陈华军[1]2003年在《旋转曲线管道内流动结构与换热特性研究》文中进行了进一步梳理旋转曲线管道系统广泛存在于实际工程应用中各种旋转机械装置中的管路冷却系统、控制管路系统、流体输送管路系统。在旋转状态下，这些曲线管路系统中的流动和换热特性将会发生什么样的变化，是对管路系统的性能以及旋转装置的运行安全至关重要的问题，也是管道流动中研究很少，又是迫切需要解决的课题；同时，这个课题还可以应用于生物流体力学：当人体处于作高速旋转或曲线运动的飞行器或宇航飞行员训练的旋转装置中，人体血管内血液流动将会发生什么样的变化，是航天生理学研究的重要课题。因此本课题具有重要的理论意义和广阔的应用前景。 本文在总结和分析了一个世纪以来有关曲线管道流动和换热特性的研究成果的基础上，以旋转正交曲线坐标系统下的多参数旋转螺旋管道中的对流传热为物理模型，通过摄动方法和有限体积法，首次对各种截面(圆截面、椭圆截面、环形截面、矩形截面)旋转曲线管道内充分发展流动的流动结构和传热特性(包括耦合对流传热特性)以及旋转曲线管道开口段发展流动的流动结构和换热特性进行了系统的数值模拟和理论分析，详细讨论了各种无量纲参数对管道内轴向速度分布、二次流结构、温度分布、壁面摩擦力、摩擦系数比以及管道Nusselt数的影响，获得了若干创新性成果。 结果表明：旋转曲线管道内充分发展的流动结构和与静止曲线管道存在着明显差别。当旋转方向和主流方向相同时，旋转的作用加强了二次流的强度，使得管道摩擦系数变大，管道换热效果增强；当旋转方向和主流方向相反时，管道内流动结构变化十分明显，F≈-1.2时，流动结构最为复杂，摩擦系数降至最低，换热效果最弱。管道内温度的分布与Pr数密切相关。不同的F下挠率和曲率对流动结构、摩擦系数和Nusslt数的影响不同。对于矩形截面和椭圆截面管道，当控制参数较大时，流动会出现分叉现象。当管道被加热或冷却时，离心型浮力对流动结构和换热特性作用明显，给定的旋转条件下，当Ra_Ω增大或减小到某一临界值，流动会出现离心浮力型不稳定现象。在曲线管道的开口端，流场结构的发展过程与F密切相关，开口端各流动特征量变化十分显着。管道的摩擦系数比沿轴向变化与入口类型以及旋转条件密切相关。由于旋转和曲率的影响，旋转曲线管道的开口端长度相比较直管而言大大增大。管道入口附近的对流换热特性变化十分明显，温度场的发展过程与Pr数以及F密切相关。
方勇军[2]2003年在《旋转管道内对流换热特性以及开口端效应的研究》文中进行了进一步梳理旋转曲线管道系统在自然界和工程应用中随处可见，作为一个典型的物理模型，也是流体力学领域的基本问题之一，对曲线管道内流动的研究始终贯穿着流体力学这一古老学科的发展历程。理论方法和实验方法是自然科学研究基本方法，在旋转弯曲管道这一领域内常用的理论研究方法是近似理论分析和数值模拟，如摄动法就是这领域内基本的理论研究手段之一。纵观一个世纪以来有关曲线管道内流动的研究成果，本文采用了一种具有广阔应用前景的多参数旋转螺旋管道内流动模型，根据张量分析推导了旋转螺旋直角较坐标系和旋转螺旋极坐标系下流体运动的连续性方程和动量方程。然后采用数值计算方法(控制体积法)研究了绕任意轴旋转的圆形管道内的对流换热特性及流动结构，结果表明绕任意轴旋转管道内的对流换热特性主要由Re(雷诺数)，Ro(Rossby砂数)，Pr(普朗特数)数，和α(旋转轴与管道轴线的夹角)四个参数决定。文中分析了在不同α情况下流场结构、摩擦系数比、温度场与管道Nu数比率随Re数和Ro数的变化规律，为工程实际应用提供了理论依据。本文所做的另一个工作就是利用数值计算方法对叁种旋转矩形截面(η=1，η＞1η＜1)单参数弯曲管道内的入口流动进行了研究，分析了在离心力和柯氏力共同作用下各流动参数和管道几何参数(如曲率，Dean数等)对轴向主流、轴向流动到充分发展流所需的入口长度、二次流动形成和发展、摩擦系数比等的影响。通过计算机数值模拟，得到了大量的数据和图形，在对其进行了整理和分析后得出一些结论，并将之与已有文献的实验研究结果和数值计算结果进行了比较，结果基本上一致。
郑闽锋[3]2014年在《振荡管内激波运动及其对冷效应影响的研究》文中研究指明作为一种新型的气体膨胀制冷机,压力波制冷机已在石油化工、空气冷却和低温工程等领域中得到广泛应用,其基本制冷单元—振荡管产生的冷效应主要受管内激波形成和运动的影响。深入研究振荡管内激波的形成原因、激波强度及其影响因素、激波的运动和衰减规律、激波运动对振荡管性能的影响以及基于激波运动的振荡管结构参数、运行参数及管内气流参数的整体耦合关系,不但可以加深对这类非定常流的流动规律及压力波制冷机理的理解,而且可以为压力波制冷机的优化设计提供依据,具有理论和实际意义。本文采用理论分析、实验测试和数值模拟的方法对振荡管内激波的运动及其对冷效应的影响开展了研究,主要工作和结论如下：(1)利用气体动力学原理对振荡管充气瞬间接触面两侧的流动进行了理论分析,给出了管内激波形成的叁种原因。通过理论计算得出相同的进排气参数下,膨胀比ε在2.0～12.0的范围内,采用收缩型喷管形成的入射激波强度最大。(2)分析了实际的充气过程中存在的部分喷射现象,发现管内激波在距离开口端一段位置的管内某处才形成。推导了激波形成位置的理论计算公式,结果表明激波形成位置点坐标x。值与驱动气进气总压和喷管的旋转速度有关,并分析了压力波制冷机在低转速区域中运行时制冷效率很低且变化梯度较大而在高转速下制冷效率变化梯度较小的原因。(3)通过实验结果对振荡管内激波衰减过程进行分析,结果表明入射激波相对强度△px/△p0随着管长相对位置x/L增大而不断减小,入射激波衰减的原因包括气体粘性力和摩擦力作用、对管内气体增压增温而耗散了自身能量以及与封闭端产生的反射激波发生透射和反射作用。探讨了激波衰减对振荡管冷效应的影响,并基于量纲分析和实验数据得到了入射激波相对强度衰减公式,计算结果与实验数据吻合较好,最大误差为5.70%。(4)利用热力学和气体动力学原理分析了振荡管内气流参数变化对入射激波强度及理想制冷效率的影响,结果表明通过管壁强化传热和增大膨胀比的方法可以提高入射激波的强度和制冷效率,而排气时间存在一个适宜选取范围。借助管内激波的运动规律,建立了压力波制冷机的运行参数、工作介质物性参数、结构参数与压力波制冷机性能之间的普遍联系,并推导了这些因素与管内非定常流动的耦合关系。(5)进行了振荡管内激波运动对压力波制冷机制冷性能影响的实验研究,结果表明,压力波制冷机最大制冷效率ηmax先随ε增大而增大,达到最大值后会有所下降,管长L、相对充排气时间比ξ、气体分配器喷射孔相对深度b1/d对η的影响有着类似的规律,而增大振荡管与喷射孔的间距δ和振荡管轴线与喷嘴中心线错位角度Ψ则会导致η急剧下降；安装激波吸收器有利于消除反射激波并提高压力波制冷机性能,分析了激波吸收器结构变化以及振荡管结构参数和运行参数对消波效果的影响。(6)利用数值模拟的方法研究振荡管开口端部分喷射效应及其对管内激波形成和运动的影响,结果表明由于部分喷射效应导致振荡管开口端形成涡旋,驱动气、被驱动气强烈混合,同时驱动气部分泄漏到排气室中,从而影响了入射激波的形成和强度,最后分析了膨胀比、转速等因素对部分喷射效应的影响。
陈雪[4]2010年在《太阳能热光伏系统机理与实验研究》文中指出随着能源的日益紧缺,世界各国致力于寻求新型发电装置。太阳能作为一种洁净能源,既是一次能源,又是可再生能源,有着矿物质能源不可比拟的优越性。太阳能热光伏发电(Solar Thermophotovoltaic, STPV)是目前对太阳光热综合利用的又一种途径。STPV系统具有高功率密度、高转换效率、无运动部件、易于维护等优点,具有广阔的应用前景。本文的目的是研究太阳能热光伏系统的运行机理,优化设计各组成部件,并开展全面的实验研究。具体研究内容主要包括以下几个方面：(1)太阳能热光伏系统机理研究针对STPV系统建立了完整的理论分析模型,采用蒙特卡洛法研究了碟式反射聚光器的会聚性能,分析了太阳光不平行度、跟踪误差、镜面反射误差等对焦面光斑大小及位置的影响；构建了热光伏转换装置间热交换及热电转换过程的物理模型,讨论了各性能参数对电池输出特性的影响；对整个STPV系统建立了效率求解模型,深入探讨了聚光器会聚比、辐射器温度、电池温度、散热器流速等特性参数间的相互影响关系,从而为优化设计STPV系统提供了必要的理论指导。(2)太阳能热光伏系统设计计算对STPV系统的主要组成部件—辐射器、滤波器及散热器进行设计计算。针对不同结构及材料的辐射器建立了温度求解模型,分析了不同结构辐射器的截断因子及能量损失情况,并对其温度分布及对系统性能的影响进行了研究,同时对不同选择性辐射器及带有光子晶体滤波器的灰体辐射器的能量有效利用率及系统效率进行了比较。针对GaSb电池,理论设计了一维微结构光谱控制装置,分析了滤波器与辐射器能量光谱分布及电池的匹配特性；设计了应用于STPV系统的水冷式散热装置,采用CFD软件对水冷式散热器中的流动换热过程进行了数值模拟,研究了结构、材料及流速等参数对散热性能的影响。(3)太阳能热光伏系统热分析对STPV系统中的热交换过程进行了深入研究。构建了辐射器空腔内部自然对流换热的数学物理模型,讨论了开口处对流热损失对辐射器温度及电池输出特性的影响,并提出了一定的改进措施,在不影响吸收的太阳能量的基础上减小了对流损失,并和开口辐射器性能进行了对比,为系统的优化提供了理论依据。研究了热光伏转换装置中辐射器—电池间的能量交换,构建了封闭腔内对流及辐射换热的数学物理模型,得出电池表面辐射及对流热负荷随辐射器温度的变化规律,讨论了对流换热对系统性能的影响。同时,研究了存在自然对流换热时,不同辐射器温度、散热器入口流速及热负荷下电池的输出功率及系统效率,并求得不同辐射器温度下的最优散热器入口流速,以获得系统最佳工作条件。(4)太阳能热光伏系统性能优化及热力学第二定律研究建立了太阳能热光伏系统的优化设计方法以进一步提高系统性能及转换效率。针对辐射器入口处的辐射能量泄露问题,提出了一种选择透过性薄膜,建立了针对选择性薄膜截止波长的优化设计方法,并分析了该选择性薄膜对系统性能的优化结果；从热力学第二定律的角度对STPV系统进行了建模分析,构建了其主要组成部分—辐射器、滤波器及光电池的熵产计算模型,同时计算了各模块的转换效率,讨论了聚光器会聚比、辐射器温度、电池禁带宽度等参数对系统熵产及效率的影响,从另一个角度对STPV系统进行了深入的探讨。(5)太阳能热光伏系统实验研究对STPV系统进行了全面的实验研究,对系统组成装置即聚光器、辐射器、滤波器、电池、散热器等进行了合理的选型及加工,‘实验测试了聚光器、散热器及光伏电池的工作性能；设计了系统中热光伏转换器的整体结构,并进行实验搭建,结合自动跟踪装置,对整个STPV系统进行了现场测试,分析了太阳能量密度对辐射器温度的影响,对不同辐射器入口条件时的温度分布进行了比较,并针对单片及两片并联连接的GaSb电池,测量了不同辐射器温度下的电池输出特性；研究了散热器流速对电池温度及其输出功率的影响；讨论了实验测量值与理论解存在差异的原因。
张玉秋[5]2013年在《永磁直线伺服电机及其冷却系统研究》文中认为永磁直线伺服电机(PMLSM)具有结构简单,运行可靠,体积小,质量轻,推力密度大,效率高,可控性好,运行平稳等优点,已逐渐成为直线伺服系统的主流驱动电机,而如何提高推力密度和削弱推力波动一直是永磁直线伺服电机领域的两个重要研究内容。本文围绕这两个问题,对两种常用结构的永磁直线伺服电机进行了深入研究,分别为适用于轻载、快速反应、高精度特性要求场合的双边空心PMLSM (DAPMLSM)和高负载、大推力要求场合的单边水冷PMLSM。首先基于等效磁化强度法建立了PMLSM磁场分布和推力特性解析计算的统一分层线性模型,适用于不同形状及分布的永磁体、不同交直流电枢电流及不同绕组分布的PMLSM。其次对DAPMLSM进行了电磁设计。推导了空载气隙磁场解析表达式,对其他磁体形状的DAPMLSM提出了将磁体分成矩形块再线性迭加的简化统一的处理方法,并给出了电机各参数的选取原则。指出优化空载磁通密度波形可有效降低推力波动,提高伺服性能。另外,该类电机横向边缘效应较大,会影响气隙磁场分布、使空载反电势和推力幅值减小,因此定义了横向漏磁系数做定量衡量,其主要影响因素为电机横向长度、气隙高度和永磁体厚度。实验样机的测量结果验证了解析模型和有限元分析的可信性。再次,针对单边水冷PMLSM首先对其进行了电磁设计,研究了铁心端部磁场的分布特点；综合运用多种措施有效降低了磁阻力。在建立的直线电机对拖平台上测量了样机的空载与负载往复运动特性,证明了样机具有较好的伺服性能。最后,重点分析了其热特性并设计了合理的水冷系统,大幅度提高了电磁负荷与推力密度。在损耗计算的基础上,建立了叁维温度管流耦合场模型,运算速度快,且可综合考虑修正热源、接触热阻、初次级间热传递、水流流动和冷却等方面对电机温度分布的影响。研究了无水冷和有水冷时不同工况下的热特性,得出最大允许负载电流和最大工作时间,为电机驱动提供指导。总结了PMLSM水冷系统参数和水道的设计原则。附加水冷系统后,在同样的温升限值下,长时间运行的最大推力密度提高为无水冷时的2.6倍,大大提高了驱动能力。在直线伺服系统中添加了空气绝缘隔离和精确水冷系统,降低了工作平台温度,减少了机床部件的热变形,从而保证了伺服加工精度。实验测量结果与温度分析模型计算结果相符,验证了温度分析方法和分析结论的正确性。
梁有仪[6]2012年在《旋转式突扩连通气波制冷机性能研究》文中研究说明气波制冷机是利用气体膨胀来制冷的一种设备。它具有制冷效率高,转速低,适用于气液两相流等优势。但是传统的一端封闭振荡管形式的气波制冷机由于振荡管较长,造成设备体积庞大且振荡管容易断裂,管内气体冷凝后的积液不易排出,这些都将严重影响气波制冷机的正常工作。为了解决上述问题,本文提出了一种旋转式突扩连通气波制冷机。它是利用封闭端突扩连通振荡管来代替传统的一端封闭振荡管。本文从理论分析、数值分析和实验研究叁个方面对旋转式突扩连通气波制冷机进行了较为详细的研究,所做的工作和得到的结论总结如下：(1)在理论分析方面,根据激波、膨胀波理论和接触面运行规律,绘出了突扩连通振荡管内气体流动波图；首次提出振荡管内气柱固有频率的概念,推演出其计算公式,并通过实验对其进行了验证。(2)在数值分析方面,建立了较为完善的旋转式突扩连通气波制冷机的数值模型,研究了气体在振荡管和突扩连通腔内的流动特点,分析了振荡管内接触面的运动规律。通过对振荡管热效应进行分析,提出激波扰动和扰动时间共同决定了管内气体与管壁间传热的推测。(3)在实验研究方面,搭建了实验系统平台,研究了结构参数(振荡管管长、管径)和操作参数(射流频率、膨胀比、出口压力)对旋转式突扩连通气波制冷机等熵制冷效率的影响。对气波制冷机的极值射流频率进行了研究,分析了结构参数和操作参数的变化对其影响。为了剖析旋转式突扩连通气波制冷机制冷性能提高的内在机理,对振荡管内波系运动及振荡管壁的热效应进行了研究,改变振荡管的结构参数和操作参数,分析其变化规律。通过研究振荡管内波系运动及管壁热效应随结构参数和操作参数的变化,可以很好的解释制冷效率随结构参数和操作参数的变化规律。实验中得到最高制冷效率为58.6%,与传统的一端封闭振荡管相比,其效率可比同管长的一端封闭振荡管的效率提高15%左右,有效的减小了设备体积,通过换热器可实现排出冷凝液和热量的集中外输,保证了设备正常高效的工作,节约了能源,应用前景广阔。本文的研究结果对旋转式突扩连通气波制冷机的工业应用和进一步改进具有一定的指导意义。
谢春欣[7]2018年在《全玻璃真空管太阳能热水器掺混现象分析研究》文中提出太阳能以其取之不尽用之不竭的巨大优势使得全玻璃真空管太阳能热水器的利用成为农村实现可再生能源替代传统能源供暖和减少环境污染的有效途径。全玻璃真空管太阳能热水器用于建筑供暖过程中因强制对流的存在会对热水器内温度场、流场产生影响,从而导致供能不稳等问题。为研究太阳能热水器内的流场和温度场,本文以甘肃省兰州市七里河区魏岭乡的一座99m~2单体建筑供暖系统中的第一组全玻璃真空管太阳能热水器作为研究对象,在实际工况下测量并分析了储热水箱、真空管内的温度分布,储热水箱热损系数,利用数值模拟方法研究了强制循环条件下1kg?s、2.85kg?s、4kg?s进口流量以及25°C、35°C进口温度对全玻璃真空管热水器储热水箱内流场和温度场的影响。本文的主要研究结论如下:(1)利用雷诺数Re和瑞利数Ra判断全玻璃真空管太阳能热水器水箱部分和真空管部分内部流体的流态,经计算雷诺数Re=98622.7>4000,水箱内流动状态为湍流;Ra=5.32×10~6?T,而真空管内温差不可能大于50℃,因此Ra?10~9,无论何时真空管内流动状态必为层流。(2)实验结果显示,2018年2月6日为晴天并且环境风速小于1m?s,环境温度在-12.7℃~2.7℃之间,全玻璃真空管太阳能热水器安装倾角为45°,进水口水的平均质量流量为2.85kg?s,真空管内轴向温度低于水箱温度,该情况下距真空管轴向出口端1.7m处水的温度随着时间一直在变化,24小时内基本均低于距真空管轴向出口端0.9m、0.4m处水温。但在12:00-18:00时间段内,由于太阳辐射增强了真空管内的对流换热,1.7m处温度与0.9m、0.4m处水温非常相近,而在其他时间段内,则低于0.9m、0.4m处的温度。由于太阳辐射增强了真空管与储热水箱内水的对流换热,水箱内温度存在分层现象,距水箱顶部0.1m、0.18m处的温度相近,并且在9:00—16:00时间段,真空管内温度与水箱0.10m、0.18m测点位置的温度相近,而0.28m处的温度较低。在没有太阳辐射的时候,由于水箱内的强制对流,并且水箱与真空管的对流换热减弱,因此水箱内温度分布较为均匀。(3)2018年02月06日全玻璃真空管太阳能热水器内真空管温度分层主要发生20:00-00:00及00:00-9:00,温度最大相差3.75℃,储热水箱内温度分层主要发生在9:00-18:00,温度最大相差8.0℃,两个部分温度分层时间基本相反。2018年02月07日17:20-18:00在太阳辐射和强制循环同时存在时间段内,真空管轴向温度分布较均匀,最大相差1.0℃,随着水箱进口温度的增加,水温逐渐升高,但出现了明显的分层现象,最大温差达到8.1℃。(4)通过计算,得到无太阳辐射时真空管内自然对流质量流量为0,非强制循环条件下太阳能热水器的热损系数平均值大小为2.14W?(m~2?℃),强制循环情况下太阳能热水器的热损系数平均值大小为29.08 W?(m~2?℃),两者相差约26.94W/(m~2?°C),后者是前者的12.6倍。(5)通过将2018年02月06日17:20-18:00有强制循环但无太阳能辐射条件下对应试验数据和模拟结果进行对比分析,证明模拟结果和方法是正确的,进而对全玻璃真空管热水器内整体温度场和流场进行分析,结果显示在实验条件下,热水器入口流量为2.85kg?s时,在太阳能热水器储热水箱台肩处以及真空管与储热水箱连接处会形成涡旋,在上台肩处由于主流惯性产生分流,形成比较大的涡旋,并在粘滞力的作用下带动涡旋旋转,而水箱连接处的涡旋强度在轴向先减弱后增强。(6)储热水箱进口温度为均为25°C,入口流量分别为1kg?s、2.85kg?s、4kg?s时,来流质量流量越大,速度降越慢,储热水箱内温降越快,掺混越剧烈;质量流量越大,储热水箱上台肩处涡流越大,能量损耗也越大。(7)质量流量为2.85kg?s,入口温度分别为25°C,35°C时,温度较低的流体能够更快的与储热水箱内流体掺混,但也使得水箱内流体温度降低的更快,从而增加对环境的散热量,降低供暖效率。本课题的创新点如下:(1)分析带有强制循环策略的全玻璃真空管太阳能热水器在一天24h内的温度场,并对强制对流情况下储热水箱热损系数与非强制对流情况进行了对比分析。(2)通过模拟分析真空管插入水箱内部时入口流量、温度对无太阳辐射、强制循环条件下全玻璃真空管太阳能热水器内温度场和流场的影响,揭示了储热水箱内部掺混的机理。
王健[8]2010年在《粮食粉尘爆炸的实验研究与数值模拟》文中提出粉尘爆炸危害对众多涉及易燃粉体制备、使用和处理的行业一直构成持续的安全威胁。粮食行业是粉尘爆炸的多发行业,随着新技术的应用和生产规模的扩大,粉尘爆炸事故日益频繁。粉尘爆炸事故通常会造成严重的人员伤亡及财产损失,甚至导致灾难性的后果。因此,深入开展粮食粉尘爆炸的研究对于预防和控制此类工业灾害性事故具有重要的理论意义和工程价值。本文的特色和创新性工作成果如下：开发了一套基于以太网与OPC技术的多功能粉尘爆炸测定系统。采用LabVIEW虚拟仪器软件平台开发的数据采集与控制系统具有人机界面友好、操作方便安全,实验测试效率较高等优点,可实现实验过程控制、自动数据采集、曲线分析、数据库管理等功能；采用OPC接口技术实现测试计算机和控制箱之间的通讯,使测试系统具有良好的一致性、扩展性和可维护性；采用以太网技术将各子测试系统的控制系统连为一个整体,方便了实验数据的综合分析,保证了测试数据的完整性和一致性。开发了具有特色功能的20L球形爆炸测试装置,该装置是目前唯一支持液体分散的爆炸测试系统,可实现粉尘气体液体蒸汽的爆炸测试；该装置同时还集成了自主研发的大能量电火花发生系统,是目前唯一支持1OkJ大能量静电点火的粉尘爆炸测试装置。所开发的最小点火能测试装置集成了多种放电触发方式,用户可根据需要选择合适的触发方式。对大型管道相连容器系统中的粮食粉尘爆炸进行了实验分析,研究了复杂结构中粮食粉尘爆炸过程的基本规律和影响因素,所用实验粉尘为玉米淀粉和土豆淀粉。研究表明：粉尘反应性、点火位置、初始湍流和粉尘浓度等因素对爆炸发展过程均有重要影响。粉尘的反应性越强,爆炸的猛烈程度越强,火焰传播速度越快,二次爆炸的猛烈程度也越强；点火位置离泄爆口越远,初级容器中的最大泄爆压力Pred,max越高,爆炸通过管道传播后引发的二次爆炸越猛烈；初始湍流对粉尘的爆炸性参数特别是压力上升速率有重要影响,随着初始湍流度的增大,爆炸的猛烈程度增强,火焰和冲击波的传播速度加快；在合适的粉尘浓度条件下,粉尘爆炸程度较为猛烈,火焰传播导致的最终火焰速度和压力峰值均较大。对于管道互连装置,初始爆炸能够引起压力和火焰在连接管道中传播,火焰在管道中传播时会形成正反馈的加速机制,最终引发二次爆炸。本实验研究增进了对管道互连装置中粮食粉尘爆炸发展过程及其影响因素的理解,为粮食工业中复杂结构系统的粉尘爆炸安全防护和优化设计提供了有价值的信息,并为深入的数值模拟研究提供了宝贵的实验校验数据。建立了一个完备的描述淀粉爆炸过程的数学模型。采用了基于欧拉-拉格朗日方法的气固两相流模型,并采用随机轨道模型来描述粒子相,其主要优点是计算简单,当颗粒有较复杂的变化经历时,能较好的追踪颗粒的运动,数值计算时也不会产生伪扩散,并且考虑了气相湍流脉动对颗粒的影响。淀粉粒子的燃烧模型考虑了水分蒸发、挥发分分解、气相反应和颗粒表面反应。气相燃烧模型采用EBU-Arrhenius模型,解决了以往数值模型中不能合理地计算湍流燃烧反应速率的问题,提高了数值模拟的精度。所建立的数学模型是一种通用的有机粉尘爆炸模型,对粮食粉尘爆炸的研究具有重要的实用意义和理论价值。利用CFD软件FLUENT完成了所开发数学模型的计算机实现,对不同情况下的玉米淀粉粉尘爆炸进行了数值模拟研究,并利用实验数据对数值模型的有效性进行了校验。对1m3密闭容器粉尘爆炸的数值研究表明,数值模拟能够全面反映密闭容器中的粉尘爆炸过程,可对密闭空间粉尘爆炸危险性进行预测。对9.63m3容器泄爆过程的数值研究表明,数值模拟可以较好地反映出泄爆过程的流动和燃烧特性,计算结果模拟出了泄爆时的压力波动状况。研究还表明,点火位置对爆炸发展有明显影响,随着点火位置远离泄爆口,Pred,max逐渐增加。对管道中火焰传播的数值研究表明,数值模拟捕获了火焰在长管中传播的主要特征,在整个爆炸过程中,火焰始终是加速传播的,火焰前方的压力波幅值逐渐增强,且压力上升速率越来越快。模拟结果与实验结果符合得较好,说明了本论文建立的粉尘爆炸数学模型的适用性和准确性,应用该模型可以很好地对粮食粉尘爆炸过程进行模拟计算和数值分析。本论文的研究工作填补了国内粮食粉尘爆炸研究领域的空白。论文研究结果具有重要的实用价值,为粮食工业中粉尘爆炸灾害的研究、预防和控制提供了一定的理论基础和科学依据,并为后续的深入研究奠定了坚实的基础。
李明[9]2006年在《可变进气管对汽油机流动特性及性能影响的数值仿真研究》文中研究指明进气管可变技术作为电喷汽油机的一项关键技术,可以使汽油机的进气系统适合较宽的转速范围,使发动机在不同转速下提高充气效率,并且能够保证发动机在高速工况下具有较高的流通性能,在低速工况下缸内气体具有较强的涡流和滚流运动,改善发动机动力性和经济性,降低排放指标。本文主要通过数值仿真方法研究了进气管可变技术对汽油机流动特性及其性能的影响。首先分析了进气管中气流运动的波动效应和能量损失,以及进气管可变长度技术利用谐振增压提高进气充量的原理,分析了进气管可变截面技术在提高缸内涡流和滚流运动,加快燃烧速率,改善发动机性能方面的作用。指出应该合理优化进气管可变控制策略,兼顾发动机低速运转时对气流运动强度、高速运转时对充量系数的要求。研究了内燃机进气过程中一维非定常流动的数值解法。利用一维发动机工作过程仿真软件BOOST,建立了某型号的发动机计算模型,分析了汽油机进气管可变长度技术对发动机性能的影响,并总结出一套确定汽油机进气管可变长度控制策略的方案。借助计算流体力学(CFD)辅助内燃机分析理论,研究了CFD在模拟进气系统中的应用及其模拟精度。利用叁维流体计算软件FIRE对发动机的稳压箱-可变进气歧管-进气道-进气门-气缸系统进行了流场模拟,深入研究了一种旋转叶片式进气管可变截面结构对进气流通特性、缸内涡流和滚流运动的影响情况。研究结果表明,这种可变结构能够在一定范围内改变缸内气体运动的涡流比和滚流比,满足发动机不同工况对于气体运动和流通系数的要求。本文采用计算机辅助分析手段,利用现代化集成研究方法,一维发动机工作过程循环模拟与叁维CFD流场分析并行,对进气管可变长度和可变截面的影响进行了比较全面的分析。在发动机模拟计算和可变进气系统设计分析方面,本文具有一定指导意义。
王艳华[10]2009年在《对冲型振荡管性能研究》文中指出振荡管是气波制冷机的主要元件之一,肩负着耗散管内气体能量的任务。因此,为保证气波机制冷的需要,工业气波机振荡管长度一般较长,振荡管末端温度较低,系统的振荡管壁温分布研究结果比较缺乏。同时,以往研究表明气波制冷机等熵制冷效率随射流频率变化而大幅波动,影响了气波制冷机变工况工作的适应能力。针对以上两个问题,本文采用了数值模拟和实验相结合的方法,对振荡管内流动进行深入分析,提出了振荡管结构的改进方法,并对新型振荡管——对冲型振荡管进行了系统的实验与数值分析,为其实际应用奠定了基础。本论文的主要研究工作及所形成的主要结果与结论如下:(1)建立了完善的气波机实验装置和测试系统,可较好地完成振荡管内瞬态压力、振荡管外壁温度、机器制冷性能及其结构优化等实验工作。建立了多管、多周期气波振荡管的数值分析模型,可对不同结构振荡管内流体流动过程进行模拟,为进一步揭示振荡管制冷机理提供条件。(2)对一端封闭均直振荡管的壁温分布进行研究,结果表明:不同参数条件下,气波机振荡管的壁温分布均为沿管长先迅速上升然后缓慢下降,振荡管的末端温度较低,通过改变参数而提高壁温的幅度有限,即管长利用率较低,并且随着射流频率等参数的变化振荡管管长利用率将变得更低,造成了管材的浪费。(3)对振荡管内压力波的相交透射过程进行的研究表明,激波的相交能引起此处振荡管管壁温度上升,利于管内气体能量的外输耗散,据此提出了对冲型均直振荡管结构,并对其进行了实验与数值分析。结果表明:对冲型均直振荡管实现了激波在两管连通处的相交透射,提高了两振荡管连通处管壁的温度,即提高了振荡管的管长利用率。同时,削弱了返回振荡管入口端激波的强度,振荡管的等熵制冷效率提高;与一端封闭均直管相比,振荡管的等熵制冷效率提高可达5%左右,且等熵制冷效率的波动范围略有降低。(4)根据对冲型均直振荡管的结构特点,结合突扩结构——激波吸收腔削弱反射激波强度的机理,提出了对冲阻尼型振荡管结构,并对各参数对其制冷性能的影响进行了系统实验和分析。结果表明:对冲阻尼型振荡管能够将入射激波反射回膨胀波,消除了反射激波对振荡管制冷性能的不利影响,与一端封闭均直管相比,振荡管的等熵制冷效率提高可达15%左右,且等熵制冷效率曲线变得较平坦,能够提高气波机的变工况工作的适应能力。同时,在保证较高等熵制冷效率的情况下,对冲阻尼型振荡管的管长大幅减小,从而缩小了气波制冷机的体积。
参考文献：
[1]. 旋转曲线管道内流动结构与换热特性研究[D]. 陈华军. 浙江大学. 2003
[2]. 旋转管道内对流换热特性以及开口端效应的研究[D]. 方勇军. 浙江大学. 2003
[3]. 振荡管内激波运动及其对冷效应影响的研究[D]. 郑闽锋. 福州大学. 2014
[4]. 太阳能热光伏系统机理与实验研究[D]. 陈雪. 南京理工大学. 2010
[5]. 永磁直线伺服电机及其冷却系统研究[D]. 张玉秋. 浙江大学. 2013
[6]. 旋转式突扩连通气波制冷机性能研究[D]. 梁有仪. 大连理工大学. 2012
[7]. 全玻璃真空管太阳能热水器掺混现象分析研究[D]. 谢春欣. 兰州理工大学. 2018
[8]. 粮食粉尘爆炸的实验研究与数值模拟[D]. 王健. 东北大学. 2010
[9]. 可变进气管对汽油机流动特性及性能影响的数值仿真研究[D]. 李明. 天津大学. 2006
[10]. 对冲型振荡管性能研究[D]. 王艳华. 大连理工大学. 2009
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