基于有效参数法的固定床化学链燃烧数值模拟

本文基于有效参数法和变核颗粒模型,对固定床化学链燃烧进行数值模拟．计算并分析不同颗粒参数对二维固定床化学链燃烧结果的影响．在有效参数模型中,颗粒填充床被看作均匀的流体域．本文主要模拟了组分场和温度场,通过改变颗粒直径、孔隙率、内部粒子直径三组参数,取得了不同条件下二维固定床化学链燃烧床层所能达到的最高温度以及反应所用的时间．通过对不同参数模拟结果的分析,得出颗粒内部结构对反应特性的影响规律．     

湍流燃烧数值模拟研究的综述

对湍流燃烧数值模拟的研究进行了综合评述,其中涉及直接数值模拟（ＤＮＳ）、大涡模拟（ＬＥＳ）、随机涡模拟、概率密度函数输运方程模拟、条件矩模型、简化概率密度函数模型、关联矩模型以及基于简单物理概念的一些唯象模型等几个重要方面．对全面了解湍流燃烧数值模拟的研究现状及前景提出了看法．     

采用详细化学反应机理模拟燃烧污染物生成的研究进展

结合燃烧污染物数值模拟研究的发展和现状,阐述了采用详细化学反应机理进行模拟的方法,重点介绍了详细化学反应机理模型以及机理简化方法,概括综述了湍流燃烧模拟方法,并结合具体实例,展示了这个领域取得的成果,最后通过分析,指出了发展前景和可以取得突破性进展的方向.     

可压缩燃烧反应转捩混合层直接数值模拟

针对三维时间发展可压缩氢/氧非预混燃烧反应平面自由剪切混合层,采用5阶迎风/6阶对称紧致混合差分格式以及3阶显式Runge-Kutta时间推进方法,直接数值模拟了伴随燃烧产物生成和反应能量释放, 流动受扰动激发失稳并转捩的演化过程. 在转捩初期, 获得了${\it\Lambda}$涡、马蹄涡等典型的大尺度拟序结构,观察到了流动失稳后发生双马蹄涡三维对并的现象, 大尺度结构呈较好的对称性.在流动演化后期, 大尺度结构逐次破碎形成小尺度结构, 混合层进入转捩末期,呈明显的不对称性.      

含能材料密实床燃烧转爆轰的数值模拟

本文建立了含能材料密实床燃烧转爆轰的全粘性欧拉二维非定常两相反应流数学模型。将SIMPLE型的数值计算方法引入燃烧转爆轰的二维数值计算。对跨音速流动的处理和可压缩流体压力校正方程的建立提出了改进方法,并以无起爆药雷管作为算例。结果表明,本方法较好克服了二维两相流数值解的振荡现象。     

膛内等离子体点火及燃烧增强过程数值模拟

在初始点火过程中 ,假设等离子体为充分发展射流流动 ,因而可采用积分近似模型进行描述。而在随后的膛内燃烧过程中通过以经验公式给出等离子体混合长度的方法来处理等离子体的运动 ,并给出了合适的相间阻力及传热公式。通过在计算网格设计中引入了自适应方法提高了数值解精度。计算膛压曲线与实验符合良好。相对常规内弹道情形 ,等离子体能量的注入使在不同时刻膛内的气、固两相速度、压力和膛底温度等出现提高 ,这是等离子体注入后对内弹道的增强过程。计算结果为固体工质电热化学炮的弹道设计提供了理论依据。     

弹体触地的数值模拟分析

针对弹体结构,从弹体尺寸和靶体尺寸的选择方法、撞击速度与连接板中心碰撞到挡板所需要的时间T关系、本构模型参数的选择以及网格处理方法进行了逐项分析和解释。数值模拟分析结果表明:采用靶体碰撞弹体模拟弹体触地情况,必须对实验模拟的合理性和有效性进行分析,靶体的最小长度选择不仅与弹体中塑性波波速有关,还与头部锥体材料和几何尺寸有关;弹体材料的屈服强度严重影响到时间T,在一定的碰撞速度范围内,可近似采用某一不变的动态屈服强度进行计算,但决不能采用静态屈服强度;目前提供的网格删除参数用来分析连接板碰到挡板问题并不完全适用,必须经过修正才行。     

煤粉燃烧中NOx和SOx生成的详细反应机理模拟

采用详细化学反应机理与CFD方法耦合的煤粉燃烧数值模拟程序,计算了煤粉燃烧过 程中CO, NOx和SOx等的浓度分布特性. 通过与实验对照,验证了数值模拟方法的 可靠性,并分析了燃烧温度和煤粉细度等因素对于NO生成的影响. 结果表明温度对于NO的 生成影响较大,随着温度的增加,NO的生成浓度明显增加;对于不同煤种,可能存在一个温 度点,这时NO的生成速率将非常快;在计算范围内,温度对SO2的最终生成浓度没有 明显影响,而只影响SO2的释放过程. 煤粉细度对于NO生成有较小的影响.     

超高压环境下再生式喷雾燃烧过程的多维多相流数值模拟

液体药火炮内再生式喷雾燃烧过程的主要特点，一是处于超高压下，二是燃烧过程与决定液体喷射过程的移动边界高度耦合。建立了充分反映上述特点的多维多相流数学模型，对液滴相还考虑了液滴之间的碰撞与聚合以及液滴与湍流之间的相互作用。运用任意拉格朗日－欧拉数值方法进行了数值求解，得出了与实验基本一致的结果。给出并分析了过程各主要物理参量的时空分布，揭示了再生式喷雾燃烧过程的基本特征。     

化学链分级气化燃料反应器气固流动数值模拟

本文基于多相粒子单元法对化学链分级气化燃料反应器（下部为气化反应器,上部为重整反应器）开展了气固流动数值模拟研究,验证了曳力模型、模型参数（法向和切向颗粒–壁面碰撞恢复系数e_wn和e_wτ）对计算结果的敏感性,并确定了合适的曳力模型及模型参数。探究了表观气速和两床接口处狭缝尺寸对颗粒连通量的影响规律,研究结果表明：颗粒连通量随表观气速的增加而增加,随狭缝尺寸的增加而减小。

     

超声速气流中雾化燃料喷射的三维数值研究

首次用双流体模型对雾化燃料在扩张形超燃室中沿九喷嘴顺流喷射的混合问题进行了数值研究。气相用迎风 TVD格式求解三维全 Navier- Stokes方程 ,液相用预估、校正 NND格式求解三维 Euler方程。相间相互作用的常微分方程用预估、校正Runge- Kutta法求解。用三维 Poisson方程生成网格。结果表明 :气相较液相的扩散效果好 ,小直径液滴的扩散效果好。相间速度滑移、改变气相喷射压力和喷射速度对液相扩散的贡献不大 ,但调整喷射角度会明显地增强液相的扩散、混合 ,本文结果未出现阻塞。     

复合材料层合板固化过程的数值模拟

在文［１］中作者采用了有限元和有限差分相结合的交替迭代法及Ｅｕｌｅｒ－Ｃａｕｃｈ解偶算法分析了复合材料层合板固化全过程中板内温度场和固化度场。在此基础上，本文进一步根据层合板在固化过程中不同阶段材料物性变化及损伤破坏特征，提出了两种不同破坏准则和后破坏模型，并采用非线性瞬态热弹性问题的Ｈａｍｉｌｔｏｎ半解析法，研究了层合板在固化全过程中的损伤破坏和热应力、变形的变化规律。通过数值模拟和分析，发现层合板在固化过程中，板内热应力出现多峰值和变号特征，这将是导致层合板早期破坏的原因，本文工作将对材料工艺工作者选择固化工艺参数具有参考价值。     

铁路空调硬卧车内气流分布的数值模拟

建立了铁路空调硬卧车内CFD仿真模型,对车厢内流场、温度场和热舒适性评价指标进行了分析。采用稳态不可压缩雷诺时均N-S方程、k-ε湍流模型,应用控制容积法和交错网格进行离散。计算了空调硬卧车内三维空气流场和温度场,并与实验结果进行了对照,两者吻合较好。在此基础上分析了车厢内人体热舒适性,结果表明车厢中部和端部铺位PMV分布不同,端部人体热舒适感较好,中部较差;而且同一计算断面不同铺位的人体热舒适感差异较大:上铺有较大区域PMV<-1.0,人体感觉较凉;中铺大部分区域-0.51.0,人体感觉偏暖。     

Numerical Simulation of a Turbulent Flow in a Channel with Surface Mounted Cubes

In this paper we report on a fourth-order, spectro-consistent simulation of a complex turbulent flow. A spatial discretization of a convection-diffusion equation is termed spectro-consistent if the spectral properties of the convective and diffusive operators are preserved, i.e. convection skew-symmetric; diffusion symmetric positive definite. We consider a fully developed flow in a channel, where a matrix of cubes is placed at a wall of the channel. The Reynolds number (based on the channel width and the mean bulk velocity) is equal to Re = 13,000. The three-dimensional flow around the surface mounted cubes has served at a test case at the 6th ERCOFTAC/IAHR/COST workshop on refined flow modeling (Delft, June 1997). Here, mean velocity profiles as well as Reynolds stresses at various locations in the channel have been computed without using any turbulence models. The results agree well with the available experimental data.     

Modelling the flow of power law fluids in a packed bed using a volume-averaged equation of motion

The development of a theoretical model for the prediction of velocity and pressure drop for the flow of a viscous power law fluid through a bed packed with uniform spherical particles is presented. The model is developed by volume averaging the equation of motion. A porous microstructure model based on a cell model is used. Numerical solution of the resulting equation is effected using a penalty Galerkin finite element method. Experimental pressure drop values for dilute solutions of carboxymethylcellulose flowing in narrow tubes packed with uniformly sized spherical particles are compared to theoretical predictions over a range of operating conditions. Overall agreement between experimental and theoretical values is within 15%. The extra pressure drop due to the presence of the wall is incorporated directly into the model through the application of the no-slip boundary condition at the container wall. The extra pressure drop reaches a maximum of about 10% of the bed pressure drop without wall effect. The wall effect increases as the ratio of tube diameter to particle diameter decreases, as the Reynolds number decreases and as the power law index increases.     

Effect of secondary air on NO emission in a 440 t/h circulating fluidized bed boiler based on CPFD method

The 440 t/h circulating fluidized bed boiler was numerically simulated by the Computational Particle Fluid Dynamics (CPFD) method. The combustion characteristics of circulating fluidized bed boiler and the effect of secondary air on NO emission were investigated. The full-scale three-dimensional model of a 440 t/h circulating fluidized bed boiler was established. The rationality of the grid was validated by the experimental data of material layer resistance. The accuracy of the simulation was validated by measuring the temperature of each measuring point in the dense phase area. The combustion conditions in the furnace under different setting modes were simulated. The effects of secondary air rates on NO formation in fluidized bed were predicted. The results show that when the secondary air rate increases to 27%, the proper secondary air rate has a positive effect on the inhibition of NO generation, and the proper strengthening of the central air supply will improve the permeability of the secondary air and make the combustion more uniform and stable. When the secondary air rate increases to 33%, excessive improvement of air classification and central air distribution will affect the stability of circulating fluidized bed operation. Therefore, air classification and strengthening of central air supply can be used together to inhibit the generation of NO.     

冲击载荷下钨合金圆台试件绝热剪切变形局部化的数值模

采用有限元计算编码ABAQUS模拟了钨合金圆台试件在冲击载荷下的变形和剪切局部化行为。计算采用二维轴对称应变条件下的绝热模型。钨合金的本构方程采用热粘塑性形式的Johnson Cook模型。为了得到不同尺度的变形信息 ,计算中用了两种网格 ;先用粗糙网格分析试件变形局部化的概貌 ;接着 ,用细密网格 (在变形局部化区域 ,网格尺寸达到 10 m)分析绝热剪切带的形成和发展。有限元模拟得到的绝热剪切带位置和方向与实验一致。计算结果表明 ,绝热剪切带的形成和发展与试件的应力状态密切相关。     

自主攻击水雷发射流场分析与数值仿真

本文采用有限体积法，对自主攻击水雷开盖前在发射平台内产生的燃气喷射流场进行了数值计算，结合算例给出了发射平台底部反向板、壁面以及雷体表现的压力、温度分布曲线。对照实验结果，说明本文数值方法是正确的，同时也显示了数值计算结果对水雷发射平台筒体、反射板结构强度和刚度的高度，以及如何消除雷体环境条件的不利因素具有重要的指导意义和参考价值。