生物质制粒机环模的磨损机理分析

环模是制粒机的核心部件,目前存在磨损快、寿命短等问题。该文对X46Cr13钢环模进行600 h实际生产状态下的磨损试验;对环模内壁和模孔内壁的磨损量与表面硬度进行测量;对磨损面进行表观形貌和微观磨损形貌观察;从宏观和微观角度对磨损机理进行分析,旨在通过研究环模磨损机理与磨损分布规律,对环模改进提出建议。结果表明：不同磨损位置起主导作用的磨损机制有所不同;环模内壁磨损十分严重,磨损机理为以微切削作用为主的磨粒磨损和疲劳磨损交互作用;模孔内壁磨损量较小,模孔入口附近以磨粒磨损为主,出口附近则以疲劳磨损为主,从模孔入口到出口磨损量呈指数形式逐渐减小,磨损由磨粒磨损为主逐渐向疲劳磨损为主过渡。研究结果可为改善环模耐磨性能和延长使用寿命提供参考。     

冷库空气幕流场的非稳态数值模拟及验证

为了真实地研究冷库空气幕开启后冷库气流场和温度场的变化规律,该文建立了冷库三维模型,利用CFD模拟软件对试验冷库空气幕的流场进行了非稳态模拟,预测库门和空气幕开启60 s内冷库温度场和气流场的变化,并对温度场模拟结果进行了试验验证。模拟结果得出库门和空气幕开启后,空气幕射流的中心主流速度衰减慢,而两侧气流的速度衰减快,库外热空气从入口两侧和底部侵入库内;冷库内靠近冷风机一侧底部的温度上升较快;侵入的热空气改变了冷气流的流动轨迹,冷热空气存在压力差导致冷库中心处形成多个涡旋,从而破坏了库内均匀的气流组织。在今后的研究中可以通过数值模拟优化冷库空气幕的送风速度、喷口宽度等参数,从而提高冷库空气幕的隔离性能,维持库内控温要求。     

冷藏库内气体流场数值模拟与验证

计算流体力学(CFD)在各种与流体相关的领域内广泛应用,并取得了很好的效果。合理的气体流场才能保证均匀的温度场,这对冷藏库内货物的降温速率和贮藏质量起着至关重要的作用,而常规设计方法很难得到合理的气体流场。本研究以一个(长×宽×高)4.5 m×3.3 m×2.5 m的实验冷库为对象,建立了二维紊流数值计算模型,并采用了SIMPLE算法和交错网格技术进行了求解计算。实验验证表明模型与实际吻合较好。模拟研究揭示整个冷库的流场存在一个中心大回流区、流场主流贴附边界流动、流场在拐角处速度减小。在此基础上,还对可能影响冷藏库内气流组织的多个设计参数(冷风机出口风速,拐角挡板,货物等)进行了模拟研究,研究表明这些参数对冷藏库内流场和温度场都有巨大的影响,进一步说明CFD工具在冷藏库设计和优化设计过程中的重要作用和意义。     

浓缩风能装置扩散管流场模拟验证及其凸缘结构优化设计

浓缩风能装置的扩散管结构直接影响浓缩风能型风电机组的输出功率.为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,采用数值模拟方法,研究扩散管凸缘的几何参数对浓缩风能装置内部流场特性的影响规律;并通过试验验证数值模拟的可靠性.结果表明:扩散管凸缘结构能够明显提高浓缩风能装置对自然风的加速作用和风能利用率;且装置内部流场的流速和风轮扫掠面积上的可利用风能随着凸缘高度L的增加而增大.综合分析可得,带有L为450 mm、凸缘角度α为+9°的扩散管凸缘的浓缩风能装置模型流场流速和可利用风能较高;与原始模型相比,其内部流场最大流速提高了30.738％,可利用风能提高了84.26％,是所研究模型中流场性能较佳的浓缩风能装置结构.     

润滑油分离机内部流场数值模拟与分离效率分析

用数值方法研究碟式分离机内部流场是优化其设计的重要手段。针对润滑油碟式分离机,采用VOF多相流模型并结合RNG k-ε湍流模型和离散相模型对其内部油水固分离过程和分离效率进行了数值模拟。模拟结果表明,碟片间隙中流场基本为层流,在中性孔和碟片外缘为湍流区;入口速度对油水分离结果影响不大,而对固体颗粒的分离会产生较大的影响;固体颗粒计算分离效率和实测分离效率最大相对误差为1.5%,额定处理量为700 L/h时,入口速度为2.5 m/s,此时分离效率为97.2%,满足设计要求。研究结果表明,该文提出的三相流分析方法是可行的,对碟式分离机的结构优化设计具有重要的指导意义,同时也减少了所需的试验时间和费用。     

基于Fluent的9R-40型揉碎机三维流场数值模拟

为了对揉碎机空气扰动噪声源的产生机理、噪声特性及其规律进行研究,该文运用计算流体力学软件Fluent对9R-40型揉碎机内部的流场进行了三维模拟,直观显示了揉碎机腔体内的流场特性和流动状态,并且对计算所得的风速曲线和试验测得的值进行对比,结果表明,二者最大相对误差小于8%,且得到了转速为2 800 r/min运动时揉碎机流场的压力分布和内部流场速度分布。通过气流流场模拟结果分析表明,低速气流从进气口经高速旋转的转子作用后,产生了旋转噪声和涡流噪声;另外,在出料直管内形成一个回流区,易造成出料口堵塞,也会产生噪声。     

星体型人工鱼礁流场效应的数值模拟

人工鱼礁在海中不同的投放方式会产生不同的流场效应,为了研究不同摆放方式下星体型人工鱼礁周围的流场分布,该文利用FLUENT软件,采用RNGk-ε湍流模型,模拟了不同流速(0.3、0.5、0.8m/s)及摆设方式对星体型人工鱼礁流场的影响,并将数值模拟结果与其他研究方法的结果相比较。结果显示,FLUENT数值模拟结果与其他数值模拟方法的结果基本相符,表明该数值模拟方法能较好的反映人工鱼礁周围上升流和背涡流特征。其中,组合鱼礁横向摆放时,最大上升流速度、上升流面积及上升流高度均随布设间距的增大而增大,背涡流面积随布设间距的增大而减小;纵向摆放时,当两礁体间距为1.5倍礁体尺寸时,上升流高度、上升流面积和两礁体后背涡流面积达到最大值;两礁体间的背涡流面积随鱼礁间距的增大而增大。该研究可为人工鱼礁在海底的投放方式和投放间距提供理论参考。     

螺旋流起旋器内部流场水力特性数值模拟与验证

为了有效解决低压平直管道在田间长距离调水中泥沙淤积问题,该文设计了一种螺旋流起旋装置:螺旋流起旋器。与传统的起旋装置相比,螺旋流起旋器的导叶被固定在与管道保持同心状态的料筒外壁面。该文基于RNG k-ε湍流模型,采用Fluent 12.0对不同导叶长度条件下螺旋流起旋器内部流场水力特性进行了非定常数值模拟,并将模拟值与试验值对比分析,结果表明:螺旋流起旋器内部流场模拟值与试验值基本吻合,且流速场和压力场的最大相对误差分别不超过6.4%和1.3%,进一步表明采用Fluent数值模拟求解螺旋流起旋器内部流场是可行的;随着导叶长度的增加,螺旋流起旋器下游流场的轴向流速的影响区域将逐渐减小,而径向流速、周向流速及涡量的影响区域将逐渐增大;螺旋流起旋器能耗损失与起旋效率均随着导叶长度的增加呈现出增大的变化趋势;螺旋流起旋器内部流场涡量主要分布于料筒近壁面、导叶近壁面及螺旋流起旋器的下游流场。该研究不仅为螺旋流起旋器的设计与优化提供了参考依据,同时还为进一步完善管道螺旋流长距离输固理论提供了坚实的理论基础。     

大型剪切型混合罐的流场仿真与分析

为了考察大型混合罐内的液体流动特征,该文采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法、利用ANSYS13.0软件,选用标准k-ε模型和多重参考系法,研究大型剪切型混合罐内的流体力学特性,获取大尺度混合罐内的压力、速度、湍流耗散率等参数及液体流动特征,并通过可视化试验验证了混合罐内流体的流动情况。研究结果表明,随着叶轮转速的增加,混合罐内的负压区扩大且压差增大,液体流速增大,使混合罐内的湍流作用增强,高剪切装置内及附近区域的能量耗散率非常高且集中,说明在这些区域内的混合效果显著。研究结果可为此类工业用混合罐的优化设计提供参考。     

基于化学动力学的生物质颗粒燃烧排放NO特性模拟与验证

为研究生物质颗粒燃料燃烧NO排放规律及其生成机理,采用CFD和Chem Kin联合仿真,建立试验锅炉燃烧筒CFD网络模型,应用Chem Kin接口导入简化的17组分58基元反应机理,建立Chem Kin-PSR反应模拟网络,选用Reaction Design C2_NOx详细机理,对棉秆、玉米秸秆、木质3种生物质颗粒NO排放进行模拟。结果表明,NO生成量:棉秆玉米秸秆木质;NO排放量随过量空气系数的增加先增大后减小,在过量空气系数为1.7附近达到峰值。将模拟结果与试验结果进行比较,证明了模型和化学反应机理的正确性,为生物质燃料燃烧NO排放的预测与控制提供参考。     

吸粮机三级离心风机内部流场的数值模拟

为了较好地捕捉多级离心风机内部流动特征,该文以吸粮机使用的三级离心风机为研究对象,应用FLUENT6.3软件对其内部流场进行了整机三维稳态可压缩计算。计算过程中综合考虑了准确性和经济性,以Pro/E系统建立了风机的全流道模型,利用动参考系（moving reference frame,MRF）模型实现了叶轮间流动参数的实时传递,用重整化群（renormalization group, RNG）κ-ε湍流模型、一阶迎风空间离散格式、Roe-FDS（flux difference splitting）通量差分方法实现了该三级离心风机整机的可压缩计算。根据计算结果,得到了风机内部主要区域的压力与速度分布图,通过分析发现风机内部各级叶轮间气体流动速度基本不变,静压力和总压力逐级上升,第1级和第2级叶轮内的流场分布呈对称性,而第3级叶轮内的流场分布呈非对称性。通过对蜗壳内部流场的分析发现了此风机内部流场在蜗壳小端流动不顺畅的设计缺陷,并给出了蜗壳结构的改进意见,为进一步提高风机效率提供了参考。     

缓沉性水产膨化饲料加工工艺参数优化

该研究旨在研究不同加工工艺参数对缓沉性水产膨化饲料品质指标的影响规律,优化缓沉性水产膨化饲料的加工工艺参数。采用中心组合试验设计,选取调质物料含水率、膨化机螺杆转速和模头温度3个因素,吨料开孔面积固定为450 mm2/(t·h),调质物料含水率在23%～27%,模头温度范围在100～140 ℃,膨化机螺杆转速范围在180～300 r/min,对加工工艺参数进行优化。试验结果表明：随着调质物料含水率的升高,膨化饲料的容重逐渐降低,膨化率逐渐升高,在螺杆转速相同的条件下,不同模头温度的沉降速度的差异逐渐增大。随着模头温度的升高,膨化饲料的容重逐渐降低,膨化率逐渐升高,沉降速度逐渐降低,10 min沉水率先升高后降低。随着螺杆转速的增大,能耗逐渐升高,在调质物料含水率为23%～25%时,初始沉水率逐渐增大;当调质物料含水率大于25%时,10 min沉水率呈现先减小后增大的趋势。调质物料含水率和螺杆转速的交互项与初始沉水率呈负相关。调质物料含水率和模头温度的交互项与10 min内下沉率呈负相关。优化工艺参数：调质物料含水率为27%,模头温度110.68 ℃,螺杆转速265 r/min,在此条件下,平均容重为533.17 g/L,沉降速度为7.10 cm/s,初始沉水率为70.33%,10 min沉水率为99.00%。研究结果可为饲料企业生产缓沉性水产膨化饲料提供参考依据。     

池塘养殖跑道流场特性数值模拟及集污区固相分布分析

为探索池塘工程化跑道式循环水养殖系统中养殖区跑道内流场分布及集污区固相颗粒分布特征,该文以稠密离散相模型对养殖系统进行流速仿真,并对9组0.03～2.00 mm不同颗粒直径的总悬浮固体颗粒进行数值模拟。结果表明：养殖跑道内水流处于缓流状态,在水面区域形成的高速流场受重力和惯性作用沿养殖跑X轴方向由液面向底部下扫推进,推进到底部后流场趋于稳定。下扫推进过程中在前挡水墙与底部之间形成固有回流区,回流区特征长度与推水口平均流速呈线性关系。固相颗粒在养殖跑道对应的集污区里呈“U”形沉积分布,其中直径大于1.30 mm的固相颗粒沉积率在85%以上,直径小于0.60 mm的沉积率在44.13%以下,总沉积率为37.77%。研究表明,使用DDPM模型可初步评估池塘工程化跑道式循环水养殖系统设计对固相颗粒沉积的影响,系统中集污区对直径0.60～2.00 mm固相颗粒的沉积效果显著。     

基于流固耦合渗流的植物油料压榨数值模拟

考虑植物油料的可变形和流变,植物油料的压榨过程是一个渗流场和流变场耦合渗流问题。基于流固耦合渗流理论建立植物油料压榨过程的模拟模型,采用有限差分法和有限元法交替求解渗流场和流变场。数值模拟了压榨过程中菜籽和菜籽仁油料的位移、菜籽仁孔隙流体压力分布与消散、有效应力分布与变化。菜籽和菜籽仁的位移数值解和实测值比较吻合,尤其在中、后时段。     

微灌鱼雷网式过滤器全流场数值模拟

为了充分了解鱼雷网式过滤器内部流场分布规律,该文应用雷诺时均（Reynolds- Averaged Navier-Stokes,RANS）方程及RNG k-ε湍流模型,对过滤器内部全流场进行全流场数值模拟。结果表明：鱼雷部件和出水口边界条件对该过滤器的速度流场和压力场分布规律影响很大,鱼雷部件的影响是尤为突出;滤网及其内、外侧的水流流速沿X轴的变化规律分流速迅速增加、流速迅速减小和流速缓慢减小3个阶段;滤网内外压力分布有很大的的差异,滤网内侧压力沿X轴分布从迅速增加到缓慢减小、最后趋于稳定。而滤网外侧压力分布沿X轴的变化很大,特别是在出水口处压力迅速减少,压力沿X轴的波动幅度较大。滤网内侧压力比外侧的大,两者的压力差沿X轴越来越小,最大压力差为23 kPa左右,最小压力差为0.5 kPa。研究结果认为整个滤网堵塞不均匀,滤网堵塞呈现从尾部开始向出水口方向发展的趋势,对后续滤网的冲洗排污产生重要影响。该文建议在设定最佳排污压差时需要慎重考虑。     

旱地水窑开挖数值模拟与结构形状参数验证

旱地水窑是集雨蓄水，解决人畜饮水、发展节水灌溉的有效集雨蓄水工程。从水窑结构受力特性分析，水窑属于浅埋式非衬砌地下结构，其结构形状及尺寸是决定窑体稳定和安全的关键因素，而开挖阶段又是窑体最危险阶段之一。针对前期研究所拟定出的斜墙圆拱式窑体形状及参数，应用弹塑性非线性分析方法，分别采用两种不同开挖工序及过程进行开挖过程模拟研究，并从反映水窑体稳定性的位移、塑性区及拉应力3个方面分析了开挖卸荷对窑体稳定性的影响。数值模拟结果表明：不管采用上行法还是下行法开挖，水窑在开挖过程中土体是稳定的，从而验证了以前研究所     

水沙分离鳃内部流场的数值模拟

该文对分离鳃内的水沙两相流流场进行了数值模拟,多相流模型分别采用了欧拉模型与混合模型,将两种多相流模型的计算结果与PIV测试结果进行了定性和定量对比,发现欧拉模型比较适合分离鳃内的水沙两相流流场数值模拟。进而利用欧拉模型的计算结果分析了分离鳃内的泥沙及速度分布特性,结果表明,鳃片上表面、下表面的平均含沙量和平均速度分布规律与鳃片所在位置和时间有关,分离鳃不同高度方向的泥沙分布特性不同,越靠近分离鳃的上端,其水沙分离速度越快,就越容易获得清水;泥沙通道中泥沙平均速度与清水通道中清水平均速度随时间变化规律一致,且泥沙平均速度总体上大于清水平均速度。