粒间的相互作用，建立宽筛分颗粒气固两相流双流体计算模型。研究鼓泡流化床内气固两相流体动力特性和颗粒分层的机理。数值模拟结果表明：鼓泡流化床内的流体动力学受颗粒尺寸分布以及颗粒间能量耗散和传递的影响。为了从基本流体动力模型中获得真实的床内气固两相流体动力行为，正确地考虑颗粒尺寸分布及颗粒能量耗散的作用是十分重要的。     

稠密气固两相流动过程模拟的改进模型与应用

提出了模拟稠密气固两相流动的改进模型。湍流流场采用改进的k-ε-εe模型，颗粒的聚合效应采用聚合力的当量直径折算模型计算。将颗粒团作为离散相，研究颗粒团的运动、碰撞、破碎与合并。应用上述模型数值模拟了循环流化床内的稠密气固两相流动。得到了床内气相速度、颗粒团分布、颗粒浓度分布及颗粒团大小分布等详细两相流场信息。计算结果合理，与前人实验结果相符。模拟结果详细揭示了循环流化床内稠密气固两相流动的基本特征。图8表2参8     

宽筛分颗粒对循环流化床锅炉传热的影响

文章基于循环流化床的传热特点,应用“分级筛分”和“分级循环倍率”的概念,分析了宽筛分不同粒径颗粒对传热的影响。分别针对密相区,稀相区以及对流受热面的传热进行探讨,对宽筛分循环流化床锅炉的设计和运行有参考价值。     

循环流化床内颗粒运动的PIV测试

作为一种瞬时全场测速技术,PIV测试技术被尝试用于测量循环流化床(CFB)内颗粒运动,以进一步了解循环流化床内复杂的气固两相流动特性。初步实验已在一个截面为200mm×200mm高为4m的冷态循环流化床实验台上完成,并运用二值化互相关图像处理算法,获得了床内截面上的颗粒流动矢量图。初步测试结果较好地反映了循环流化床内颗粒流动的一些特性,表明PIV技术在循环流化床气固两相流体特性研究中具有较好的应用前景。     

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。     

煤颗粒在流化床中着火和燃烬特征研究

根据煤的经典着火理论，从建立煤在流化床中燃烧的热平衡方式入手，建立煤颗粒在流化床中着火和燃烬的热力模型，并用褐煤在小型电加热流化床上进行了试验研究。研究表明对宽筛分煤和窄筛分煤，着火温度既是煤颗粒自身性质的函数也是运行条件的函数。当其他条件确定以后，着火时间和燃烬时间随流化床温度的变化而平滑变化。随着燃烧进行，灰层阻力的作用越来越显著。对流化床锅炉而言，当煤颗粒含碳量降到一定程度后，即认为燃烧结束是可以接受的。     

内循环流化床颗粒流动特性的直接数值模拟

内循环流化床是一种新型式的流化床，采用多风室非均匀布风实现床料颗粒的大尺度循环流动，从而增强了颗粒的横向混合。内循环流化床已应用于城市生活垃圾的焚烧制能，其燃烧速度、燃尽率及污染物排放优于传统的链条炉或鼓泡床。但是，目前设计的内循环流化床普遍较小，还不能满足城市垃圾的处理要求．根本原因在于对床内的气-固流动特性，特别是颗粒的运动规律没有深入的认识。内循环流化床内的气一固流动属于稠密的两相流，通过试验手段，如PIV、PDA也很难获得床内单个颗粒的运动特征。因此，采用前言的DEM(Discrete Element Method)模型对二维内循环流化床内的颗粒流动进行直接数值模拟．模拟结果表明非均匀布风内循环流化床内确实存在颗粒的大尺度循环流动。图4表1参5     

流化床床料与燃煤颗粒的形貌分析

测量了一台循环流化床锅炉宽筛分原煤和冷渣的颗粒形貌,研究了球形度、Zingg指数、分形分数的变化,关联了Wadell球形度和Krumbein球形度之间的换算关系。研究表明,宽筛分煤燃烧后的冷渣比原煤具有更强烈的非线性特征。采用当量体积直径与Wadell球形度和Krumbein球形度的关联都是集中到某一个区域范围的散点图;采用扁平度、伸长度和Zingg指数为指标的颗粒形貌分布,显示多数颗粒形貌以片状颗粒为主;采用分形维数进行的颗粒描述显示,大颗粒和小颗粒的分形维数不同,大小颗粒的分界点对原煤约为3.17 mm,冷渣约为3.06 mm。     

循环流化床颗粒湍动功率谱特性

循环流化床因其气固混合剧烈，气固相对滑移速度大，床内温度均一，而广泛应用于化工和能源领域。本文利用ＦＦＴ方法对循环流化床内的颗粒浓度、颗粒速度及颗粒动量３种时间序列进行了大量的概率分析及统计，系统地研究了循环流化床内颗粒湍动特性，研究结果将对循环床设计和运行产生重要影响。     

激光衍射粒子测试系统数学模型的研究

从激光衍射粒子测试系统的应用及其工作基本原理出发，系统阐述了激光衍射粒子测试系统在测量粒子尺寸分布中的计算方法。主要完成了抽样粒子尺寸段的划分、光能贡献矩阵元素求解的理论推导和实际的数学表达式的数学拟合，给出了表征粒子尺寸分布的数学模型，确定了系统求解过程中用到的求解病态或元素不确定矩阵的单纯形优化算法，从而为用激光衍射粒子测试系统测量柴油机中油雾粒子的尺寸分布打下了基础。     

内混式气液雾化喷嘴雾滴粒径的实验研究

雾滴粒径是衡量喷嘴雾化性能的一个重要指标，为了提高喷嘴的雾化效果，对一种新型的内混式气液雾化喷嘴进行了测试。实验采用4组不同几何结构参数的喷头，研究了气孔直径、气孔数、气液流交角和喷孔直径等喷嘴结构及气压、气液比、混合室压力等工况参数对MMD（质量中值粒径）的影响；并且进一步对实验结果进行了定性和定量分析，得出具有较好雾化性能的喷嘴结构和工况参数，为喷嘴的结构优化和使用提供了依据。     

基于粒子群优化算法的板式换热器优化设计

从板式换热器的结构出发,通过对板式换热器中的流程组合数和冷热流体流速优化分析,得出板式换热器最优结构参数的数学模型,并且结合实例,运用粒子群算法对其进行求解,最终得到更为合适的流程组合数和流体流速,使设计的板式换热器更经济,效率更高。     

Particle image velocimetry experimental and computational investigation of a blood pump

Blood pumps have been adopted to treat heart failure over the past decades.A novel blood pump adopting the ro-tor with splitter blades and tandem cascade stator was developed recently.A particle image velocimetry (PIV) experiment was carried out to verify the design of the blood pump based on computational fluid dynamics (CFD) and further analyze the flow properties in the rotor and stator.The original sized pump model with an acrylic housing and an experiment loop were constructed to perform the optical measurement.The PIV testing was car-ried out at the rotational speed of 6952±50 r/min with the flow rate of 3.1 l/min and at 8186±50 r/min with 3.5 l/min,respectively.The velocity and the Reynolds shear stress distributions were investigated by PIV and CFD,and the comparisons between them will be helpful for the future blood pump design.     

Particle emissions of direct injection internal combustion engine fed with a hydrogen-rich reformate

Thermochemical Recuperation is a promising waste heat recovery method that enables utilization of the engine waste heat together with onboard hydrogen production resulting in a significant improvement in thermal efficiency and a massive reduction in gaseous pollutants emission. However, an unexpectedly high particle emission level as compared to the gasoline-fed engine was measured despite the combustion of a hydrocarbon-free hydrogen-rich methanol steam reforming (MSR) products, containing 75% mol. H₂ and 25% mol. CO₂. In the existing literature, this phenomenon has not described yet.In this reported study, experiments are performed to investigate reasons of the elevated particle emissions by a direct injection spark ignition engine fed with MSR reformate, and results are compared with a baseline engine fed with gasoline at the same engine loads and speeds. Results of particle number concentration and size distribution measurements show that the total particle number concentration emission of engine fed with MSR reformate is 170% higher compared to gasoline. A direct experimental comparison between the port and the direct reformate injection performed on the same engine shows an increase in particles formation with a direct injection method. Based on these findings, several hypotheses are presented attributing to excessive lubricant involvement in the combustion process. The peculiarities specific for direct reformate injection that could result to the enhanced particles formation are jet – lubricated wall interaction, lubricant vapor entrainment into the reformate jet and shorter flame quenching distance of hydrogen compared to gasoline.     

新型流化床颗粒层过滤器及其阻力特性的研究

ＩＧＣＣ、ＰＦＢＣ等新型、高效的能源清洁转换系统都需要一套运行可靠、高效、维护简单的高温或常温煤气净化装置。新型流化床颗粒层过滤器与陶瓷过滤器、金属烧结网过滤器、移动床过滤器等一样，都是正在发展的高温煤气过滤器，但它有自己的独特优点。本文介绍、分析了新型流化床颗粒层过滤器的特点，三维流化床颗粒层过滤器冷态实验台的有关参数，以及在冷态实验台上进行的阻力试验的初步结果。这为进一步进行效率试验、结构优化试验奠定了基础。     

发动机颗粒排放全流稀释系统设计

在发动机颗粒排放测试过程中，排气稀释系统是必备的设备。目前排放测量法规所用的排气稀释系统有两种：一种是全流稀释系统，另一种是部分流稀释系统，主要设备依赖进口。本文设计了一种发动机排放测量全流稀释系统，可以满足车用发动机排放测量需要。     

浅析颗粒度计量油相颗粒标准物质

颗粒度计量油相颗粒标准物质保证颗粒度领域的量值溯源与传递。本文结合国内外颗粒度计量油相标准物质发展与应用,详细分析了我国颗粒度计量油相标准物质组成、分类、研制和应用．说明现有的种类与颗粒度计量领域目前的技术发展状况基本相适应,满足颗粒度领域的计量量值传递体系的服务需求,利于颗粒度领域的计量管理和量值统一。     

Particle swarm optimization for AC-coupling stand alone hybrid power systems

The main purpose of this study was to present a technique on how to optimize the configuration of a typical AC-coupling stand alone hybrid power system (SAHPS). The design was posed as an optimization problem whose solution allowed obtaining the configuration of the SAHPS that minimized the total cost through the useful life of the system. To verify the system component models, an existing PV/wind/diesel hybrid power system at Chik Island, Thailand, was selected as a reference system, and the in situ monitoring results were compared with the simulation results. The minimization of the objective function was evaluated using TRNSYS 16 in assistance with GenOpt (optimization program). The result showed that the overall best cost reduction has been achieved by the particle swarm optimization (PSO) with constriction coefficient algorithm. This method requires just a few seconds to give the best results (where the number of generations in the algorithm is 46). It is thus believed that the present method would decrease the time required by design engineers to find the SAHPS optimum solution.