Three-dimensional Computational Fluid Dynamics Modeling of Two-phase Flow in a Structured Packing Column

Characterizing the complex two-phase hydrodynamics in structured packed columns requires a power-ful modeling tool. The traditional two-dimensional model exhibits limitations when one attempts to model...     

低温热机的实验研究

介绍了一种“低温热机“的运行结果，同采用低温介质作低温热源，大气作高温热源。     

立式分层并联径向流吸附器流场数值模拟

为降低径向流吸附器高度对均布的影响,提出了径向流吸附器的分层并联设计方法,并建立了径向流分层并联吸附器的数值计算模型。应用计算流体力学方法对分层并联式径向流吸附器中流体在床层内的流场进行了数值模拟计算,并在相同条件下与增高改进后的径向流吸附器的流场分布进行对比。结果表明,分层并联设计方法的均匀度相比于增高方法的均匀度提高了80%,有效清除了径向流吸附器过高对床层内流体均布的负面影响,且对分层并联径向流吸附器上部单元床层厚度进一步优化,达到了上下单元同时穿透的目的。     

二元冰蓄冷系统中的纳米添加剂成核特性研究

为了获得蓄冰溶液中纳米成核添加剂的选择标准,选择在纯净水和乙二醇溶液两种不同的基体溶液中添加两类不同的纳米微粒（SiO₂和α-Al₂O₃）进行实验,观察得到了不同的成核效果.以相关润湿机理为基础,对实验结果进行初步分析后表明:不同质量分数的添加剂具有不同的成核效果;当纳米微粒添加到乙二醇溶液中时,由于两者润湿效果较差,从而导致微粒成核效果下降,混合溶液过冷解除温度下降,增加制冰能耗,因此添加剂颗粒与基体溶液的润湿性将严重影响其结冰成核效果,润湿性能越好,成核效果越好．     

液化天然气排放形成的羽流过程数值研究

大量LNG溢出蒸发后将形成低温云团,对风向下游地面人员可能造成冻伤、燃烧以及缺氧窒息等危险。基于计算流体力学方法,构建了深低温两相多组分流动的Navier-Stokes方程以及湍流封闭方程,考虑了空气中水蒸气由于温度降低到饱和温度以下而相变传质过程。由于气相中氧气等非液化气体的存在,修正了计算水蒸气相变率的Hertz-Knudsen方程。详细给出了计算过程边界条件设置,评估了地球自转引起的科里奥利力影响特性。数值模拟了美国LLNL完成的Burro系列LNG排放羽流实验,发现考虑水蒸气相变的计算结果,相比于未考虑水蒸气相变的计算,更接近实验结果。研究结果对LNG接收终端等安全环境评估及设计有指导意义。     

空分系统空气压缩余热自利用性能优化研究

为探究大规模空分系统中空压机余热利用的可行方法,提出利用压缩余热驱动有机朗肯-蒸汽压缩制冷耦合循环,所得制冷量用于空压机入口空气冷却,从而提高压缩系统效率,实现空压机余热自利用和压缩过程自增效的目的。以6万空分规模中空压系统的余热回收为例,利用MATLAB对该余热自利用系统进行了热力学建模;进一步,以系统经济性最大化为目标,针对典型湿度地区的运行工况采用萤火虫算法对主要蒸发器换热面积进行优化。结果表明,在入口空气相对湿度为70%和30%时,该多级空压余热自利用系统的节能率分别可达到4.6%和4.2%,回收周期分别为4.4年和5.5年,系统显示出较好的节能效果和较高的经济价值。     

斯特林型热声发动机驱动直线发电机的工作特性

为探索发电机负载与热声发动机之间的耦合规律,开展发电机负载和声学传输管对斯特林型热声发动机工作特性影响的理论与实验研究.自行搭建一套斯特林型热声发动机驱动单直线发电机的实验系统,通过控制发动机与发电机间球阀的开关考察发动机在有无负载情况下的工作特性,通过改变声学传输管长度考察声学传输部件对发动机输出特性的影响.研究表明,发电机负载使系统起消振温度提高,而接入发电机负载前后系统工作频率基本不变;通过优化声学传输部件可有效改善发动机的输出特性,提高发动机的输出压力振幅和发电机输出电功;计算结果表明,改善频率匹配可大幅提高热声发动机驱动发电机系统的性能.     

低于液氮温度的泡沫塑料吸湿增重

为减少火箭上液氢/液氧燃料蒸发损失,要求绝热材料热导率小,附加质量轻,并有好的抗应力强度。泡沫塑料因其密度低、绝热性能及机械强度好等优点,是国内外最广泛使用的火箭上深低温系统绝热材料。但泡沫塑料长时间存在大温度梯度时,将强化吸湿增重,从而增加火箭起飞附加质量,也恶化绝热效果。因此,获得可靠的泡沫塑料吸湿增重数据对大推力火箭推力设计有重要意义。报告了用脉管制冷机冷却的泡沫塑料吸湿增值实验装置及实验结果。利用两台自行研制的GM型单级脉管制冷机提供冷量,样本一面被冷却到约45 K温度,同时另一面暴露在30℃恒温及>95%的相对湿度环境。设计了一种波纹管结构来减少环境对真空低温系统的漏热。总共测试了4组8个样本,测试时间为7 h。测试结果与液氮温度的测试结果进行对比和分析,结果发现两者吸湿增重相同,即温度梯度降低引起的低温泵增强效应在该温区可忽略不计。同时发现样本搭接结构对吸湿增重没有影响。     

径向流吸附器流体流动特性及其结构参数优化

径向流吸附器通常存在流体沿轴向床层分布不均匀,从而导致吸附剂利用率下降和空分系统运行安全性问题。通过对表征Z型径向流吸附器流动特性的微分控制方程中包含的结构参数进行量纲1化,系统地研究了各结构参数对吸附器内流体分布的影响。同时针对实验室已有的一台Z型径向流吸附器,采用理论求解和实验数据对照的方法验证了模型的可靠性。结果表明,减小吸附床层轴向高度和吸附剂颗粒直径能显著提高Z型径向流吸附器内流体分布的均匀性;当空气的运动黏度和其他结构参数不变时,吸附器的空气处理量在一定范围内变化对吸附床层内流体的均匀性影响不大。     

基于热声网络理论的驻波热声发动机起振模拟

为了研究驻波热声发动机的起振条件并更好地理解热声振荡的机理,采用热声网络理论对驻波热声发动机的起振过程进行模拟.从线性热声理论中的控制微分方程出发,推导出存在温度梯度的板叠传输矩阵的3种不同表达式,并通过计算对比3种计算方法的精度.根据热声网络理论,对自行设计的驻波热声发动机进行整机模拟,计算起振温度和频率随充气压力和板叠间距的变化,并与实验结果进行对比,计算的起振温度随充气压力的变化趋势与实验结果基本相同.计算结果表明：不同的充气压力应选择不同的板叠间距.对该驻波热声发动机,其最佳的板叠间距应为热渗透深度的2.20～2.30倍.