封闭梯形渠道水流特性的数值模拟

为深入了解封闭梯形渠道的水流特性,以3m长封闭梯形渠道为例,采用雷诺应力紊流模型对不同糙率顶板的封闭梯形渠道水流特性进行了数值模拟,分析了影响其流速场和二次流形态的因素。结果表明,断面流速呈非对称的弓形分布,随顶板糙率的加大,最大流速点向渠底移动;由于受边壁和顶板糙率的影响,过水断面的二次涡流主要集中在固壁拐角处;壁面附近的紊动强度和紊动能耗散量均比较大;粗糙顶板的壁面剪切应力大于光滑顶板的切应力。     

熔盐电磁感应加热器的数值模拟与分析

将电磁感应加热技术应用于低谷电加热熔盐蓄热供暖领域,以熔盐电磁感应加热器为研究对象,利用数值模拟方法研究不同加热条件下感应加热器壁面以及熔盐内部磁场和温度场的分布特点,并得到线圈电流、电流频率、熔盐流速和加热器材料对磁场和温度场的影响规律。研究结果表明:磁感应强度、管道壁面的感应电流密度、加热器壁面温度及熔盐进出口温升随线圈电流的增大而增大,线圈电流频率的升高仅会影响磁场在感应加热器内部的分布;熔盐流速增加时加热器壁面温度和熔盐进出口温升均显著降低,流速分别为0.1和0.4 m/s时所对应的壁面最高温度分别为406和264℃,进出口温升分别为38.79和10.05℃;加热器材料为碳钢时的磁感应强度、感应电流密度、加热器壁面温度以及熔盐进出口温升均大于同等条件下不锈钢材料。     

大加速度场中二维层流燃烧过程的数值模拟

用SIMPILER方法，对大加速度场中的二维轴对称预混层流燃烧过程进行了数值模拟，分析了当加速度场方向与对称轴方向一致时，加速度场强度和进口流速等因素对燃烧过程的速度场、温度场及燃烧稳定性的影响。模拟燃烧为C3H8和空气，燃烧室壁面绝热。计算结果表明，在大加速度场中，火焰面附近的温度梯度所产生的“浮力”作用会显著改变流场结构和火焰面形状，直至流动和燃烧过程失去稳定性。     

汇聚太阳能流体流速对吸热器温度场和应力场影响

为研究高汇聚太阳能流体流速对管式吸热器的温度场、热应变及热应力场的影响,本文采用蒙特卡洛与有限单元相结合的光热力顺序解耦计算法分析了不同流速下管式吸热器的温度场、热应变及热应力场的分布。计算结果表明管式吸热器的温度场、热应变及等效热应力均随着流体流速的增加而降低。与轴向热应力和径向热应力相比,切向热应力对管式吸热器的等效热应力的贡献比例更大,均匀化温度沿管式吸热器的圆周方向分布是热应力抑制的有效手段之一。     

缸盖水腔表面温度场的确定

为了确定更为准确的缸盖冷却水腔壁面温度场,以车用226B型柴油机缸盖冷却水腔为研究对象,介绍了缸盖水腔流固耦合传热的过程,并给出了使用流固耦合确定水腔壁面温度场的方法和步骤,根据壁面温度场判断出了壁面各区域的传热类型并求解出了壁面的换热系数,结果表明,流固耦合法与集总参数法壁面温差最大可达36K,考虑沸腾传热因素时水腔壁面传热系数最大值为14200W/m2.K,比未考虑沸腾传热时大了近50%。     

基于叶素理论风轮气动性能计算预测精度研究

为研究壁面处网格正交性对数值计算结果的影响,推导出壁面附近流动参数一阶导数离散误差与网格线交角的数学关系,采用N-S方程方法分别对多种壁面处网格线交角的平板紊流附面层流动和翼型绕流进行计算分析。研究表明:壁面处网格正交性对附面层内速度分布计算预测精度和壁面摩擦阻力影响较大。对于基于叶素理论三维风轮气动性能计算,通过一模型风轮计算实例表明:在低叶尖速比时翼型升力系数计算精度对风轮性能预测精度影响较大,高叶尖速比时翼型阻力系数计算精度对风轮性能预测精度影响较大。     

超临界W形火焰锅炉炉内过程数值模拟

对东方锅炉集团股份有限公司开发的1 900t/h低质量流速垂直管圈超临界W形火焰锅炉进行了全炉膛炉内过程的数值模拟,得到炉内流场、温度场、烟气组分浓度及壁面热流密度的分布,并与同类型锅炉的实测数据进行了对比.结果表明:数值计算得到的炉内流动、炉膛和再热器热偏差以及炉膛出口氧量的分布与同类型锅炉实测趋势相吻合,数值模拟作为试验研究的补充在一定程度上是可以信赖的;得到的炉膛水冷壁壁面热流经修正后可以直接用于锅炉的水动力计算.     

缸盖水腔表面温度场的确定

为了确定更为准确的缸盖冷却水腔壁面温度场，以车用226B型柴油机缸盖冷却水腔为研究对象，介绍了缸盖水腔流固耦合传热的过程，并给出了使用流固耦合确定水腔壁面温度场的方法和步骤，根据壁面温度场判断出了壁面各区域的传热类型并求解出了壁面的换热系数，结果表明，流固耦合法与集总参数法壁面温差最大可达36K，考虑沸腾传热因素时水腔壁面传热系数最大值为14200W／m^2·K，比未考虑沸腾传热时大了近50％。     

燃烧室内三维温度场的辐射反问题

本文提出了一种在介质辐射特性已知的条件下,由壁面入射辐射热流的测量值反演燃烧室内三维温度场的方法。该方法是在辐射传递方程离散坐标近似的基础上,用求目标函数极小值的共轭梯度法进行反演计算。通过对吸收系数、散射不对称因子、反照率、壁面黑度和燃烧室大小尺寸等参数对反演精度影响的分析,结果表明,即使存在随机测量误差,这些参数对温度场反演精度的影响也不大,本文所提出的方法可较精确地反演燃烧室内三维温度场。     

圆管内置涡流发生器强化传热数值模拟

恒壁温条件下,采用RNG k-ε湍流模型的增强壁面处理(EWT),对圆管内置一种新涡流发生器雷诺数(Re)在25953～51906范围内的流体流动及传热特性进行数值模拟。通过计算努塞尔数(Nu)、摩擦阻力系数(f)与综合性能评价指标(PEC),分析涡流发生器的强化传热性能;得到横截面速度场、温度场及流线图分析强化传热形成原因。结果表明:同一Re,涡流发生器数量越多Nu越大、偏心安装Nu大于中心安装、顺置安装Nu大于倒置安装,同时考虑压力损失,发现偏心安装具有最优的强化传热性能;在涡流发生器附近,流体流速变大,同时涡流发生器产生2层旋流和涡流对壁面形成冲刷作用,破坏传热边界层,并使壁面不易结垢,达到强化传热和自清洁的双重效果。     

1000MW塔式锅炉燃烧结渣定量评价的数值研究

以某1 000MW塔式锅炉为研究对象,模拟了炉内煤粉燃烧过程,获得了炉内速度场和温度场,梳理汇总了包含碰撞壁面的颗粒质量、壁面结渣概率和结渣增长率等参数的结渣评价模型,基于炉内的燃烧数值模拟结果,给出了炉内煤粉颗粒燃烧后碰撞壁面的质量、壁面结渣概率和结渣增长率,对塔式锅炉进行了较为细致的结渣评价。结果表明:该塔式锅炉结渣概率较大区域主要分布在燃烧器区域及其下游和分离燃尽风(SOFA)的下游区域;壁面的结渣增长率在10-12 m/s的量级范围;相比于额定工况,该塔式锅炉70%负荷工况下可能结渣的区域缩小,结渣增长率也降低。     

明流溢洪洞三维流场数值模拟

将紊流两方程k ε模型应用于明流溢洪洞的三维流场分析,采用非结构网格和弹性盖法来处理复杂几何边界和自由水面问题,获得水深、流速以及压力等参数分布。与相关实测资料对比分析,结果令人满意     

炉内温度速度耦合场声线弯曲特性研究

为了实现声波法测量热物理量场的可靠重建,弄清介质温度和流速对声速的耦合作用机理,采用三角形前向展开法和Lagrangian法建立追踪模型,针对仿真的不同炉膛典型温度场和流场,研究了声波传播路径的弯曲效应,同时建立一维流场模型以从理论角度验证上述方法的可行性和可靠性.结果 表明:炉内烟气温度、流速耦合场对声波传播路径影响复杂,若不考虑声线弯曲,必将导致相应声学法温度场和流场测量重建结果的失真;基于上述不同理论方法计算追踪出的对象场声线分布彼此吻合,证明所建声线追踪模型可靠.     

海上风电换流站温排水三维数值模拟

在海洋风电换流平台中,冷却水的排放会给海洋环境的速度场和温度场造成很大的影响,并直接影响海洋生物的生存。通过建立海洋平台冷却水排放三维模型,利用FLUENT中的标准k-?湍流模型计算速度场和温度场,探讨了环境流速、热射流流速、热射流入射角等因素对温度场的影响规律。研究结果表明：随着温水排放流速的增加,存在一个最佳温排水的速度(称为拐点速度),使排水对环境影响最小(对应最小面积)；随着环境流速的增大,拐点速度增大；随着热射流入射角的增大,拐点速度增大,最小面积减小。研究结果为海上风电平台温水排放系统的设计提供理论指导。     

加热管中的壁温和流动湿蒸汽温度场分析

建立了一维数学模型对加热管内流动湿蒸汽时的管壁温度场进行了研究,分别计算出在均匀壁面热流密度这壁的温度场、恒定壁面温度条件下管壁的热流密度场以及汽相温度沿管长方向的变化,得到了不同条件下水滴的汽化长度,并进行也实验验证,计算结果与数据相符,为工程中加热饱和湿蒸汽的设计提供了可靠的依据。     

单筒形氢氧燃烧室结构设计及运行参数优化研究

随着高含量氢气合成气及扩散火焰燃烧技术在燃气轮机工业应用的发展,氢气燃烧室技术研究越来越多。针对新型氢氧燃机热力循环系统,设计单筒形氢氧燃烧室,通过CFD(计算流体力学)对其内燃烧、流动及温度场分布特点进行对比研究,优化其结构及运行参数。结果表明:平面旋流器角度为45°时,燃烧室内流场及温度场达到最佳状态;采用循环水冷的对流换热系数为2 000 W/(m~2·K)时,燃烧室壁面的最高温度均在750 K以下;当入射掺混速度vj达到60 m/s时,燃烧室出口温度场径向不均匀度平均值RTDF≈9.0%,最大不均匀度OTDF≈23.6%,可满足运行要求。     

转炉蒸发冷却器结垢前后数值模拟

针对转炉干法除尘系统蒸发冷却器内部结垢现象影响静电除尘器除尘效率的问题,采用FLUENT软件对蒸发冷却器内部结垢前后的速度场、压力场及温度场进行了数值模拟。研究结果表明:烟气进入蒸发冷却器后流速降低,压力逐渐增加;由于雾化水的蒸发冷却作用,烟气温度由800℃降低190℃;蒸发冷却器结垢后烟气压力场与温度场均有所改变,出口平均压力由-104 Pa降低到-229 Pa,平均温度由190℃提高到224℃;出口处烟气温度较结垢前提高了34℃,烟气温度升高导致静电除尘器入口处粉尘比电阻超出最佳电除尘器参数的范围,导致电除尘效率降低。     

夏季商场中庭气流组织的数值模拟

以西安某国际大厦商场中庭气流组织为研究对象,采用Airpak软件建立了物理模型,在k-ε紊流方程下建立数学模型,并进行数值模拟。通过建立数学物理模型,直观显示其设计结果。同时,建立对空调区域内温度场、速度场的仿真模拟,并对其可行性和合理性进行分析研究,为商场大空间空调系统的设计开发提供参考依据。     

新型麻面管式过热器传热优化的数值模拟

以新型麻面管式过热器交叉流道为研究对象,采用三维数值模拟的方法,研究了麻面管交叉流动和换热特性及蒸汽侧流速u、凸胞/凹坑投影直径d、深度h、间距p等参数的最优值。结果表明:由于管内外壁面存在周期性凸胞/凹坑,壁面附近流体域和主流体域的混合加剧,对近壁处边界层有较好的扰动作用,改善了流体速度场与温度场的协同性,实现强化换热;与光滑管相比,麻面管烟气侧努塞尔数Nu_o提升了58%左右,蒸汽侧努塞尔数Nu_i提高了35%～50%,阻力系数f增加了7%～40%,综合换热性能指标PEC处于1.25～1.5间;基于响应面法,以Nu_i、f、PEC为目标函数,得到蒸汽侧最优参数组合d=6.0 mm,h=1.0 mm,p=16.0 mm,u=4.8 m/s,对应的Nu_i=680.55,f=0.014 68,PEC=1.43;运用多元线性回归的方法,分别拟合出蒸汽侧换热与阻力的准则关联式。     

柴油机涡流室内涡流及紊流的研究

本文介绍了采用热线风速仪测量柴油机涡流室内涡流及紊流的结果。用计算机及统计技术完成了试验数据的采集及处理,测量了拖动工况下吊钟形涡流室内的气流平均速度、紊流强度以及作补偿运算用的气体温度和压力等参数,研究了涡流室内的气流切向速度、紊流强度和气体温度的空间分布及其随曲轴转角变化的规律。试验结果表明:在压缩终了附近,吊钟形涡流室内的空气涡流可近似当作“半自由”涡流,而涡流室内的紊流场是非均匀非各向同性的,即主涡流方向的紊流强度远远大于其它两个方向的紊流强度,涡流室内右侧(通道喉口一侧)和中心附近的紊流强度较高,涡流室底部通道两侧拐角处的紊流强度较低。