新型旋流分离器内固液两相流的数值模拟

旋流分离技术在水体中消减固体污染物质的应用是一项新兴的污染控制技术，通过对传统旋流器进行改进设计的旋流分离器体积小，安装便利，可用于城市污水处理。文章通过利用CFD软件FLUENT对其进行数值模拟，其中湍流相采用带旋流修正的K-ε模型，离散颗粒相采用DPM模型，通过数值模拟可知该旋流分离器内部三维流场的动、静压力分布以及切向、轴向和径向速度场分布云图，并且计算出该新型旋流分离器虽然没有明显的分级作用，但其分离效率高达66%。并在此基础上，提出了该新型旋流分离器的部分设计要点。     

基于数值模拟与风洞试验的旋风分离式集沙仪优化设计

为了解风蚀风沙运动规律,提高旋风分离式集沙仪集沙效率。该文在Fluent平台中建立了旋风分离式集沙仪有限元模型,基于RNG k-ε模型和雷诺应力模型对旋风分离式集沙仪进行数值分析,并对3种不同结构参数旋风分离式集沙仪进行风洞试验。通过有限元分析,得到了其内部气相运动规律,观察到集沙仪升气管附近气流强度较大,其内部有"短路流"存在。同时,通过对3种不同结构参数旋风分离式集沙仪进行数值模拟,得到结构参数为:筒体直径50 mm;锥体段高度125 mm的旋风分离式集沙仪集沙盒底部具有较小的湍动能和向上轴向速度,其大小分别为0.99 m2/s2和1.48 m/s。另外,分别对3种不同结构参数旋风分离式集沙仪进行风洞试验,得到了改变筒体直径与锥体段高度引起集沙盒底部湍流强度的改变,从而对集沙效率有一定影响,相比较筒体直径而言,锥体段高度对集沙效率影响更明显;集沙盒底部湍动能和向上轴向速度较小的集沙仪,集沙效率较高,具有良好的分离性能。结合数值模拟和风洞试验确定了集沙盒底部湍动能、向上轴向速度为目标函数,根据目标函数,优化设计了集沙盒直管的长度,确定了集沙盒直管长16 mm的旋风分离式集沙仪可以降低集沙盒底部湍动能和向上轴向速度,理论上可以提高旋风分离式集沙仪集沙效率。该文研究结果可为进一步提高旋风分离式集沙仪性能提供依据。     

浓缩风能装置内部流场仿真分析

浓缩风能装置是浓缩风能型风力发电机组的主要部件之一,其结构直接影响机组输出功率的大小。为了提高浓缩风能装置的浓缩效率,以浓缩风能装置为研究对象,应用三维建模软件与CFD(computational fluid dynamics)软件建立了几何模型与网格模型。基于上述模型,提出应用数值模拟方法对浓缩风能装置内部流场进行仿真分析,并通过比较分析不同湍流模型下的内部流场特性,得知标准κ-ω湍流模型更加适用于浓缩风能装置内部流场仿真。基于上述浓缩风能装置模型和湍流模型,分别对不同尺寸参数的浓缩风能装置内部流场特性进行仿真分析,得到了扩散角对浓缩风能装置内部流场特性的影响比收缩角、中央圆筒长度的影响大的规律,此规律为浓缩风能装置结构优化与设计提供了依据,优化后的结构能明显提高风能品质和风电机组输出功率。     

秸秆炭化热解气旋风分离器-指杆轮两级净化装置研制

为提高秸秆热解气的净化率,防止装置堵塞,该研究设计了旋风分离器与回转指杆轮相结合的两级净化装置,I级旋风分离器主要分离热解气中大粒径杂质,II级指杆轮使小粒径灰尘、焦油等杂质与锥形指杆碰撞、聚集、并在高速回转作用下离心分离,实现热解气高效净化。研究确定了I级净化装置的结构参数,设计了II级净化装置,确定了指杆轮与锥形指杆的参数及排列方式。以指杆轮转速、热解气的进口速度和芯筒入筒体深度为影响因素,以热解气的净化率和压力损失为指标,进行了二次通用旋转组合样机性能试验。利用Design-Expert8.0.6软件对试验数据进行方差和响应面分析,建立了影响因素与指标之间的数学模型,采用多指标优化法确定最优组合并进行了试验验证。试验得到最优组合参数:指杆轮转速为3 030 r/min,进口速度为19.5 m/s,芯筒入筒体深度为210 mm,此时的压力损失为1 971.73 Pa,热解气总净化率为84.2%,达到了净化要求。研究结果可为秸秆热解气净化装置研究提供理论依据。     

考虑焦油的生物质气化过程热力学模型

在生物质气化过程中焦油是不利产物,由于焦油成分的复杂性,传统生物质气化热力学模型均未考虑焦油。为了研究操作运行条件对燃气成分、焦油等影响,本文引入焦油模型化合物,考虑系统散热和碳不完全转化等因素影响,基于物质平衡、能量平衡和化学反应平衡建立了考虑焦油的生物质气化过程热力学模型。使用Newton-Raphson方法对模型进行了求解。利用文献数据验证了模型的有效性。最后,利用所建模型计算了空气预热温度、空气当量比、水蒸汽添加率等操作条件对燃气成分、焦油含量等指标的影响。结果表明,空气预热温度提高,焦油含量下降,气体热值提高;空气当量比从0.2提高到0.3,焦油含量降低,燃气中有效成分减少;水蒸汽添加率从0增加到10%,焦油含量下降,气化效率提高。研究结果可为生物质能低焦清洁利用提供参考。     

旋流泵无叶腔内部流场数值模拟

简要介绍了旋流泵国内外的研究历史和现状。对型号为WQX20-16-2.2的旋流泵内部流道进行了三维造型,应用非结构化网格生成技术,首次把旋流泵无叶腔和叶轮作为一个整体,对其内部三维不可压湍流场进行数值模拟。采用工程实际中广泛应用的湍流模型即基于雷诺时均方程和 双方程湍流模型,用SIMPLE算法来求解,给出了旋流泵无叶腔内部速度和压力分布图,并对计算结果进行了分析和研究。结果表明了旋流泵无叶腔内部流动确实存在较强的纵向旋涡和轴向旋涡,不仅验证了前人提出的流动模型的正确性,而且为今后进一步改进和完善旋流泵设计理论提供了一定的依据。     

输卤泵叶轮内部湍流流动的分析

混流式输卤泵内部伴有盐析的液固两相流动问题非常复杂,首先需要了解在清水状态下,其内部真实流动现象的物理本质。为此,该文基于Navier-Stokes方程和标准的κ-ε湍流模型,首次模拟了清水状态下输卤泵叶轮内部的三维湍流场,并运用实验手段对叶轮进出口流场进行了测量,给出速度和压力分布图。同时,结合数值计算与实验研究,对输卤泵叶轮进出口流场进行了初步的理论分析。实验结果表明,计算所采用的κ-ε模型的修正方法基本符合此型泵内部流动的实际情况;并认为叶轮进口处特殊的轴向速度分布,对叶片的改进设计值得注意。提出的结论、观点将为今后该型泵内部卤水流动研究提供依据。     

轴流泵叶轮区域空化特性数值模拟

为了研究轴流泵内部叶轮区域空化特性,该文基于ANSYSCFX软件,分别应用Standardκ-ε,RNGκ-ε,κ-ω和SSTκ-ω湍流模型、均质多相流模型,对比转数ns=1033轴流泵在不同工况下进行全流道数值计算,将模拟值与试验结果进行对比分析,验证不同湍流模型及多相流模型的适应性并探究叶轮区域的空化特性。结果表明:在设计工况下,基于κ-ω湍流模型较其他3种湍流模型计算准确,临界汽蚀余量NPSHc计算值与试验结果误差为6.32%,可以较好反映轴流泵内部空化特性。随着有效汽蚀余量NPSH值的减小,空化首先在叶片背面进口靠近轮缘处发生,然后沿着主流方向往叶片中部发展直至充满整个流道,在临界汽蚀余量工况下,叶片中部区域空化面积较大,空化较严重时,叶片背面流线在叶片后部较紊乱,在靠近轮毂处形成漩涡微团,并向轮缘处移动,同时引起叶轮出口截面处轴面速度分布不均匀,增加了叶轮区域流场的紊乱性,揭示了叶轮区域内部空化流动特性。     

微灌离心分离器内部流场分布数值模拟

在缺水地区,利用高含沙水作为微灌水源的条件下,低浓度混合多相流模型已不能适用于微灌用离心分离器的数值模拟。该文以高含沙水作为微灌水源,结合离心分离器的结构参数,在流体力学基本方程基础上,通过网格划分和边界条件设定,采用有限体积法进行离散和求解,控制方程采用k-ε模型模拟分析了离心分离器的内部流场特征,并通过试验验证数值模拟成果,模拟值与试验实测值相对误差在10%以内,说明数值模拟采用的算法和模型是合理的。在试验验证的基础上,模拟分析了高含沙水为微灌水源的条件下,离心分离器的速度、湍动能以及静压分布,结果表明:离心分离器内速度分布主要有切向速度、轴向速度和径向速度,沿径向方向具有一定的对称性;离心分离器内湍动能分布具有一定的对称性,由轴中间向器壁两侧逐渐变小;静压分布具有一定的对称性性,由器壁两侧向轴中心逐渐减少。结果可为微灌用离心分离器特性参数的优化提供依据。     

不同湍流模型在轴流泵性能预测中的应用

为了评价不同湍流模型在轴流泵性能预测中的精度,该文以南水北调工程轴流泵模型作为研究对象,分别选取了3种湍流模型标准k-ε湍流模型(standard k-ε)、重正化群k-ε湍流模型(renormalization group k-ε,RNG)和雷诺应力模型(reynolds stress model,RSM),基于SIMPLE算法(semi-implicit method for pressure-linked equations)和结构化网格,进行了轴流泵性能预测和全流场数值模拟,并以水利部天津同台测试的试验结果作为基准对预测扬程和效率进行了误差分析。研究结果表明,网格密度对模拟结果具有较大影响,较疏的网格导致性能预测精度降低,在大流量和小流量工况下预测的扬程和效率误差将达到3%以上;在最优工况下,Standard k-ε、RNG k-ε和RSM湍流模型的扬程预测误差分别为0.97%、1.12%和1.24%,效率预测误差分别为2.93%、2.49%和2.97%,可满足工程应用要求;但在非设计工况下,由于二次回流、空化等复杂流动的存在,内部流场复杂,3种湍流模型的扬程最大预测误差范围为9.40%～14.30%,效率最大预测误差范围为4.48%～8.30%。该结论将为轴流泵性能预测的可靠性提供依据。     

基于CFD的养殖水体固液旋流分离装置数值模拟与验证

为探究旋流分离装置对水产养殖水体的分离效果,采用计算流体力学方法对旋流分离装置内部的流动特性进行数值模拟,得到了不同入口流量、不同入口浓度对固液分离性能的影响,通过试验数据对模拟结果进行了验证。模拟结果表明:随着入口流量的增加,分离装置内部流体速度增大,湍流流动增强,不利于固体颗粒的沉降。当入口浓度增加时,筒内流体运动速度降低,滞留在筒体中的颗粒浓度增加,降低了固液分离效率。入口流量和入口浓度的增加均会导致不同粒度颗粒分离效率下降,且随着颗粒粒度的增大,分离效率下降幅度增大。通过与试验数据相比,模拟误差在10%以内,模拟结果可信。该研究可为旋流分离装置在水产养殖领域的应用提供参考。     

油菜联合收获机旋风分离清选系统设计与试验

针对传统油菜联合收获机多采用风筛式清选装置,其整机结构复杂、尺寸庞大,研制了一种适于油菜联合收获的旋风分离清选系统,分析确定了旋风分离筒、输送带式强制喂料装置的结构及其相关参数,采用单因素与二次旋转正交组合试验研究了旋风分离筒吸杂口风速、风量以及强制输送带线速度对油菜籽粒清洁率和损失率的影响,构建了籽粒清洁率、损失率与吸杂口风速、强制输送带线速度之间的回归方程,优化得出了最佳运行参数组合。试验结果表明:吸杂口风速为12~16 m/s,风量为0.375~0.501 m3/s,强制输送带线速度为1.570~1.884 m/s时,清选性能较好。选择吸杂口风速15.3 m/s、风量0.479 m3/s、强制输送带线速度1.570 m/s优化组合时,分析计算得出籽粒清洁率为96.98%。田间试验表明:采用取消链耙输送设计的油菜联合收获机能够保证物料喂入顺畅,旋风分离清选系统清洁率为90.21%,损失率为6.54%。该研究结果为旋风分离清选系统的结构优化和油菜联合收获机整机结构的改进提供了参考。     

介电式种子分选机电磁场的研究

针对前人建立的双绕线圈滚筒电磁场模型的不足之处，将相邻以至远邻电极的影响考虑在内，建立了双绕线圈滚筒所产生的电磁场模型。并利用它对影响电磁场的各个因素进行了分析，得出了电磁场随各参数变化的规律，并提出了改进分选效果、提高分选机性能的措施。结果表明：新建的模型克服了前人所建模型的缺点，更符合于实际情况，它对分析各因素对电磁场的影响规律以及在介电式种子分选机的参数设计时更具有指导意义。     

Effects of a tropical cyclone on littoral and sub-littoral biotic communities and on a population of Dugongs (Dugong dugon (Müller))

The extensive damage to littoral and sub-littoral biotic communities caused by cyclone ‘Althea’, which crossed the tropical coast of Queensland on 24 December, 1971, are described. The effects of high wind speeds (mean 129·7 km/h), turbulent seas, storm surges, and heavy rainfall on mangrove, sea grass, algal, and coral reef communities are discussed. Mangroves withstood the immediate effects of the cyclone and protected coastal areas. However, long-term effects on mangroves are apparent. Severe wave action, shifting sand, and low salinities caused extensive damage to sea grass, algal, and coral reef communities. The effects of the cyclone on a Dugong population are described. The catches of Dugongs in shark nets set off Townsville increased from an average of 12·7 per year before the cyclone to 41 in 1972 (the year following the cyclone). This increase is attributed to increased movements in search of food, following extensive damage to sea grass beds. Associated with increased movements, there occurred a change in diet whereby large amounts of brown algae were eaten in addition to sea grasses. Sex and size (age) distributions of captured Dugongs are given and their possible significance discussed.     

胶乳分离机高速转鼓流体动力学特性

为研究胶乳分离机转鼓离心流场动力学特性,基于FLUENT二相流模型,模拟了胶乳的分离过程以及转速、橡胶粒径对分离效果的影响,以浓乳的干胶含量为综合特征参数进行模型验证试验,理论分析影响分离速度的因素、碟片内液流的流动状态及轨迹、浓缩极限等问题。模型中设置鲜胶乳体积分数初始值为0.330,浓乳黏度0.038 48 m Pa·s,表面张力系数0.034 N/m,橡胶粒径为5μm,胶清按水的属性设置,碟片间隙为0.5 mm。计算结果表明:转鼓转速为7 250 r/min时,胶乳进入转鼓10 s时橡胶粒子与胶清已呈现明显分离倾向;当转鼓分别为6 750、7 250和7 750 r/min时,浓乳中的干胶体积分数分别为0.588、0.613和0.636,转速越高,干胶体积分数越大,但转速超过7 250 r/min,干胶体积分数的增幅变缓,流体压力和结构应力也将明显增加;在7 250 r/min工作转速下,当胶乳粒径分别取1、2、3、4和5μm时,浓乳中干胶的体积分数分别为0.354、0.392、0.447、0.531和0.601,浓乳中干胶体积分数随粒径增大而增加,轻相出口处因流体涡漩体积分数有一定波动。浓乳干胶含量的仿真结果与实测值高度接近,相对误差为3.83%,由此验证了模型的可靠性。轻/重相分离速度与粒径、转速直接相关,因科氏力轻相/重相轨迹与碟片母线有偏离,胶乳浓缩存在上限,轻/重相出料路径合理,离心去除细微杂质的能力强。研究结果为揭示胶乳离心浓缩机理、优化分离工艺及结构提供了理论参考。     

电场处理与介电分选对棉种发芽率和幼苗质量的影响

为研究电场处理和介电分选对包衣棉种发芽率与幼苗质量的影响,该文利用芒刺电极在-16 kV（DC）下对棉种进行不同时间的高压电场处理,结果显示,处理40 s后棉种的发芽率和幼苗质量显著提高;并利用介电分选机在不同的分选电压下对棉种进行介电分选,结果发现,当分选滚筒转速为20 r/min、分选电压为-6 kV（DC）时,分选获得的I级棉种的发芽率和幼苗质量显著提高。在上述最优条件下,先利用芒刺电极对棉种进行电场处理,再利用介电分选机对电场处理后的棉种进行介电分选,结果表明：棉种的发芽率和幼苗质量显著高于未处理试样的发芽率和幼苗质量,并且也高于单独电场处理或介电分选时的发芽率和幼苗质量。这为开发新型种子处理与分选设备提供了依据。     

微灌旋流网式一体化水砂分离器试验

现有研究以及关注的过滤设备多集中于低含砂水水源,对于缺水地区以高含砂水为水源进行微灌的研究较少,该文提出一种新型微灌用网式一体化水砂分离器,并与常规水砂分离器进行试验对比分析,旨在解决以高含沙水为水源进行微灌的堵塞问题。该文在试验对比的基础上,分别计算网式一体化水砂分离器和常规水砂分离器的主要性能参数,包括溢流参数(溢流流量和溢流浓度)、底流参数(底流流量、底流浓度、底流分流比)以及分级分离参数(分离效率和分级效率)。结果表明,网式一体化水砂分离器和常规水砂分离器的溢流流量和底流流量均与进口压力呈正相关关系,而底流分流比与进口压力呈负相关关系;在进口压力为0.26~0.34 MPa时,网式一体化水砂分离器的分割粒度为20.0~25.0μm,分离极限为83.5~89.0μm,分离精度为0.40~0.43;而常规水砂分离器的分割粒度为24.5~27.5μm,分离极限为86.0~95.0μm,分离精度为0.27~0.42。如果以分离效率80%为评价指标,在进口压力为0.26~0.34 MPa时,常规水砂分离器的平均分离粒径为65μm,而网式一体化水砂分离器的平均分离粒径为45μm。研究可为高含砂水微灌用新型过滤器提供了试验方法、试验参数和理论依据。