气溶胶在全混通风小室中浓度衰减的试验研究

研究了通风小室内不同粒径气溶胶颗粒(0.3 ～ 0.5 μm、0.5～1μm、1～2μm以及2～5 μm)的沉积率在6种典型室内换气次数(6.51h-1、7.81 h-1、9.11 h-1、10.42 h-1、11.72 h-1以及13.02 h-1)下的变化情况.采用安装Laskin喷嘴的QRJ-1型气溶胶发生器产生气溶胶颗粒,使用BCJ - 1D型激光尘埃粒子计数器测量室内一点的气溶胶颗粒浓度变化.结果表明,在上述6种换气次数下,气溶胶浓度的衰减均与时间近似呈对数关系.相同换气次数下,气溶胶颗粒的沉积率随着粒径的增加而增加;对于同一粒径颗粒,气溶胶的沉积率随着换气次数的增加而增加.换气次数在9.11 h-1以下时,增加换气次数对颗粒沉积率的影响显著;换气次数在9.11 h-1以上时,增加换气次数对颗粒沉积率的影响较小.在较小的换气次数下,颗粒沉积率的增加快于换气次数的增加;而在较大的换气次数下,增加换气次效时,颗粒沉积率的增加速度与换气次数基本一致,而颗粒被排风带走的比例较稳定.     

烧结机头脱硫配套湿式电除尘器的流场模拟及优化设计

分析湿法脱硫顶部设置湿式电除尘器的结构形式,采用CFD流场优化设计,重点研究了湿电极管入口和极管内的流场;对比分析了优化前、后的流场分布情况,结果表明湿电侧部出风是导致流场偏流的主要原因.通过增设导流叶片和非均匀开孔孔板,优化了湿电极管内部流场,满足了流场设计要求,充分发挥了湿电除尘的效能.该流场设计方案在多个烧结机头...     

多因素影响下尾矿库坝体沉积特性的试验研究

为了研究尾矿颗粒的沉积特性,基于四川某尾矿库进行颗粒取样,并利用室内筛分试验和恒定水流理论对尾矿颗粒的沉积特性进行分析。研究结果表明:干滩面上的沉积规律宏观上表现为前粗后细的规律,并可概化为"粗化—缓慢细化—细化"的变化过程,局部位置出现粒径的突变;干滩面上不同位置均出现了临界粒径,而该粒径的出现标志着某一粒径尾矿含量的显著增多;堆积坝体的颗粒粒径整体呈上粗下细的规律,不同深度位置有夹层、互层、交错层等现象出现;尾矿颗粒的分离流速随着尾矿粒径的增大而变小,而重力与水流拖拽力呈三次线性关系;当选矿工艺一定时,尾矿颗粒在干滩面上的沉积与颗粒流速成正比,和干滩坡度、尾矿粒径成反比。     

冬季烟塔合一烟气排放特性及其改善措施研究

针对烟塔合一冷却塔(Natural Draft Dry Cooling Tower,NDDCT)在冬季关闭冷却塔百叶窗时存在烟气排放困难的现象,以及导致冷却塔内污染物浓度大幅升高、进而增加冷却塔内壁腐蚀风险的问题,提出了增加烟囱高度的改善措施,并开展了风洞试验。基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法建立了烟塔合一数值模型以获得冷却塔内部流场和污染物浓度场的分布特性,模拟对比了春季工况和冬季工况条件下烟塔合一冷却塔内部及出口位置的流场和烟气扩散特性。结果表明,由于百叶窗关闭导致冷却塔的通气量和换热量大幅度下降,冷却塔内部的流场变得杂乱无章,污染物质量分数大大增加。与春季相比,冬季冷却塔内壁污染物最大质量分数增加了1.5倍。随烟囱高度增加,烟气可以凭借其初始动能抵御冷却塔内的湍流冲出塔外,冷却塔内部的烟气扩散情况逐渐改善。定性风洞试验结果较好地验证了数值模拟结果,验证了该方法的可行性。虽然增加烟囱高度会增加施工初期的投资,但该方案能有效降低冷却塔的腐蚀风险,不但节省了后期防腐的投资,而且降低了安全风险。从长远来看,该措施利大于弊。     

生物质灰在高温旋风除尘器内捕集过程数值研究

生物质气化站旋风除尘器的内部流场为高温强旋湍流流场,研究其中生物质飞灰颗粒在该高温流场中的运动和分布规律十分必要。鉴于高温下测量飞灰颗粒的运动和分布规律较为困难,应用FLUENT软件对高温旋风除尘器内部风流-飞灰耦合运移规律进行数值模拟。研究结果表明:高温旋风除尘器内部的静压、动压和全压分布均呈现良好的轴对称性;飞灰颗粒整体浓度分布呈螺旋状分布,分离空间的浓度较高,而环形空间顶端出现"顶灰环"现象,器壁附近则呈现波浪状;当燃气温度为200℃时,旋风除尘器的分离效率在风速为24 m/s时最高;在生物质气化站的实际生产过程中,应根据进入旋风除尘器燃气的实际温度来调节风机参数,以使燃气的进口速度调到最佳,进而使分离效率达到最优。     

新型油烟净化装置机理分析及其数值模拟

针对现有油烟净化技术存在的问题,提出了一种将惯性分离、过滤和湿式洗涤相结合的复合式油烟净化方法.为深入研究该净化装置的性能,利用CFD(计算流体力学)仿真技术,采用多参考系模型(MRF)、多孔介质模型和颗粒随机轨道模型(DPM)对净化装置进行数值模拟.对比分析叶片不同转速下装置内部流场区域的压力分布、速度分布和颗粒的运动状态,选择最适宜的转速,可保证装置有较好离心效果的同时,压力损失不会过大.     

负压隔离器内病毒空气传播影响因素的研究

病毒活性及病毒气溶胶粒径是病毒空气传播实验中的重要影响因素。病毒活性主要与环境温湿度有关。为了研究负压隔离器内颗粒粒径的影响因素,测量了实际运行工况下的两种粒径的颗粒浓度,并对不同换气次数、送风温度下颗粒浓度和粒径分布进行数值模拟。结果表明,不同粒径颗粒分布规律趋于一致;增加换气次数会导致气流旋涡区域颗粒浓度升高;随着换气次数的增加和送风温度的增大,颗粒平均粒径增大;减小换气次数能显著提高颗粒中0~0.01 mm粒径范围颗粒的占比。     

极端温度下帐篷内部热环境适应性实验及模拟研究*

为揭示民用救灾帐篷热环境适应性变化规律,通过大尺度环境气候舱构建高温与低温环境,采用Ansys Fluent商用软件代码进行仿真验证,并对帐篷蓬围结构和内部热环境分布变化规律进行实验与数值模拟。研究结果表明:使用大尺度环境舱直接进行模拟帐篷内外热环境变化可行,其内部热环境变化规律与实验基本一致;帐篷特殊的篷围结构导致高温环境下帐篷内部温度高于外界,帐内人员头部和脚部温差可达5 ℃,低温环境下帐篷同一高度横向区域温度对称分布,在中心区域温度较低,边缘和中心温差近8 ℃。     

干燥蠕变与浸水湿化泥质岩粗粒土时效变形特性试验

由于环保及土地资源保护的迫切需要,泥质岩类软岩开挖粗粒土广泛应用于填方体工程,其蠕变及湿化变形是导致填筑体土工结构安全隐患的主要原因,已成为影响山区机场、土石坝及道路铁路路基等设施长期变形及稳定性问题的重要因素.为揭示粗粒土在干燥及浸水环境下的时效变形特性及其影响因素,以四川红层开挖土石料配置成不同缩尺的粗颗粒土,在模拟竖向加载及侧向约束下,对粗颗粒土干燥与浸水湿化蠕变特性进行了试验.结果表明:不同缩尺下的粗粒土具有不同的级配曲线,等量替代法缩尺模型粗颗粒质量占比最大,混合法缩尺模型粗颗粒质量占比居中,相似级配法缩尺模型粗颗粒质量占比最小;粗粒土干燥蠕变与浸水湿化蠕变特性差别较大,干燥蠕变主要因受力颗粒骨架时效变形引起,浸水湿化蠕变主要因颗粒软化破碎及结构重新排列引起;粗粒土干燥及浸水下时效变形特征与颗粒级配和细颗粒含量等密切相关;粗粒土干燥阶段的变形可采用分三部分的变形模型进行拟合,而浸水阶段的变形可采用广义凯尔文模型拟合,拟合效果良好.     

基于ANSYS CFX的防毒面具内部流场分析

本文通过分析防毒面具罩体内的流体在吸气情况下的数值变化情况,将面具流体模型导入ANSYS CFX模块中,对模型内部流场进行数值模拟和仿真,得出该面具模型在实验条件下的内部流场和压力分布情况。通过分析,不仅得到重要优化参数和改进参考,而且能够缩短研制周期,实现对模型的结构优化再设计。     

水平弯管内硫沉积数值模拟研究

元素硫在集输管道中沉积会引起堵塞和腐蚀问题,而弯管是集输管道中较易出现硫沉积的部位之一。为此,采用数值模拟的方法研究水平弯管内的硫沉积问题,首先利用雷诺应力模型对流场进行模拟,其次采用Lagrange颗粒轨道模型对硫颗粒进行模拟追踪,研究不同因素对硫颗粒在弯管中沉积率的影响。结果表明:弯管内壁会出现负压区和低速区,气流速度和弯曲比会对流场产生影响;硫颗粒在弯管中的沉积率随流速、粒径和弯曲比的增大而增大;硫颗粒沉积是重力和离心力共同作用的结果,其中离心力是导致弯管中沉积率增大的重要原因。     

水力压裂冲蚀磨损对连续管剩余寿命影响研究

针对水力压裂中连续管内壁冲蚀磨损严重和连续管易失效的问题,基于液-固两 相流和冲蚀理论,建立了连续管内部砂砾冲蚀模型。采用Grant和Tabakoff模型求解砂 砾冲蚀速率,借助实验数据验证了CFD数值模型。利用该模型研究了连续管在不同弯曲 度、砂砾粒度、压裂液注入量、质量流量、压裂液粘度对连续管内壁的冲蚀特性。研究 表明:弯曲连续管比直连续管冲蚀磨损严重,且弯曲度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较 大。随着注入量的增加,壁厚平均损失值和壁厚损失峰值呈现快速递增趋势。支撑剂固 体颗粒的粒度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较大,粒度为40目时连续管冲蚀速率最大。 随质量流量的增加,连续管剩余寿命呈线性下降。随压裂液粘度的增加,连续管内壁冲 蚀速率总体呈现下降趋势。     

油水两相流弯管处安全分析

针对油水两相流经过弯管时的流向改变会导致流体速度和压力发生突变,造成发生静电事故和腐蚀事故风险上升 的不利影响,提出了RSM模型和Mixture模型相结合的安全分析方法。该方法对不同入口速度和含水率的油水两相流进行 数值模拟,并用Origin软件拟合了进口最大允许流速与管径及含水率的经验关系。结果表明,在含水率和入口速度一定 时,随着管径的增加,弯管处的最大速度呈现逐渐减小的趋势:当管径和入口速度一定时,随着含水率的增加,弯管处 的最大速度也逐渐减小。最大压力出现在弯管外拱壁处,最小压力出现在弯管内侧拱壁处。在实际生产中,增加弯管下 游直管段内侧壁的壁厚,可有效防止空化腐蚀所造成的危害;通过含水率来确定安全流速,可有效降低静电事故的风险 。     

弯管与盲通管冲蚀磨损对比分析研究

为了研究石油管道流向急剧改变处的冲蚀磨损问题,采用DPM模型,通过改变入口流速、颗粒质量流速、颗粒直径,对90°弯管与盲通管的流场分布及冲蚀情况进行数值模拟。结果表明:弯管与盲通管最大冲蚀速率随入口流速的增大呈指数增长,随颗粒质量流速的增大呈线性增长;在50~100 μm粒径范围内,最大冲蚀速率随粒径的增加逐渐减小,在100~300 μm粒径范围内,随粒径的增加而增大;在入口流速、颗粒质量流速、颗粒直径相同的条件下,弯管最大冲蚀速率明显高于盲通管最大冲蚀速率,盲通管的耐蚀性更强;由于流体在盲通管产生涡旋现象,增加了颗粒能量的耗散,从而减小了进入下游管线颗粒的速率,使得颗粒更易积存于盲通段形成堆积层,减小了下游管段冲蚀速率。     

消防脉冲水枪喷嘴结构优化研究

为了进一步提高脉冲水枪的灭火效率，采用CFD技术对维多辛斯基曲线结构、锥直结构和锥角结构3种喷嘴结构进行选型优化。CFD数值模型采用RNG k-ε方法模拟湍流，利用VOF模型追踪管道内部及外部流场的气液界面，研究了不同喷嘴结构对气液分布、能量转化、速度分布的影响，并结合水室中水的体积分数和出口速度曲线图对喷射周期进行分析。研究结果表明:维多辛斯基曲线结构射流周期T=14.8 ms、锥直结构T=15.4 ms、锥角结构T=17 ms；维多辛斯基曲线结构和锥直结构的出口速度衰减较缓慢，喷嘴前端的圆柱结构能提高射流速度的稳定性；维多辛斯基曲线结构喷嘴的出口速度更稳定、集束性更好、能量转化率更高，且产生的射流水柱呈锥式逐渐扩散，动能集中分布在轴线附近，能有效增大喷射距离，提高脉冲水枪的灭火效率。     

人工煤气管道萘颗粒沉积规律研究

针对萘在人工煤气管道中沉积会造成管道堵塞，影响管道的安全运行的这一问题，以昆明人工煤气管道为例，运用计算流体动力学软件Fluent，选用离散相模型和雷诺应力模型，对水平直管、水平弯管和三通管进行萘颗粒沉积的数值模拟，对于不同的管径、弯曲比、管径比，分别分析萘颗粒直径、入口速度、温度及压力对萘颗粒沉积的影响。研究结果表明:水平直管、水平弯管、三通管中的萘颗粒沉积率与颗粒粒径成正相关关系，而与气流入口速度、压力成负相关关系；萘颗粒在人工煤气管道中的沉积率主要受颗粒直径、气流入口速度的影响；萘颗粒的沉积率随着水平直管的管径增大而增大，随着水平弯管的弯曲比增大而增大，随着三通管的管径比增大而先增大后减小；可通过适当增大管内煤气输送速度、压力，降低温度来降低萘颗粒在人工煤气管道中的沉积速度，进而减少萘颗粒沉积的发生。     

滑套式井下安全阀设计及动态特性分析

为防止井喷、保证油气井正常生产,设计了1种滑套式井下安全阀,对其结构、控制方式和工作原理进行了介绍;采用有限元的方法对井下安全阀由开启到关闭的动态过程进行模拟,在滑套阀不同倒角情况下,对滑套阀内部流场特性和所受压力的变化规律进行分析。分析结果表明,在滑套阀关闭过程中流体最大速度达到275 m/s,滑套阀所承受最大压力超过40 MPa;流体速度和滑套阀所受压力都随着滑套阀开度的减小而增大,随滑套阀倒角的增大而减小。此滑套式井下安全阀采用压力脉冲控制方式,液压管线只需要传递压力脉冲信号,杜绝了因管线泄漏而造成的井下安全阀失效。同时,驱动方式改为电机驱动,直接控制滑套式阀门的开合,反应迅速,提高了安全性和可靠性,具有较好的实用价值。     

快速接头内壁冲蚀规律的数值模拟分析*

为进一步改善快速接头受连续相作用易失效、内壁冲蚀磨损严重的问题,采用CFD软件中的Realizable k-ε湍流模型,对不同入口速度下的快速接头冲蚀磨损情况运用数值模拟方法分析,得到快速接头内部的流场分布及其冲蚀磨损情况。结果表明:快速接头的冲蚀主要集中在管径缩小段的大小管道交界处,且在管径突变处流体的压力、速度会发生明显变化。在粒径不变,其余变量恒定的情况下,入口流速越大,最大冲蚀速率随之增大;改变相同粒径颗粒的质量流率,可以看出最大冲蚀速率与质量流率呈正相关关系。模拟得到的不同入口速度、质量流率下在快速接头中的流动冲蚀规律,可对提高接头使用寿命、液冷散热器的平稳运行提供必要的参考。     

球阀处硫颗粒运移沉降规律数值模拟研究

元素硫在集输管道中沉积会引起堵塞和腐蚀问题,球阀处是集输管道中较易出现大量硫沉积的部位之一。为此,采用数值模拟的方法研究高含硫天然气中析出的硫颗粒在球阀处的运移沉降规律,选用雷诺应力模型模拟球阀处的流场,选用Lagrange颗粒轨道模型追踪硫颗粒在球阀处的运动轨迹,探讨影响硫颗粒在球阀处沉积的因素。结果表明:气流进入球阀内将会出现压力损失和流动分离,气流进口速度和球阀开度会对流场产生影响;硫颗粒在球阀处的沉积率随气流流速和颗粒直径的增大而增大,随球阀开度的增大而减小;重力和离心力是造成硫颗粒在球阀处出现大量沉积的重要原因。     

浅埋隧道爆破施工对地表建筑物安 全的 试验和数值分析

以沪昆高铁黄鹤堡隧道工程为研究对象,针对地表建筑物受大跨度浅埋隧道爆破开挖震动影响的情况,采用预裂爆破技术保护地表建筑 物的安全。结合爆破震动监测,并利用FLAC3D进行隧道爆破开挖数值模拟,对隧道地表沉降及建筑物所处位置的质点振动速度进行分析,通过 与现场实测数据进行对比发现:采用预裂爆破技术能够显著降低隧道地表质点最大振速,有效保护地表建筑物安全;隧道围岩等级越高,隧道 地表沉降值越小,地表建筑物越安全;数值模拟监测点质点振动速度与现场实测的质点振动速度变化规律基本一致,振动时间少于1s,水平方 向最大振速约为1.5 cm/s,垂直方向最大振速为1.6~1.7 cm/s,最大振速也比较接近。