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cfd仿真模拟富氧燃烧工业场景应用技术——赋能工业窑炉节能减碳、提质增效

水泥 2024年第S1期 58-61页

作者：范启生中国建筑材料工业规划研究院北京100035

富氧燃烧是一项高效节能的燃烧技术。近年来,国家在水泥行业大力推广富氧燃烧节能技术,随着cfd仿真模拟富氧燃烧工业场景应用技术的发展,水泥生产线富氧使用方案及富氧制备方案的科学研判有了理论指导;随着制氧设备的投资额及制氧成本... 详细信息

富氧燃烧是一项高效节能的燃烧技术。近年来,国家在水泥行业大力推广富氧燃烧节能技术,随着cfd仿真模拟富氧燃烧工业场景应用技术的发展,水泥生产线富氧使用方案及富氧制备方案的科学研判有了理论指导;随着制氧设备的投资额及制氧成本大幅下降,且设备运行可靠性大幅提升等条件的出现,富氧燃烧节能技术可以在水泥行业实现推广应用。

关键词：富氧燃烧节能技术 cfd仿真模拟工业场景政策导向

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热辐射环境下消防员皮肤烧伤cfd仿真模拟研究

热辐射环境下消防员皮肤烧伤CFD仿真模拟研究

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作者：张珊珊西安科技大学

学位级别：硕士

消防员在作业时常暴露于高温热环境中,热辐射容易引起人体皮肤发生不同程度的烧伤,合理评估高温热辐射环境中消防员热反应是保障消防人员生命安全的重要手段。本研究考虑人体整体及局部与环境之间的换热影响以及消防员皮肤烧伤预测,主... 详细信息

消防员在作业时常暴露于高温热环境中,热辐射容易引起人体皮肤发生不同程度的烧伤,合理评估高温热辐射环境中消防员热反应是保障消防人员生命安全的重要手段。本研究考虑人体整体及局部与环境之间的换热影响以及消防员皮肤烧伤预测,主要工作和研究成果如下: 将暖体假人进行三维激光扫描得到数值假人,并按照人体生理构造划分为20区块;此外,依据逆向工程软件Geomagic将人体模型进行后处理,生成了具有简化的均匀空气层构造(空气层6.35 mm)的服装数值人体模型。通过cfd(Computational Fluid Dynamics)模拟方法计算了换热系数与皮肤温度,并根据已发表文献实验测量值和仿真结果进行验证。通过验证可知所建立的cfd模型精度较好,可用于人体与环境之间的换热模拟。随后,利用所提模型探讨不同风速(0.2-20m/s)和风向(0-180°)下全身和局部部位传热的变化趋势,分析服装参数(发射率、厚度、种类)对皮肤烧伤的影响。结果表明,风速的增加会促进人体与环境之间的热交换,当风速从0.2m/s增加到20 m/s时,人体整体对流换热系数(hc)增加大约23倍;在风向为90°时,人体整体hc在五个风向条件下差异不超过8.5 W/m2·℃,但身体局部部位的最大差异达到52 W/m2·℃,在非对称风向(45°、90°、135°)下,人体hc呈现非对称式分布。服装发射率、服装厚度、服装种类以及风速对于皮肤温度的影响差异范围分别为6.6-13.3%、5.5-6.6%、5.7-10.1%和6.0-15.0%。总的来说,在火灾环境下应考虑火源的位置来采取适当的防护措施,防护服织物厚度的选取应平衡服装热防护性和热舒适性;降低服装发射率是提升防护性能的重要途径之一。本研究生成hc与环境因素(风速、风向)之间的回归方程,为人体传热提供了关于单因素风速以及双因素风速与风向的hc数据库,以及对人体整体及局部开始发生烧伤情况进行预测,为高温热辐射环境下人体热生理参数预测、防护服精准防护性能的测试与研发提供基础数据。

关键词：个体防护 cfd仿真模拟数值假人对流换热系数皮肤烧伤

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基于透氧膜的膜反应器过程cfd仿真模拟研究

基于透氧膜的膜反应器过程CFD仿真模拟研究

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作者：赵特中国科学技术大学

学位级别：博士

透氧膜反应器将氧气分离与催化反应整合在一起,在合成气制备、纯氧燃烧和水分解制氢等多个领域均有良好的应用前景。基于透氧膜的甲烷部分氧化膜反应器使用空气作为氧源来制备合成气,不仅有效降低制氧成本,生成的合成气中不含氮气和NOx... 详细信息

透氧膜反应器将氧气分离与催化反应整合在一起,在合成气制备、纯氧燃烧和水分解制氢等多个领域均有良好的应用前景。基于透氧膜的甲烷部分氧化膜反应器使用空气作为氧源来制备合成气,不仅有效降低制氧成本,生成的合成气中不含氮气和NOx,避免了后续繁琐耗能的非目标产物除杂过程,且供氧方式温和又均匀,相比甲烷与氧气直接共混更为安全,降低了爆炸风险,有效避免局部过热造成膜和催化剂的损伤失活等问题。将甲烷部分氧化膜反应器与甲烷二氧化碳重整或甲烷水汽重整耦合起来可以进一步提高甲烷转化率与合成气产量。基于透氧膜的合成气燃烧膜反应器可作为火管锅炉的火筒使用,合成气燃烧产生的热量用来加热外部的水产生高温蒸汽用于供热。火管锅炉用合成气燃烧膜反应器集氧气分离、合成气燃烧、蒸汽发生和CO2捕获于一体,燃烧后尾气中不含NOx,为工业上亟待解决的合成气稳定燃烧和降低污染物NOx的排放等问题提供了更佳解决方案。基于透氧膜的水分解制氢膜反应器通过原位移除产物中的O2打破了水分解平衡的限制,促使平衡不断向着生成氢气的方向移动,从而可以使反应持续不断地进行,实现氢气的连续性制备。将甲烷燃烧与水分解制氢耦合在一个膜反应器中,通过热交换,可以很大程度补偿水分解反应所需的热量,不但可以提高反应器的制氢能力,还可实现CO2的高浓度捕获。由于耦合了氧分离过程,透氧膜反应器内部行为,如流动、传热传质与化学反应等要比常规反应器更为复杂。而膜反应器的研究大多集中在实验方面,数值模拟方面的研究少有报道,因此对其开展仿真模拟研究十分必要。本论文针对这三种典型膜反应器过程,采用计算流体力学方法建立了各个膜反应器过程的仿真模型,对膜反应器过程进行了模拟分析,探究了各个膜反应器内部运行状态与特性,并研究了运行方式和条件等对膜反应器性能的影响规律。主要工作包括以下几个方面:构建并验证了管式LSCoF-6428膜反应器内甲烷部分氧化反应的二维轴对称稳态cfd模型,分析了甲烷空速、吹扫气中分别加入CO2、H2O及CO2-H2O混合气体对膜反应器温度分布、透氧量、甲烷转化率、H2/CO摩尔比以及合成气产量等性能的影响。研究发现,吹扫气为纯甲烷时,受膜透氧能力的限制,透氧量与合成气产量均随甲烷空速增大先增大而后趋于稳定。1158 K下反应器最优甲烷空速为9.21 min-1,超过该值时合成气产量基本不再增加且甲烷转化率会开始下降。在吹扫气中加入CO2、H2O或CO2-H2O混合气体可以极大提高甲烷转化率与合成气产量,并改变H2/CO摩尔比,但反应器内温度会逐渐降低。当吹扫气中分别加入CO2、H2O与CO2-H2O(CO2:H2O=1:2)混合气体,甲烷空速分别在15.92、17.04和16.51 min-1时,甲烷刚好完全转化,同时反应器内温度刚好降到了 973K,合成气产量分别增大到了6.49×10-08、5.20×10-08和5.64×10-08kg/cm2·s,约为纯甲烷时的2.3、1.8和2倍。加入CO2后合成气中H2/CO摩尔比小于2,加入H2O后大于2,加入CO2-H2O(CO2:H2O=1:2)混合气体后H2/CO摩尔比始终为2,适用于后续的费托反应。改变混合气中CO2与H2O的比例可以调节H2/CO摩尔比。构建并验证了火管锅炉用双流程管式LSCoF-6428合成气燃烧膜反应器的二维轴对称稳态cfd模型,分析了膜反应器的透氧性能和产热能力,并研究了膜两侧入口气体温度、sweep侧气体入口流率、CO2的含量以及合成气的组分变化对膜反应器性能的影响。研究发现,外壁面为485K的等温壁面时,膜温度沿轴向方向先有较大幅度降低,然后由于折流板的作用在靠近feed侧出口处有一小峰值出现。入口处氧通量最大,可达5.30×10-7 mol/cm2·s。产热功率为255.95 W,功率密度可达20.37 kW/m2。膜两侧气体入口温度对膜温度、氧通量和产热功率的影响程度相当。两侧入口气体温度同时从1073升高到1273K时,氧通量从0.59×10-7 增大到了 20.46× 10-7 mol/cm2·s,产热功率从 188.89 增到了 383.81 W,增大了一倍。辐射传热占比约72%-78%,对流占比约22%-28%。膜温度、氧渗透和产热功率均随着sweep侧吹扫气入口流率的增大而增大,随CO2含量的增大而减小,随H2/CO质量比的增大而增大。吹扫气流率从2×10-6增大到4×10-5 kg/s时,产热功率从148.73增到了 217.59 W。CO2质量分数从50%增加到90%时,产热功率从276.14降到了 194.44 W。对于火管锅炉用膜反应器,可以不添加稀释气CO2。H2/CO质量比从0.1:0.9增大到0.9:0.1时,产热功率从189.77增到了 320.75W。随着H2/CO质量比的增大,产

关键词：透氧膜反应器甲烷部分氧化制合成气火管锅炉合成气燃烧水分解制氢甲烷燃烧 cfd仿真模拟

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基于cfd仿真模拟的工业建筑室内风环境研究——以黄石市华新水泥厂为例

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城市建筑 2025年第3期22卷 169-174页

作者：陈铭周小博向文静武汉理工大学土木工程与建筑学院

随着众多工业园区搬迁、废弃,关于工业旧址的建筑改造升级成为当下热点。众多研究表明改善建筑室内风环境能够有效降低建筑能耗,提高人体舒适度,提升建筑品质。文章通过cfd仿真模拟,模拟华新水泥厂内部风环境情形,并分析在夏季工况下,1.... 详细信息

随着众多工业园区搬迁、废弃,关于工业旧址的建筑改造升级成为当下热点。众多研究表明改善建筑室内风环境能够有效降低建筑能耗,提高人体舒适度,提升建筑品质。文章通过cfd仿真模拟,模拟华新水泥厂内部风环境情形,并分析在夏季工况下,1.5 m高度时四种内部空间形式的建筑方案室内风环境情况,并选定最佳形式,为今后在工业建筑室内风环境研究设计方面提供一些思路。

关键词：室内改造工业建筑 cfd仿真模拟建筑室内风环境

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基于cfd仿真模拟的恶臭气体智能化控制

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环境卫生工程 2019年第6期27卷 84-88页

作者：周海燕苏冬云周德生林姝灿上海老港废弃物处置有限公司

城市化发展与恶臭污染的矛盾日益严峻,当前控制技术受限于填埋场恶臭组分复杂、季节变化因素多、变化规律难界定和露天作业封闭难等问题,防治效果不佳。基于cfd仿真模拟技术,采用二氧化氯喷雾氧化除臭技术,通过cfd仿真模拟风场,确认恶... 详细信息

城市化发展与恶臭污染的矛盾日益严峻,当前控制技术受限于填埋场恶臭组分复杂、季节变化因素多、变化规律难界定和露天作业封闭难等问题,防治效果不佳。基于cfd仿真模拟技术,采用二氧化氯喷雾氧化除臭技术,通过cfd仿真模拟风场,确认恶臭污染物的空间分布特征;根据模拟结果选取重点二氧化氯喷雾范围,布置风炮封锁臭气,并提出相应防治措施。各设备确保实时监控,以达到智能化控制恶臭的目的。

关键词： cfd仿真模拟恶臭控制填埋场固体废物

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电热水器热水输出率测算的cfd仿真模拟

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家电科技 2018年第2期 30-34页

作者：盛保敬崔静孙强蔡想周青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司山东青岛266101

本文通过cfd仿真模拟软件,对电热水器热水输出率的测算过程进行了cfd数值模拟,在此基础上,针对不同结构的方案进行了对比分析,最终确定了影响电热水器热水输出率的相关因素。为电热水器提高热水输出率确定了新的技术改进方向,并同步缩... 详细信息

本文通过cfd仿真模拟软件,对电热水器热水输出率的测算过程进行了cfd数值模拟,在此基础上,针对不同结构的方案进行了对比分析,最终确定了影响电热水器热水输出率的相关因素。为电热水器提高热水输出率确定了新的技术改进方向,并同步缩短了开发周期。

关键词：热水输出率 cfd仿真模拟进水系统电热水器

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基于cfd仿真模拟的城市通风廊道规划研究——以六盘水市中心城区为例

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中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2016年第11期 313-314页

作者：董贞志上海同济开元建筑设计有限公司上海200092

本文以六盘水市中心城区通风廊道规划为例,从边界条件的设置、基础数据的获取与处理、现状通风模拟、规划方案通风模拟等方面介绍了cfd仿真模拟在城市宏观、整体层面的通风廊道规划中的应用。作为丰富城市总体规划的一种技术手段,其研... 详细信息

本文以六盘水市中心城区通风廊道规划为例,从边界条件的设置、基础数据的获取与处理、现状通风模拟、规划方案通风模拟等方面介绍了cfd仿真模拟在城市宏观、整体层面的通风廊道规划中的应用。作为丰富城市总体规划的一种技术手段,其研究城市总体布局问题的角度和分析方法具有值得借鉴和推广的意义。

关键词： cfd仿真模拟通风廊道规划

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超声波换能器安装方式对渠道水流特性的影响

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节水灌溉 2023年第9期 114-119,124页

作者：刘然邓忠姜明梁王莹莹中国农业科学院农田灌溉研究所/农业农村部节水灌溉工程重点实验室河南新乡453002 中国农业科学院研究生院北京100081

换能器安装形式的不同会导致同一声道上流速分布不均匀,从而影响超声波流量计的测流精度。为解决这一问题,基于流速—面积法,通过实测与模拟相结合的方法,在矩形渠道上设置换能器V型和Z型2种安装形式,分析换能器安装角度为30°~60&#... 详细信息

换能器安装形式的不同会导致同一声道上流速分布不均匀,从而影响超声波流量计的测流精度。为解决这一问题,基于流速—面积法,通过实测与模拟相结合的方法,在矩形渠道上设置换能器V型和Z型2种安装形式,分析换能器安装角度为30°~60°(梯度为5°)超声波流量计的测流精度。试验结果表明,换能器安装形式为V型,安装角度为40°~45°时,流量相对误差值为-0.06,安装形式为Z型,安装角度为40°~45°时,流量相对误差值为-0.09,换能器V型安装形式的测流精度较高。对矩形渠道建立三维模型,通过cfd模拟不同工况下渠道水流流态与速度分布情况,模拟结果表明,换能器安装角度为60°时,产生直径为5.6cm漩涡,安装角度为30°时,进水口到流速均匀分布的距离为0.5 m,安装角度为45°时,进水口到流速均匀分布的距离为0.3 m,产生直径为3 cm漩涡。换能器安装角度为45°时测流段的流速对称且分布均匀,对涡流和流速分布影响较小。

关键词：超声波流量计换能器安装方式 cfd仿真模拟

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纺织厂空压站通风降温与系统优化研究

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棉纺织技术 2023年第7期51卷 58-62页

作者：鱼登辉颜苏芊靳贵铭秦莉宋伯勇西安工程大学陕西西安710600 陕西科兰特节能技术有限公司陕西西安710043 咸阳纺织集团有限公司陕西咸阳712000

为了改善陕西咸阳某纺织厂空压站内温度过高并且分布不均匀、现有通风系统对空压机组不能有效冷却降温的问题,在夏季测试了目前空压站内的温度和风速分布情况,借助cfd数值模拟作为辅助手段,用实测数据对空压站进行模拟,模拟结果与实测... 详细信息

为了改善陕西咸阳某纺织厂空压站内温度过高并且分布不均匀、现有通风系统对空压机组不能有效冷却降温的问题,在夏季测试了目前空压站内的温度和风速分布情况,借助cfd数值模拟作为辅助手段,用实测数据对空压站进行模拟,模拟结果与实测数据吻合,说明所建立模型是合适的。在此基础上,利用理论计算得出该空压站送风所需的最大风量,进而确定各个出风口的送风速度;用cfd来分析在最大风量下的温度场及速度场。结果表明:增大送风量、降低送风高度可对空压站有效散热、提升降温效果;同时从节能方面考虑,可采用在过渡季节将室外新风利用风管直接引入空压机吸入口的优化方案。

关键词：纺织厂空压站冷却降温 cfd仿真模拟节能技术

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基于cfd分析方法的南海Ⅰ号沉船保存环境研究

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博物院 2024年第5期 122-130页

作者：耿苗广东海上丝绸之路博物馆

2017年对保存南海Ⅰ号沉船的“水晶宫”实施了封闭改造，加装玻璃罩。此后，饱水木质结构船体散发出的异味在玻璃罩内持续扩散难以排除，对于船体的永续保存、观众与工作人员的健康造成了威胁。本文运用采集环境数据、建立cfd模型、采用... 详细信息

2017年对保存南海Ⅰ号沉船的“水晶宫”实施了封闭改造，加装玻璃罩。此后，饱水木质结构船体散发出的异味在玻璃罩内持续扩散难以排除，对于船体的永续保存、观众与工作人员的健康造成了威胁。本文运用采集环境数据、建立cfd模型、采用PMV-PPD热舒适评价指标分析等方法，对现有保存环境的通风系统、空气流动、污染物浓度分布等进行了比较研究，发现了问题及产生原因。并用cfd仿真模拟技术对“水晶宫”内通风系统的优化设计进行了初步探索，提出了调整送排风管、下拉回风管、优化通风调控值等改善措施，为南海Ⅰ号沉船保存环境的预防性保护提供了参考。

关键词：文物保存环境饱水木质文物 cfd仿真模拟南海Ⅰ号沉船

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