车用催化转化器的数值模拟与实验研究

采用数值模拟和实验相结合的方法比较了常规结构和一种特殊结构双载体三效催化转化器的性能。数值模拟的结果表明,安装环形片的催化转化器流动均匀性优于常规结构的催化转化器。实验结果表明,安装环形片可以提高催化器的转化效率。     

球柱形旋风除尘器分离性能数值模拟与实验

针对传统柱锥形旋风除尘器存在细颗粒分离效率低的问题,提出了一种新型球柱形旋风除尘器。采用数值模拟和实验研究手段,分析了柱段高度对球柱形旋风除尘器分离特性的影响。模拟结果表明：当球柱形旋风除尘器柱段高度不为零时,随着柱段高度的增加,静压力逐渐变小;球柱形旋风除尘器内流体的切向速度均呈“M”型分布;流体轴向速度随着半径的减小,其绝对值先增大后减小,在中心轴线处又开始增大;流体径向速度均关于中心轴线对称。实验结果表明,当球柱形旋风除尘器柱段高度为150 mm时,总分离效率最高,可达到92.01%。研究结果可为旋风除尘器中细小颗粒分离应用提供指导,对提高5 μm以下颗粒分离效率具有重要意义。     

MSW箱内排气压缩数值模拟与实验研究

结合有效应力原理与变形多孔介质渗流原理,给出了垃圾压缩过程的气固耦合方程,并给出了初始条件。针对封闭式垃圾压缩中转装置,提出了排气压缩原理,分析压缩机构的结构,构建垃圾压缩物理模型,应用ABAQUS数值模拟软件,探索城市固体垃圾（MSW）箱内排气压缩规律,并对传统封闭式垃圾压缩中转装置进行优化。实验表明,数值模拟与实验较吻合,优化后结构更利于提高垃圾压缩量与降低压缩能耗。     

电除尘器气流分布试验研究和数值计算

结合660 WM机组电除尘器的设计要求,对电除尘器内气流流动进行了数值模拟与试验研究.计算中选择SIMPLE方法求解三维雷诺平均方程和κ-ε两方程湍流模型.研究结果表明,无论电除尘器两室流量分配还是第一电场进口断面气流分布,计算结果与试验吻合较好,数值计算结果可以指导电除尘器设计与模型试验研究.     

悬浮填料生物膜反应器处理黑水的启动挂膜

采用自然挂膜法在低碳氮比的黑水中启动悬浮填料生物膜反应器,探讨了进水有机物和氨氮负荷率对挂膜启动的影响,分析了挂膜过程中溶解性化学需氧量(SCOD)、氨氮(NH4+-N)和总氮(TN)的去除转化规律及填料上附着生物量和填料生物相的变化规律。研究结果表明,在DO为1.5~2.5 mg/L、温度为(21±2) ℃等条件下可快速(43 d)启动生物硝化挂膜,SCOD、NH4+-N和TN去除率分别可达到84%、62%和46%,单个填料上的生物膜量达到0.49 g/个。进水SCOD、NH4+-N负荷率明显影响硝化细菌在填料上的成膜和生物硝化效率。研究认为,进水SCOD、NH4+-N 负荷率分别保持5.34 g/(m2·d)、1.44 g/(m2·d)左右,能够促快速挂膜并获得良好的短程硝化和同步硝化反硝化效果。     

基于流固耦合的滤袋振动的数值模拟

滤袋是决定袋式除尘器除尘效率的关键元件,由于是柔性的悬挂结构,相邻的滤袋在气流作用下可能会发生相互碰撞,引起严重的破袋事故。针对该问题采用流固耦合方法,对袋式除尘器流场引起柔性滤袋的振动进行了数值模拟。分别以3个大小不同的进口风速模拟了滤袋的振动规律,得到了滤袋底部一点的位移图和轨迹图,结果表明,进口速度越大,滤袋的位移越大。所以有效地控制进口风速和提高内部气流速度的均匀性,可以减少滤袋的破袋事故,对节约更换滤袋的费用,有很大的经济效益。     

基于Fluent的甲苯蓄热燃烧过程的数值模拟

利用Fluent软件对甲苯在蜂窝陶瓷蓄热体中的蓄热燃烧过程进行数值模拟研究,确定模拟计算所需的网格精度,并计算分析蓄热体孔道直径、燃烧温度、甲苯入口浓度、人口流速对甲苯转化率的影响.结果表明,在较高入口流速条件下,蓄热体孔道直径对甲苯转化率影响较大.随着燃烧温度的升高、甲苯入口浓度和人口流速的降低,甲苯转化率会增大.当...     

基于Fluent城市大气污染物扩散数值模拟

城市大气污染问题已经引起广泛的关注,其中对城市中大气污染物的迁移扩散过程还需进一步研究。为了探究城市复杂地形下大气污染物扩散预测的新模式,采用计算流体力学方法,建立了数值预测模型,构造出水平均匀的大气边界层模拟风场;进一步对建筑物影响下的大气污染物扩散过程进行了模拟,并与实验结果进行了对比。结果表明:数值模拟结果与实验结果基本吻合,计算流体力学方法可用于城市复杂地形下大气污染问题的研究工作;模拟结果与湍流模型的选取和湍流施密特数的设置有密切关系;采用SST k-ω湍流模型对此类问题较适宜,随着湍流施密特数的增大,扩散范围逐渐增大。     

并流旋转床气相压降数值模拟与实验研究

旋转床气相压降是设计旋转床的重要技术指标之一。通过分析并流旋转床结构与工作原理,建立气相压降的理论模型。采用Eulerian多相流模型和k-ε模型对并流旋转床气相压降进行数值模拟,探索液体分布器结构对气相压降的影响。实验表明所建立的压降模型较好地解释了实验现象,孔型分布器有利于减小气相压降。     

伏牛溪水污染治理效果的数值模拟研究

为评估河流治污措施对河道水质改善的效果,用MIKE11模型对伏牛溪河道主要污染物氨氮和CODMn进行了数值模拟。结果表明:河道沿程点源全部截污后,可降低43%的氨氮和65%的CODMn,水质基本达到Ⅴ类水标准;补充20 000 m3/d污水厂尾水(仅深度处理其中6 000 m3/d),河道氨氮浓度将升高12%、CODMn浓度可降低17%,水质不能满足Ⅴ类水标准;补充20 000 m3/d全部深度处理的污水厂尾水,可以降低39%的氨氮和42%的CODMn,水质基本可达到Ⅴ类水标准;采取组合措施后,氨氮可降低12%~37%,CODMn可降低7%~30%。组合措施优于单一措施。     

氧化沟反应器流体力学特性的数值模拟与实验研究

采用CFD数值计算和体视PIV测试相结合的方法研究卡鲁塞尔氧化沟反应器流场特性。探索复杂边界条件下反应器流场的模拟方法,采用体视PIV技术分别测量了反应器直道、弯道处三维全场流速;研究不同位置处纵、横、垂三向的流动结构和沿程分布特点。结果表明,模拟与实验结果较吻合;纵、垂两向的流动分布是决定沟内水力特性的主要因素;横、垂两向的流动是决定污泥沉积位置的主要因数;外沟靠近曝气叶轮直道段的流速分布上大下小,在低速区底部易发生污泥沉积;外沟远离曝气叶轮直道段流速分布上小下大,利于防止泥水分离;弯道段受横比降和横向环流的影响,内侧容易形成低速区或停滞区而发生污泥沉积。     

基于猪粪流变特性的厌氧消化反应器内的数值模拟

采用流变仪对不同含固率猪粪的流变性质进行测量,分析其流变特性,将流变数据与非牛顿流体模型进行拟合,得到用于描述猪粪流变特性的最佳流变方程。结果表明:猪粪是一种非牛顿流体,黏度随剪切速率的增加而减小并趋于稳定。基于其流变特性,运用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟技术,对猪粪厌氧消化反应器内的流场进行研究。模拟结果显示:反应器内速度最大值出现在桨叶末端,猪粪流体在其反应器内的宏观循环运动状态为沿着搅拌轴径向的绕流运动;壁面及顶部和底部区域速度几乎为零,形成死区,容积比率为29.85%。     

基于混合效应模型的京津冀地区PM2.5数值模拟

采用2017年京津冀地区中分辨率成像光谱仪提供的3km气溶胶光学厚度(AOD)和气象数据,分别在有无气象因子作为自变量的情况下对PM_(2.5)与AOD的关系进行解释。比较基于空间、时间及时空的78种混合效应模型的模拟效果,并利用十折交叉模型进行验证。经相关系数、拟合程度和模型误差对比,最终确定将气温、相对湿度、风速和气压4种气象因子作为影响因子的基于时空的混合效应模型效果最佳。利用该模型估算2017年京津冀地区的PM_(2.5)监测值,结果表明,PM_(2.5)监测值与模拟值的R~2为0.90(经十折交叉模型校正后为0.81),均方根误差、平均绝对误差分别为13.44、10.12μg/m~3,模型的拟合精度较高。同时研究表明,整体来说,京津冀地区呈现南高北低、平原地区东南高西北低、非平原地区高纬度区域相对低的空间格局。     

基于FLUENT的废线路板元器件脱焊数值模拟

带元器件的废线路板的手工拆解劳动繁重,在拆解中产生的有害气体损害工人的健康,拆解后的残留物污染环境,因此,废线路板的自动拆解就显得十分必要.针对废线路板上电子元器件自动拆解中焊点的熔焊问题,采用FLUENT计算机软件进行模拟研究,分析了导热介质、初始温度、流体速度对焊点加热熔化效率的影响.结果表明,焊点在初始温度为47...     

微滤膜垢分形生长的过程模拟

基于微滤膜系统污垢形成机制和分形理论,建立微滤过程膜表面混合垢生长DLA模型,并通过实验验证了模型模拟的可行性和准确性。选取不同运行周期条件下微滤膜系统中的受污染膜丝,进行膜垢污染生长的实时测试,并与不同运行条件下模型的动态模拟结果进行实际比较分析,结果表明两者分形维数相近,且分形维数与膜污染程度呈正相关,说明该模型能够动态表征膜污染水平,可揭示出微滤过程中膜垢生长的动态变化规律,预测出膜材料的受污染水平。     

基于“压力—状态—响应”模型和分形理论的湿地生态健康评价

科学评价湿地生态系统健康是湿地管理和保护的重要前提。以海河流域河北衡水湖湿地为例,采用"压力—状态—响应"(PSR)模型对其健康评价进行探讨研究,并对该模型的压力、状态和响应部分分别建立相应的指标体系;该指标体系不仅将生态、经济、社会要素结合起来,而且考虑了湿地所处地区的社会经济结构、湿地所具有的功能以及管理部门、个人及企业等对保护湿地所采取的措施。同时,根据湿地生态系统具有自组织、自相似的特征,基于分形理论对其进行评价。计算分析时首先对选择的各指标进行归一化处理,然后采用最小二乘法求解拟合曲线斜率的方法来计算分维数(D),由1/D得到脆弱度,以此作为评价健康程度的依据。计算结果表明,D=0.5826,则脆弱度为1.7164,表明衡水湖湿地生态系统处于不健康程度。该湿地亟待开展进一步的科学管理和生态保护。     

基于Fluent的整体式催化反应系统降解甲苯的数值模拟

为得到甲苯在整体式催化系统中的燃烧规律,利用Fluent 18.1对整体式催化反应系统中甲苯-空气在铂(Pt)上的燃烧特性进行了数值模拟。通过假设多孔介质内气固间局部能够达到热平衡,建立了三维的多孔介质催化燃烧模型。经验证,该模型能够很好地反映甲苯在整个系统中的燃烧特性。通过对整个反应系统中温度场、浓度场和速度场的工况探究和通过分段控制燃烧反应发现：贫燃条件有利于催化燃烧,富燃条件有利于引发热力燃烧;当量比小于1,入口流速小于2 m·s⁻¹时,有利于催化燃烧,催化转化率在96%以上;当量比较高,入口流速较大时,有利于引发热力燃烧。以上研究结果为该技术的实际应用提供了参考。     

基于正交实验设计制备Cu-Ce/TiO2的多元非线性回归分析

采用过渡金属Cu和稀土金属Ce对TiO2进行改性。运用正交实验设计TiO2的改性方案。以Cu-Ce掺杂负载量、Cu-Ce摩尔比和烧结温度为正交实验设计因子,以光催化甲醛溶液的降解效率为目标因子,编制正交设计表。同时运用多元非线性回归模型,建立多元非线性拟合数学关系方程。结果表明,将正交实验设计方法与多元非线性回归模型相结合,不仅可以弥补正交实验设计的不足,提高实验设计的可靠性,而且实现对各实验各影响因素由定性分析向定量分析转变,有利于高性能纳米光催化材料的制备与性能分析。     

原煤暗道通风除尘特征参数的数值模拟及优化

为了掌握输煤过程中原煤暗道粉尘运移扩散规律,确定最优排尘风速,进行通风除尘系统优化改造研究。以中煤平朔木瓜界选煤厂133暗道为研究背景,根据气固两相流理论,利用离散相模型对原煤暗道空间粉尘浓度进行了数值模拟,并与现场实际分布情况进行对比分析,模拟结果与实测数据基本一致。研究结果表明,暗道空间内皮带机尾及导料槽出口处粉尘浓度较大,并以给料机及机尾为中心径向逐步降低;最优排尘风速为2 m/s时,粉尘浓度下降幅度能达到97.2%,降尘效果显著,暗道空间内粉尘浓度保持在4 mg/m3以内。     

无动力除尘器尺寸的数值模拟

为考察无动力除尘器不同尺寸结构的除尘效果,建立粉尘和空气耦合下的数学理论模型。采用Gambit软件构造无动力除尘器的实体结构,将自定义的UDF函数导入到Fluent软件中进行数值模拟,并应用了静压差计算不同除尘器尺寸结构下的含尘气体回流效果。数值模拟结果表明,当无动力除尘器回流管直径为600 mm,向下倾斜为10°,以及落料管入口高度距回流管口为1 150 mm时,无动力除尘器内含尘气体回流效果显著。