DPF孔道内流场及微粒沉积特性的数值模拟

通过Fluent软件建立了柴油机微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)计算模型,运用离散相模型模拟计算了孔道内部气体与微粒的流动,并针对不同壁面渗透率及滤饼层厚度进行了研究.结果表明:沿DPF长度方向,进气孔道内气流速度逐渐降低,排气孔道内气流速度逐渐增大,壁面渗流速度也逐渐增大;渗透率的增大会加剧DPF孔道内速度的变化,同时引起进气孔道内静压下降,但对排气孔道静压影响不大;微粒在DPF孔道内分布具有不均匀性,后端沉积较多而前端较少;随着滤饼层厚度的增加,微粒分布不均匀性逐渐降低,压降受DPF进气流速的影响则逐渐增大.     

电除尘环境下可吸入颗粒物运动轨迹数值模拟

采用有限体积法求解电晕放电电场,利用k-ε双方程湍流模型、动量方程附加电场力源项的方法求解电流场,利用拉格朗日法、四阶龙哥库塔积分荷电速率方程分别求解颗粒运动轨迹及颗粒荷电量,基于随机轨道模型并考虑颗粒间湍流扩散,计算离散相和流体相相间耦合,采用R-R粒径分布模型,模拟了电除尘器内电势分布、电荷分布和颗粒运动轨迹.求解结果表明,电除尘器内电势和空间电荷密度在电晕线附近最大,向四周不断减小,计算值与文献实验值吻合良好.电除尘器内颗粒运动轨迹为偏向极板的曲线,且受湍流扩散影响显著.颗粒粒径越大,工作电压越高,气流速度越小,颗粒越容易被收尘极板捕集.     

风送荷电喷雾特性试验

为研究风送荷电喷雾在空间的粒径分布和沉积特性,设计了一种风送荷电喷雾试验装置,包括雾化装置、荷电装置、风送设备以及相应的测量设备.首先对轴流风机改造前后的气流速度进行了对比,然后探讨了雾滴的荷质比和云电流与电压的关系,最后研究了荷电与非荷电状态下,喷嘴轴线上的雾滴粒径和沉积质量的分布规律,以及轴线上距喷嘴出口2.0和3.0 m,沉积质量沿水平径向(y方向)和雾滴粒径沿垂直径向(z方向)的分布特点.研究结果表明:改造后的轴流风机产生的气流轴向速度增大,有助于增加喷雾射程;雾滴的荷质比与云电流随电压的升高而增大;荷电与非荷电情况下,雾滴粒径与沉积质量均随轴向距离的增加先增大后减小,呈现单峰分布;荷电雾滴沿垂直径向的粒径分布关于轴线呈现出较大的不对称性,即小雾滴在轴线上方,大雾滴在轴线下方;荷电雾滴沿轴向(x方向)和水平径向(y方向)的沉积范围较广且均匀性较好.     

径向流反应器随机填充催化床层的数值模拟

应用颗粒离散元法建立径向流反应器内球形颗粒随机堆积环形催化剂床层模型,采用颗粒流程序-计算流体动力学(PFC-CFD)耦合求解法得到床层内流体流动压力场、速度场分布规律,研究当边界条件相同、颗粒粒径分别为12、 14、 16、 20、 28 mm时,随机堆积床层内场分布的变化规律。结果表明:随着催化剂颗粒粒径的减小,床层阻力增大,床层速度、压力的变化梯度也增大,但流体沿轴向分布较均匀;粒径12 mm的催化床层径向流反应器内部轴流分布最均匀。     

横向摆动对深海采矿扬矿管输送特性的影响

为研究横向摆动对深海采矿扬矿管输送特性的影响,探究提高输送系统工作稳定性的方法,采用以颗粒动力学为基础的双欧拉模型和Fluent软件对横向摆动工况下的扬矿管内固液两相流进行模拟仿真,研究摆幅对管道压力损失梯度、出口处颗粒平均体积分数、颗粒体积分数沿径向分布以及颗粒轴向速度分布的影响。研究结果表明:管道摆动使压力损失梯度和出口颗粒平均体积分数呈周期性变化,摆幅越大,二者幅值变化越剧烈;随摆幅的增加,颗粒体积分数沿径向分布不均匀程度越严重,离管壁越近,颗粒聚集程度越高,最高体积分数达到30%;除管壁附近外,摆动工况下颗粒轴向速度沿管径基本呈线性分布,摆幅越大,轴向速度径向分布梯度越大,径向不对称性越严重。     

泡沫流体管流流动与换热数值模拟

基于质量、动量和能量守恒方程,建立泡沫流体在圆管内流动与换热的物理模型和数学模型,并利用FLUENT软件进行模拟,得到不同雷诺数下圆管内的压力损失、管道横截面上的速度分布和表观黏度分布,同时回归了不同雷诺数下的摩阻系数和努塞尔数经验关系式.结果表明:管内压力沿管程不断降低,且流速越大压降越大;管内温度沿管程不断升高,且流速越小温升越大;管道横截面上的速度、温度分布不均匀,越接近管壁速度越小,温度越高.     

含氧量对颗粒捕集器热再生过程的影响

通过GT-power软件建立柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)的热再生模型,计算不同含氧量时再生过程的气体流速分布和碳烟密度分布,并分析含氧量和再生温度对DPF热再生效果的协同作用.结果表明:与φ(O_2)=0.11时DPF再生过程相比,当φ(O_2)=0.21时DPF入口通道内气体的流动更均匀,其壁面渗流速度更小,碳烟密度更低;在一定范围内,适当提高再生温度和氧气浓度有助于提高DPF的再生速率,但φ(O_2)0.21后,含氧量的增加对再生效果的促进作用有所减弱.     

水力喷射压裂孔内压力分布研究

水力喷射压裂工艺是集水力射孔和压裂一体的新型油田增产技术.在室内实验基础上,运用流体力学计算方法,对水力喷射压裂孔道内压力场进行计算,得到了井下水力射流在地层孔道内的压力及速度分布,揭示了喷嘴空间位置、喷嘴数量、孔道形状、喷嘴压降和喷嘴直径对孔道压力的影响规律结果表明:高速射流之间具有很强的独立性,喷嘴空间位置和喷嘴数...     

变质量流动吸附床内的速度分布

在气体吸附分离过程中,吸附床内气体流动过程实质上是一个变质量流动过程.借助二维模型对吸附床内气体的速度分布进行了研究,在模型中考虑了吸附引起的质量变化和床层的径向空隙率的分布.结果表明:(1)多孔介质本身对流动有着重整作用,使流动趋于均匀分布,但是进口端的吸附剂受入口效应的影响较大,在此区域速度呈W形分布,部分区域达到流化状态;(2)在吸附步骤,速度在传质区有着较大的变化,在其他的三个步骤内,速度沿吸附剂床层近似线性变化;(3)降压步骤中,床中气体速度较高,对颗粒冲击较大,易引起摩擦和粉化,应合理控制降压速率;(4)气体吸附引起的质量变化对压力和速度有着重要影响,不能轻易忽略.     

新型生物质颗粒回转燃烧器流动特性仿真分析

以新型生物质颗粒回转燃烧器为研究对象,采用Pro/E软件对生物质颗粒回转燃烧器内流体进行几何建模,并用Gambit软件对模型应用非结构化网格生成技术划分网格,并进行有限元前处理.在采用k-ε湍流模型的基础上,应用计算流体力学软件Fluent模拟稳定工况下回转燃烧器内流体的流动特性,分析进气速度对回转燃烧器内的压力分布、速度分布以及湍动能分布的影响.结果表明:燃烧器内部的气体压力、速度和湍动能随风机引风速度的增大逐渐增大,风机出口到回转燃烧室之间的气体压力、速度和湍动能较大,在二次风口处达到最大值,回转燃烧室内气体的压力、速度和湍动能分布较为均匀.     

采空区充填体强度分布规律试验研究

针对2种不同充填下料口位置,通过相似模型浆体充填试验,分析采空区充填浆体流动沉积规律及充填浆体颗粒质量分数分布规律,研究采空区充填体强度空间分布。根据采空区充填体强度分布特征,提出采空区充填体强度评价方法。研究结果表明:充填体强度受浆体颗粒质量分数影响,粗颗粒质量分数越大,其单轴抗压强度越大;充填浆体在流动沉积过程中,颗粒分布不均匀导致其充填体强度分布不均匀;在流动方向上,充填体强度分布基本符合正太分布规律,离充填口距离越大,粗颗粒质量分数越小,细颗粒质量分数越大,其充填体强度越小;在沉积方向上,充填体强度呈线性变化规律,随高度增加,粗颗粒质量分数降低,细颗粒质量分数增加,其强度线性降低;在采空区充填区域同时存在强度增强和损失区域,但只要该区域充填体强度大于规定的有效强度,即认为充填达到标准要求。     

Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动的数值模拟

应用Eulerian-Lagrangian方法对国内某工厂实际运行的Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动进行了模拟.采用Realizable k-ε模型计算炉内复杂气体湍流运动,应用颗粒轨道模型追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动轨迹.通过数值计算取得了炉内气相速度矢量、颗粒运动轨迹、颗粒碰撞壁面并沉积于壁面的沉积通量和颗粒在炉内的停留时间分布.揭示了该气化炉的气固两相流动特性,并分析了运行工况对壁面沉积通量分布的影响规律.结果表明:气化炉内的气体流场存在回流,回流延长了颗粒在气化炉内的停留时间,颗粒沉积通量最大的位置为筒体段下部和锥体段上部; 绝大部分颗粒在气化炉内的停留时间在5 s以内,气体流量降低时颗粒在炉内的停留时间减少.     

布风板孔径对流化特性影响的数值模拟及试验

 采用双欧拉流体模型与颗粒流动理论相结合的方法,对3 种不同孔径布风板下颗粒流化效果进行数值模拟,获得颗粒的流态化特性。同时通过流化床反应器冷态实验,验证了孔径对流态化特性曲线的影响。结果显示,在1、2、3 mm 孔径的布风板中,孔径越小,最终压力降越大,同时临界流化气速越低;1 mm 孔径下床层的膨胀较为显著,流化床中气泡所含固体体积分数较低,且漏料最少,同时减小孔径有利于颗粒做规律性的循环运动,从而促进物料混合;流化稳定后,在静床层高度以上的位置上,颗粒体积分数随着高度的增加而迅速下降,且1 mm 孔径的下降趋势最平缓,颗粒分布较均匀;颗粒在流化床内的径向分布为典型的环-核结构,且孔径越小,核区的颗粒速度越低,而环区速度越高。     

两段式气流床煤气化炉内熔渣壁面沉积数值模拟

为了研究我国自主研发的两段式干煤粉气流床气化炉内熔渣壁面沉积规律,对该气化炉进行了三维数值模拟.在合理假设的基础上,建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内湍流多相反应流动模型,采用Realizable k-ε模型计算炉内气相湍流流场,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动与壁面沉积过程.通过数值计算获得了炉内气相流场、煤粉颗粒运动轨迹及其浓度分布,以及熔渣颗粒在炉膛壁面上的沉积率分布,揭示了该炉型内熔渣颗粒壁面沉积特性,并分析了不同进料方式对熔渣壁面沉积的影响规律.结果表明:两喷嘴对置进料使得熔渣主要沉积在喷嘴高度处两喷嘴之间的壁面上;四喷嘴对置进料使得一段壁面熔渣沉积率高于两喷嘴进料时的熔渣沉积率,且沉积率在圆周上的分布更加均匀,有利于形成均匀渣层对壁面进行有效保护;四喷嘴切圆进料使得炉内几乎所有熔渣颗粒都沉积在炉膛壁面上,且停留时间较短.     

燃煤飞灰单极荷电对纤维滤料过滤性能的强化

细颗粒物的单极荷电能够改善细颗粒物被纤维滤料过滤的性能.本文设计搭建了由线板式预荷电器和纤维滤料集尘装置组成的复合静电增强过滤实验平台,分别研究了在不同荷电类型、不同荷电电压以及不同过滤风速三种工况下,单极荷电的燃煤飞灰颗粒被聚苯硫醚(PPS)纤维滤料捕集时捕集效率及阻力特性的变化规律.结果表明,随着荷电电压的升高,过滤风速的下降,纤维滤料对荷电燃煤飞灰颗粒物捕集效率提高的同时压差增量减小,且压差增长速率明显降低.粒径越小,过滤效果增加越明显,且负荷电提高效果优于正荷电.     

多喷嘴对置式煤气化炉内气固两相流动及壁面沉积

对我国具有自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化炉内的气固两相流进行了数值模拟分析.在合理简化和假设基础上建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内气固两相流动模型,采用Realizable k-ε模型描述炉内复杂气相湍流运动,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动.通过数值计算获得了炉内气固两相的速度矢量、颗粒分布、颗粒运动轨迹,以及颗粒碰撞并沉积于壁面的通量分布.揭示了该型气流床煤气化炉内气固两相流动特征,并分析了入口速度和炉体上部高度对气固两相流动和颗粒在壁面沉积的影响规律.结果表明:对撞流显著增强炉内气固流动湍动,强化气固相互作用,并使煤粉颗粒在炉内有效分散,有利于化学反应高效进行;在喷嘴入口及顶部的壁面处颗粒沉积率较大.     

斜扩张管倾斜角度对催化转化器流动特性的影响

采用计算流体动力学模型,利用三维建模软件(UG)对催化转化器进行三维建模,在Gambit中进行计算区域网格化和边界条件的定义.用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT对4种不同入口扩张管倾斜角度的催化转化器的速度场、压力场进行三维稳态流动数值模拟.模拟结果表明:催化器入口扩张管倾斜角度对催化转化器的气流分布有很大影响,斜扩张管催化器由于倾斜角的不同,其压力损失也不同,压力损失并不是随着倾斜角的增大而增加,当倾斜角为30°时的压力损失最小;当斜扩张管的倾斜角小于40°时,催化器斜扩张管的倾斜角越大,流动均匀性指数越高,流速分布越均匀.     

格子Boltzmann法研究陶瓷过滤管基体内的稳态和非稳态流动

为了深入了解陶瓷过滤管内的微观过滤机理,将格子Boltzmann方法用于陶瓷过滤管基体内的流动研究,对流体在多孔介质内的稳态和非稳态流动进行了计算。结果表明,流体在稳态流动时,流体的速度和压力间的关系符合达西渗透定律,证明了LB计算程序的可靠性。可以得到多孔介质内的微观速度分布及变化规律。多孔介质内的孔喉处流体速度较大,局部最大速度可以达到表观过滤速度的数十倍。孔隙内各点的局部速度随压降的变化而线性变化,且在入口边界固定时,孔隙中各点的速度不随时间改变。非稳态流动时,通过给定随计算步数变化的入口压力值,分析了局部速度随入口压力的变化趋势,结果表明两者变化一致。     

受限空间对锂离子电池热失控的影响

针对目前锂离子电池在实际运输及使用过程中通常处于受限空间中这一现状,选取市面上常见的18650型商用锂离子电池作为研究对象,在开放及不同容积(10、20 L)的受限空间中开展热失控实验。通过对比热失控现象与电池在热失控过程中的温度、电压以及实验舱内压力的变化,对锂离子电池热失控危险性进行研究。结果表明:在一定容积范围内,电池荷电状态越高,其安全阀开启温度以及热失控起始温度越低,热失控最高温度越高,电池热失控后的质量损失越大;在相同荷电状态下,环境容积越小,电池热失控最高温度越高,电池火灾危险性越大。荷电状态为100%的电池在10 L容器内热失控最高温度可达887.4℃,热失控时容器内的压力变化为204.1 kPa,质量损失为23.457 g。研究结果可对受限空间中锂离子电池的热失控防控提供理论支撑。     

多区域型兰炭余热回收换热器内颗粒流动分析

研究兰炭颗粒在换热器内的流动特性,对于提高换热器的余热回收效率具有重要意义。基于离散单元法,建立了换热器内颗粒流动过程的离散单元法(DEM)模型,分析了换热器内的颗粒流动。结果表明:兰炭颗粒在换热器三个分区内均为整体流,内换热器间区域颗粒流动均匀性优于内外换热器间区域;流动过程存在着自换热器底部向上传递的速度波,颗粒竖直方向速度为不断脉动过程,且越接近料层顶部颗粒脉动幅度越大;颗粒流经内换热器横管时有明显绕流现象,横管下方形成无粒子区,颗粒流速增大。