检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭学报 2022年第9期47卷 3365-3373页

作者：熊星宇宋中辉梁考武鑫巴黎明彭苏萍华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

固体氧化物燃料电池通常运行在700℃以上的高温环境中,大型电池堆的实验研究成本高,且难以对电池堆内部运行状态进行测量,数值模拟成为探究其内部气-热-电分布特性的重要研究手段。由于固体氧化物燃料电池内部存在化学反应、电化学反应... 详细信息

固体氧化物燃料电池通常运行在700℃以上的高温环境中,大型电池堆的实验研究成本高,且难以对电池堆内部运行状态进行测量,数值模拟成为探究其内部气-热-电分布特性的重要研究手段。由于固体氧化物燃料电池内部存在化学反应、电化学反应和传热、传质等多种物理场的相互耦合,针对常规多物理场全耦合模型难以对大型电池堆进行仿真计算的问题,提出了一种基于BP神经网络的多物理场解耦模型,并对千瓦级交错流固体氧化物电池堆的流场、温度场分布特性和Ⅰ-Ⅴ性能进行了模拟计算。研究结果表明:通过增大燃料进气流量和运行温度可提高电池堆输出功率,但前者影响电池堆燃料利用率和发电效率,后者导致电池堆内部的热应力增大,有密封失效和结构损坏的风险。合理选择燃料气流道高度和配气腔容积能够对燃料流量均匀性具有显著影响。计算结果显示,当燃料气流道高度从0.5 mm降至0.3 mm时,电池堆在燃料流量均匀性提升2%的情况下最大温度差降低了17%,表明较好的燃料流量均匀性能较大程度的改善电池堆内部温度场分布,降低电池堆最大温度和热应力。通过与自研的千瓦级电池堆实验结果对比,表明该多物理场解耦研究方法能够很好的应用于大型电池堆的模拟计算。

关键词：千瓦级电池堆固体氧化物燃料电池(SOFC) 交错流电池堆多物理场耦合 cfd模拟计算 BP神经网络

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缩放管内气液两相流流动规律的数值模拟研究

缩放管内气液两相流流动规律的数值模拟研究

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：王天睿魏超许晓飞大连理工大学流体与粉体工程研究设计所

微气泡具有气泡比表面积大、溶解度高和气液相间传质速率快等特点。缩放管可用于生成微气泡,因其结构紧凑、发泡效率高和能耗低的特点,在化工、环保和能源等领域有广泛应用。缩放管内气液两相流动复杂,要明确缩放管内微气泡的生成规律... 详细信息

微气泡具有气泡比表面积大、溶解度高和气液相间传质速率快等特点。缩放管可用于生成微气泡,因其结构紧凑、发泡效率高和能耗低的特点,在化工、环保和能源等领域有广泛应用。缩放管内气液两相流动复杂,要明确缩放管内微气泡的生成规律并探明缩放管气泡破碎机理,掌握缩放管内气液两相流流动规律并分析缩放管内气液两相流的影响因素是关键。针对上述问题,基于混合模型建立缩放管内气液两相流流动模型,采用前人的实验结果验证模型的可靠性;利用校核的数值模型确定缩放管内气液两相流动的一般规律,探讨气液两相相间滑移和空化发生对缩放管内气液两相流动的作用规律,考察缩放管入口液相流速、入口不凝气体积分数和出口背压对缩放管内气液两相流流动的影响规律。模拟研究发现,缩放管内气液两相流存在亚音速流和超音速流两种流态,亚音速流压力最小值和速度最大值出现在喉部,而超音速流在扩张段存在明显的气液两相激波,在扩张段激波面附近有明显的压力跃升、速度的快速降低和气体体积分数大幅减小;气液两相见存在明显的相间滑移,气相速度和液相速度在喉部和激波面附近差异明显;空化发生对缩放管内压力和气液两相流速影响不大,由不凝气体积分数和空化蒸汽体积分数组成的混合体积分数与不考虑空化条件下不凝气的体积分数相近,空化的发生抑制了不凝气的进一步膨胀,原本由不凝气膨胀占据的体积被空化泡占据;随着入口液相流速的增大,缩放管内气液两相流由亚音速流发展为超音速流,超音速流下气液两相激波面也更靠近出口;随着入口不凝气体积分数的增大,缩放管内超音速流下气液两相激波面逐渐向缩放管出口移动,喉部和激波面之间的范围内液相流速变化不明显、混合体积分数大幅增大;随着出口背压的降低,激波面向文丘里管的下游移动,空化愈发显著,空化蒸汽在混合体积分数中占比不断增加,并在到达气液两相激波面前达到最大。

关键词：缩放管气液两相流空化 cfd模拟计算影响因素分析

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基于cfd耦合化学动力学的柴油引燃天然气发动机燃烧与排放机理研究

基于CFD耦合化学动力学的柴油引燃天然气发动机燃烧与排放机理研究

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作者：舒俊湖南大学

学位级别：博士

雾霾作为影响中国最为广泛的环境污染方式之一,严重影响到了我国人民的身体健康。同时,日益增长的能源需求,使我国面临严峻的能源危机。而内燃机既是造成雾霾的主要来源之一,也是能源消耗的主要工具。因此,寻找高效、清洁的内燃机替代燃... 详细信息

雾霾作为影响中国最为广泛的环境污染方式之一,严重影响到了我国人民的身体健康。同时,日益增长的能源需求,使我国面临严峻的能源危机。而内燃机既是造成雾霾的主要来源之一,也是能源消耗的主要工具。因此,寻找高效、清洁的内燃机替代燃料,并组织合理的燃烧方式,对于解决我国大气污染与能源危机具有重大意义。天然气作为储量丰富的清洁燃料,在内燃机上应用通常有火花点燃和柴油引燃两种方式,均引起了学者们的广泛关注。仅仅采用火花点火的方式,会因火焰传播速度慢而容易引起爆震和燃烧不稳定等问题。相比于火花点火方式,柴油引燃天然气（Diesel Pilot Ignited Natural Gas,DPI NG）的燃烧方式可以有效解决上述问题。目前,这一燃烧方式广泛应用于重型天然气汽车。本研究开展了多种工况下的DPI NG双燃料发动机试验,基于DPI NG的试验数据,建立了耦合化学反应动力学机理的三维cfd仿真模型,并利用试验结果对模型的有效性进行了验证。基于化学反应机理,运用Chemkin研究了初始温度、初始压力、当量比和混合比对甲烷/正庚烷（CH4/NC7H16）混合燃料滞燃期的影响。然后,通过试验数据结合GT-Power模拟结果,研究了喷油正时对DPI NG发动机缸内燃烧过程与排放生成特性的影响。最后,基于验证的cfd模型,研究了喷油夹角、过量空气系数、替代率、涡流比和燃烧室结构对缸内燃烧过程、排放生成特性和热功转换过程的影响。论文的研究结果表明:（1）在初始温度为800 K到1100 K的低温区域,滞燃期同时受温度、压力与甲烷摩尔分数的影响。因而,在高甲烷摩尔分数下,提高当量比和增大初始温度可以达到同样缩短滞燃期的效果。而在不同的当量比下,反应R98都是甲烷消耗的最主要原因,反应R342是对温度具有积极影响的重要反应。为了加快燃烧,需要加强有利于反应R98与R342进行的条件。（2）喷油夹角对缸压、放热率（HRR）、燃烧效率和指示效率的影响表明必须同时优化喷油夹角和燃烧室的形状,才能在相同喷雾角度下获得最佳燃烧效率和最高指示功。而要获得较理想的燃烧过程,并且兼顾氮氧化物（NOx）、未燃CH4和一氧化碳（CO）的排放,最佳喷油夹角应在120°至160°之间。（3）增大喷油提前角虽然可以有效提高最大缸内压力和最大HRR,同时,会导致NOx的迅速增加和碳氢（HC）的轻微上升,但有效热效率却是先升高后降低。另外,喷油提前角对50-90%燃烧持续期的影响比10-50%燃烧持续期的影响大。当CH4能量分数从50%上升到90%,NOx和未燃甲烷排放增加,CO排放量先增加然后减少。（4）在50%负荷下,当λ从1.0增加到1.5时,最大缸内压力增加并且其位置提前,HRR迅速增加的位置也出现的越早。同时,随着λ从1.1增加到1.5,放热过程的持续时间会变长,并且最大HRR会降低。随着λ的变化,NOx和HC表现出“此消彼长”的关系,而λ保持在1.2以上,CO排放量就会保持在较低水平。（5）当涡流比增加时,最大缸内压力和放热率先增加后减小。而随着敞口大小变大和凹槽深度变浅,峰值压力和峰值放热率均变小,SOC和CA50位置在低速高负荷和高速低负荷中均出现了推迟。而涡流比超过2后,继续增加涡流比对初始燃烧阶段的影响变得很小,而要获得最佳CA50位置,需使涡流比维持在1左右。在微量DPI NG发动机中活塞敞口大小与凹槽深度仍然需要与柴油机类似,这样有利于缸内燃烧。通过cfd耦合化学反应动力学模拟研究,揭示了关键参数对DPI NG发动机燃烧过程和排放形成机理的深层原因,获得了各种工况下各种参数的最优值,为进一步改善微量DPI NG发动机的动力性和排放性提供了理论依据。

关键词：化学反应动力学柴油引燃天然气喷油参数 cfd模拟计算燃烧过程

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船舶烟气及颗粒弥散现象数值模拟

船舶烟气及颗粒弥散现象数值模拟

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作者：王琪玉大连理工大学

学位级别：硕士

船舶作为海上运输的重要交通工具,其发展与社会经济、社会科学技术和人类的需求有很大的关系。与车辆,飞机和其他交通工具相比,船上大多数机械设备使用的燃料是柴油,重油甚至是渣油,它们具有油耗高,燃烧条件恶劣和污染物排放大的特点。... 详细信息

船舶作为海上运输的重要交通工具,其发展与社会经济、社会科学技术和人类的需求有很大的关系。与车辆,飞机和其他交通工具相比,船上大多数机械设备使用的燃料是柴油,重油甚至是渣油,它们具有油耗高,燃烧条件恶劣和污染物排放大的特点。船舶排放的尾气不仅包含对空气造成危害的有毒烟气,同时也含有部分因燃料未充分燃烧生成的固相颗粒。船舶在航行时排放的烟气和微小颗粒可能漂浮并沉落在甲板区域,不仅会对船舶造成污染,而且还会给在甲板上工作的船员带来极大的不适感。基于上述原因,本文应用计算流体动力学理论,探讨船舶在不同风速、风向及烟囱结构时的尾气扩散规律,着重研究烟囱尾气中颗粒的沉降规律。主要研究结论如下:（1）对船舶在不同速度和风向时的烟囱尾气进行数值仿真模拟,观察计算的结果可以得出:当风速越大,烟囱排出的烟气及颗粒扩散的距离越远,越不容易卷入甲板上方的湍流区域内;船舶受到风速为15.4kn的顺向真风作用时,15°是一个临界角度。当作用在船上的顺风角度为15°时,在上层建筑附近的湍流区域强度由于接触面积的增大而变大,此时不利于尾气的排放;作用在船上的顺风角度大于30°时,甲板上的气流运动方式由垂直流动主导变为水平流动主导,有利于烟气和颗粒的扩散。（2）对船舶在不同烟囱结构时的烟囱尾气进行数值仿真模拟,观察计算的结果可以得出:船舶在相对风速为5.4kn、风向为0°的环境因素中航行时,烟囱设计高度的过高和过低都不利于船舶烟气和固相颗粒的排放。通过对日韩经验公式推荐的高度进行分析,得到该工况时的最佳烟囱设计高度范围为0.8H-1.0H,H为日韩经验公式计算的推荐高度。而当在风向为15°的环境因素中航行时,最佳的烟囱高度范围为0.9H-1.0H;船舶烟囱的开口方向对烟气的扩散和固相颗粒的沉降会产生一定的影响。

关键词：尾气扩散 cfd模拟计算烟囱高度固相颗粒多相流模型

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吸油烟机排烟管破裂特性分析

吸油烟机排烟管破裂特性分析

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2020年中国家用电器技术大会

作者：周骏尧广东万家乐燃气具有限公司

本文以吸油烟机排烟管破裂为切入点,首先对用户使用环境进行分析,然后在实验室内还原现场并采集数据,再进行cfd模拟计算,并验证cfd模拟准确性。最后对不同安装状态的排烟管分析,得到管内的压强变化规律,提出改善措施及合理检测手段。通... 详细信息

本文以吸油烟机排烟管破裂为切入点,首先对用户使用环境进行分析,然后在实验室内还原现场并采集数据,再进行cfd模拟计算,并验证cfd模拟准确性。最后对不同安装状态的排烟管分析,得到管内的压强变化规律,提出改善措施及合理检测手段。通过cfd仿真软件模拟分析,提高解决问题的效率,为以后类似问题积累解决经验。

关键词：吸油烟机排烟管 cfd模拟计算

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小型堆安全壳冷却水池的流动传热研究

小型堆安全壳冷却水池的流动传热研究

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作者：刘军华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

NuScale是一种主要的浸没式小型模块化反应堆。在外部冷却水供应失效的长期冷却过程第一阶段,安全壳内的压力和堆芯中的温度与冷却水池的传热效率密切相关。如果堆芯衰变余热难以通过安全壳排出到冷却水池,则会造成安全壳内的压力升高... 详细信息

NuScale是一种主要的浸没式小型模块化反应堆。在外部冷却水供应失效的长期冷却过程第一阶段,安全壳内的压力和堆芯中的温度与冷却水池的传热效率密切相关。如果堆芯衰变余热难以通过安全壳排出到冷却水池,则会造成安全壳内的压力升高和堆芯内温度的迅速升高,威胁反应堆的安全运行。因此,研究在水冷过程中能否有效地通过冷却水池内自然对流排出余热是具有重要意义的。冷却水池的流场速度和温度场对于有效且安全地从安全壳中排出余热非常重要,因此,本文主要对冷却水池内的速度场和温度场进行了实验和数值计算两方面的研究。在实验中,搭建了一个按比例缩小的实验台架,利用热电偶用于测量不同位置的温度,利用粒子图像测速(PIV)系统测量速度场。在数值计算中,利用Fluent 15.0软件进行网格数量、湍流模型、时间步长的敏感性分析和瞬态计算,其中SKE k-ε、RKE k-ε、RNG k-ε和雷诺应力模型(RSM)用于灵敏度分析,并且RKE k-ε模型用于瞬态计算。并初步分析了冷却水池初始温度、保温层和安全壳壁面粗糙度对流动传热的影响。实验结果表明,在NuScale冷却水池的长期冷却过程中,温度在垂直方向上有很大差异,而在水平方向上的差异很小。由于自然对流的建立,速度在300s之前迅速增加。随着时间的推移,热分层发生,冷却池的速度开始下降,因为热分层阻碍了自然对流循环,使其变得微弱。将实验结果与数值计算结果对比,两者在温度场和速度场的分布与大小获得一致。

关键词：冷却水池速度场热分层 cfd模拟计算

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基于cfd的某船用柴油机气道性能分析与优化

基于CFD的某船用柴油机气道性能分析与优化

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作者：张震山东大学

学位级别：硕士

Z6170型柴油机是淄柴动力有限公司在上世纪九十年代自主研发的船用柴油机,在市场上占有很大的份额。通过市场走访发现,由于早期气缸盖铸造的木模长期使用后变形量较大,导致后期以木模为基础制作的金属模具与设计差别较大,进排气道流通... 详细信息

Z6170型柴油机是淄柴动力有限公司在上世纪九十年代自主研发的船用柴油机,在市场上占有很大的份额。通过市场走访发现,由于早期气缸盖铸造的木模长期使用后变形量较大,导致后期以木模为基础制作的金属模具与设计差别较大,进排气道流通效率不够理想。基于上述情况,为提高柴油机的整体性能,对目前的柴油机进排气道进行评价分析并做出优化是非常有必要的。本文主要研究内容如下:(1)采用气道稳流试验台测量Z6170柴油机进、排气道的流量系数和进气道的涡流比,利用三维绘图软件绘制进、排气道的模型并选用专业的模拟分析软件对进、排气道进行cfd计算,再将cfd计算结果与实测结果作比对,证明了模型的建立是准确的,同时根据cfd的计算结果确定了进、排气道的改进方向;(2)首先采用三维绘图软件Creo对气道的模型进行局部优化设计,然后利用AVL-Fire软件模拟计算分析气道模型的流通性能,并将计算结果与原气道性能参数进行对比,如果流量系数有所提高的话,再采用数控加工的方法获得气道的实物模具并进行吹风试验,以便通过试验结果验证结构优化对提升进排气流经气道的影响。如果一轮优化结束后的结果达不到预期要求,则按上述方法进行下一轮优化。三轮优化后,最终得到的进气道平均流量系数达到0.3368,提升了 14.21%,平均涡流比达到2.505,提升了 11.28%。两轮优化后,最终得到的排气道流量系数提高到0.3910,提升了 16.86%;(3)在优化后的进排气道基础上进行气缸盖的改进设计,并进行生产试制,检验合格后,在柴油机试验台上进行装机对比试验,验证气道改进是否达到了设计预期的效果。台架试验表明:气缸盖进排气道优化后,Z6170柴油机按推进特性和低速大扭矩特性运行时,燃油经济性均得到了显著改善,燃油消耗率最高降低了 8.5 g/(kW.h)。

关键词：柴油机进排气道气缸盖 cfd模拟计算

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基于cfd的船用柴油机燃烧与颗粒物排放分析

基于CFD的船用柴油机燃烧与颗粒物排放分析

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作者：牛志坚山东大学

学位级别：硕士

喷油器是柴油发动机喷射系统的最终执行机构,对燃油射流的雾化质量起着至关重要的作用,最终它直接体现在柴油发动机的动力性指标、经济指标和有害物质排放指标上。燃油在气缸内的雾化程度直接影响到发动机的颗粒物排放,因此深入研究分... 详细信息

喷油器是柴油发动机喷射系统的最终执行机构,对燃油射流的雾化质量起着至关重要的作用,最终它直接体现在柴油发动机的动力性指标、经济指标和有害物质排放指标上。燃油在气缸内的雾化程度直接影响到发动机的颗粒物排放,因此深入研究分析燃油在气缸内雾化的影响因素有着重大的意义。主要工作如下:(1)利用cfd三维流体模拟分析软件,模拟柴油机喷油孔燃油流动状态和喷孔外燃油雾化情况。选取了三个不同喷孔参数的喷油器,进行了喷油器内流体实体模型创建,利用ANSYS Workbench的Mesh模块对模型进行网格划分,采用Inflationmesh网格划分方法处理边界层,加入了两相流的模型以及空穴模型,对模型施加约束和载荷确立了初始条件,带入求解器,获得三个方案的喷油器各自在压力、湍动能、气相密度、流速、速度矢量等关键参数各三维流场的分布图制作各场分布云图来描述燃油的流态,通过对云图的对比和分析。分析讨论了各因素对燃油物化的影响规律。(2)利用了 AVL Fire软件建立了 L250型柴油机燃烧计算的三维模型,选取了能代表整个缸内燃烧过程的扇形区域,对湍流、喷雾、自燃、燃烧等参数进行设置,确定了模型中的各参数取值。仿真计算值与实测值吻合较好基本反映汽缸内的实际燃烧过程。对不同喷孔方案对燃烧过程中颗粒物生成相关的浓度场与温度场的分析,讨论了哪种情况更有利于控制碳烟排放。(3)对不同喷孔参数的喷油器进行柴油机台架试验,喷油器喷孔参数改变,影响了从燃油的雾化状态,并最终影响了柴油机的颗粒物排放、燃油经济性、排气温度、最大爆发压力等指标,并确定了最优方案。

关键词：柴油机喷油嘴 cfd模拟计算碳烟空穴现象燃油雾化

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压缩机厂房可燃气体泄漏扩散的数值模拟

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石油与天然气化工 2018年第1期47卷 115-120页

作者：范勇荣蕾李胜利李麟孙德静田涛中国石油管道局工程有限公司设计分公司中石油北京天然气管道有限公司华北储气库分公司

为了对长输管道压缩机厂房内可燃气体泄漏进行定量分析,使用CFX软件,对长输管道压气站压缩机厂房内的可燃气体泄漏进行了数值模拟计算。计算中介质为中亚天然气和常温常压下的空气,采用标准的κ-ε双方程湍流模型,对压缩机厂房内潜在泄... 详细信息

为了对长输管道压缩机厂房内可燃气体泄漏进行定量分析,使用CFX软件,对长输管道压气站压缩机厂房内的可燃气体泄漏进行了数值模拟计算。计算中介质为中亚天然气和常温常压下的空气,采用标准的κ-ε双方程湍流模型,对压缩机厂房内潜在泄漏点发生泄漏时进行计算。研究结果表明,可燃气体在厂房顶部呈"倒7"型分布,除泄漏点周围外,可燃气体含量最大的区域贴近屋顶处,该研究为压缩机厂房内可燃气体探测器的布置提供了量化的参考。计算结果得到了厂房内可能存在的可燃气体聚集点,并针对性地增设了通风口,消除了可燃气体聚集情况。

关键词：压缩机厂房 cfd模拟计算可燃气体长输管道通风

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离心泵抗汽蚀性能改型计算

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化工设计通讯 2018年第2期44卷 133-133,155页

作者：林凯中海石油华鹤煤化有限公司黑龙江鹤岗154100

对离心泵汽蚀性能进行了详细的cfd模拟计算,提出了改善汽蚀性能的措施,并在正在加工的叶轮上实施。

关键词：离心泵汽蚀 cfd模拟计算

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