摘要：利用压缩气体驱离流体是密闭容器清理的一种重要方式,其工作过程中将形成复杂的气液两相流动现象并诱发剧烈噪声。为揭示密闭容器清吹过程中复杂流动发展演化规律及流噪声形成机理,优化密闭容器清吹参数从而控制清吹噪声,该研究基于流体体积表面跟踪法和Lighthill声类比原理,采用计算流体动力学-计算声学相结合的混合模拟方法对密闭容器清吹过程的流场和声场进行仿真分析和优化研究。研究结果表明,密闭容器清吹过程中,高速气体射流将对液面产生剧烈的冲击作用而形成漩涡、液体破碎和气泡弥散等流态,诱发复杂的不稳定气液两相流动,从而激发剧烈的噪声并影响清吹效率。进气压力将直接影响密闭容器内部流场特性,并进一步影响清吹效率和噪声特性,当进气压力高于1.0 MPa时,气体将沿罐壁进入排水管路形成不稳定的气液混合流动,导致有效排除流量和清吹效率降低。噪声随进出口压差升高而增加,进气压力1.0 MPa时总声压级比0.3 MPa时高10 dB,为兼顾清吹效率和噪声特性,采用0.5 MPa的气体压力具有较好综合性能。根据密闭容器内部流场特性对进气结构进行优化,采用倾斜进气和倾斜渐扩进气结构,清吹效率分别提高了15.0%和27.0%,总声压级降低了10 dB和7 dB。

摘要：针对管式电场破乳设备中常用的环形电极结构,在采用理论分析、微观观测实验验证计算流体动力学(CFD)数值模型准确性的基础上,开展了非均匀电场中水颗粒介电泳运动特性的数值模拟研究,考察了电场参数、水颗粒尺寸参数、物性参数等对其运动的影响规律。结果表明,随着施加电压占空比的增大,水颗粒瞬时速度波动幅度先增大后减小,在占空比为50%时波动幅度最大,总体呈现波动式增大;随着电场频率增加,水颗粒平均速度呈现先上升后下降的趋势,在电场频率为1000 Hz时水颗粒平均速度达到峰值,但总体来看电场频率对水颗粒平均速度的影响不大。水颗粒与环形电极中心距离减小时,水颗粒所处位置的电场强度和电场梯度增加,造成水颗粒平均速度迅速增大;水颗粒直径为0.3~1.0 mm时,随着水颗粒直径增大,介电泳力与阻力同时增大,但介电泳力作用更强,导致水颗粒平均速度增大。随着油相黏度增大,水颗粒速度快速减小,当油相黏度增大到大于50 mPa·s后趋于平缓。在介电泳力作用下,水颗粒向环形电极中心运动,促进了偶极聚结。该研究结果可为管式电场破乳设备的设计研制和优化提供理论依据。

摘要：金属氧化物储热可与太阳能空气布雷顿发电系统结合,实现高质量发电和快速调峰调频。为满足空气布雷顿发电系统对储热装置的运行调节需求,构建了储热装置耦合流动换热和化学反应的数值计算模型,模拟与实验结果最大相对误差不超过6.2%。基于数值模型对一台锰基金属氧化物储热装置进行数值模拟,结果表明,储热装置等温线和等反应速率线均呈抛物线型,不同位置的温度曲线在还原和氧化反应温区分别出现“平台”区域,区域高度和长度受升降温速率影响。相较于纯显热储热部分,热化学储热装置的总储热容量提升了61.4%。研究结果可为太阳能空气布雷顿发电系统中金属氧化物储热装置设计和运行调控提供参考。

摘要：为突破实验条件的限制研究高温环境下三维间隔机织物的传热机制和传热过程,以玄武岩/聚酰亚胺三维间隔机织物为研究对象,对其三维间隔结构进行参数化建模,并确定控制方程以及边界条件。利用有限元分析方法对该织物进行高温环境下的传热过程数值模拟,通过实验对比验证模型有效性,探究了玄武岩/聚酰亚胺三维间隔机织物的间隔高度以及间隔跨距对其传热性能的影响。结果发现:相较于间隔跨距,间隔高度对三维间隔机织物传热性能的影响更大,传热平衡状态时织物背面域点探针温度相差11.4℃;且在三维间隔机织物内部,同一时刻下同一水平面上的间隔纱温度略低于空气域温度。

摘要：目的研究热顶设计对凝固过程中高纯稀土钆(Gd)铸造靶材温度分布及铸造缺陷分布的影响,通过优化热顶结构增强液体凝固时的补缩能力,降低高纯稀土Gd铸造靶材出现内部缺陷的概率。方法以铸锭尺寸137 mm×126 mm×190 mm的高纯稀土Gd铸造靶材为研究对象,利用有限元软件Procast对高纯Gd铸锭真空模铸过程进行数值模拟,研究热顶直段高度及热顶材质对Gd铸锭凝固时温度与缺陷分布的影响。结果数值模拟结果表明,热顶结构能够对熔体上层起到保温效果,改变了熔体整体的温度分布情况,强化了熔体自下而上的凝固行为,使缺陷位置上移,缺陷体积减小。当使用氧化镁作为热顶材料时,最佳热顶高度为60 mm,此时Gd铸锭中的缺陷体积最小,为9.4 cm^(3);当使用莫来石作为热顶材料时,最佳热顶高度为50 mm,此时Gd铸锭中的缩孔体积最小,为9.1 cm^(3)。结论热顶结构对高纯稀土Gd铸造靶材的凝固过程产生了显著的影响,延缓了铸模内上层熔体的凝固,因此增强了液相补缩能力,使铸造缺陷位置上升、体积减小。不同的热顶材质保温效果存在差异,相比于氧化镁,莫来石热顶的保温效果更好。

摘要：利用WRF中尺度数值模式,选取了2011年三峡水库蓄水高水位期和2022年三峡地区高温伏旱低水位汛期两个典型气候年份的不同蓄水时段,通过改变水位高度设计了两组数值试验,探究了三峡水库动态运行的水位高度变化对库区气候的影响情况。结果表明:1)三峡水库蓄水运行后,模式模拟的库区气候要素均有一定程度的改变,无论是在低水位的汛期还是高水位的蓄水期,水库蓄水水体加宽和水位抬升对气温、风、相对湿度和降水等要素均产生了局地性的影响,但不同水位高度产生的影响范围和幅度不同。2)气温在水体附近表现为降低特征、相对湿度和风速表现出增大特征,要素的变化范围主要集中在水体附近,水库蓄水对距离水域远地方的相应气象要素基本无影响。3)降水事件变化较为复杂,库区范围内的降水以略有增加为主,但在汛期时段引起库区降水的因素复杂,地形地貌、空气层结和水汽大小均会对山区降水产生重要影响。

摘要：针对雾化法去除微细颗粒粉尘过程中如何增强雾化喷嘴的雾化性能问题,采用Fluent对应用表面活性剂的雾化介质的压力旋流喷嘴雾化特性进行优化。研究基于欧拉-拉格朗日法探讨了三种不同雾化介质溶液(水、质量分数0.05%的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十二烷基硫酸钠(SDS)的雾化特性,分析了压力旋流喷嘴雾化压力和介质种类在雾化场中对雾滴索特尔(Sauter)直径的空间分布和单位面积的雾滴数目通量N的影响。结果表明:雾滴轨迹呈空心圆锥状雾炬;SDS较SDBS、水溶液雾化得到的粒径更小,平均SMD粒径可达71.44μm。三种介质轴向距离的雾滴数量通量逐渐减小并趋于平衡,液滴数量通量N可达N=7.58E+09。研究结果可为冶金过程转炉蒸发冷却器、云式除尘器等除尘过程中喷雾压力与雾化介质的选择提供计算和设计基础数据。

摘要：利用气泡幕实现水下声波屏蔽一直是海洋和环境工程领域的重要研究课题.近年来,通过创新方法对气泡幕屏障技术进行优化引起了学术界和工业界的广泛关注.文章基于开源代码Multi-Component Flow Code,采用集合平均多相流模型,考虑气泡与周围流体的相互作用,模拟了气泡幕在不同参数配置下的动力学行为及其对水下声波的屏蔽效果.其中,重点关注气泡大小分布、气泡体积分数、气泡幕厚度和环境压力对屏蔽效果的影响.同时,探索了气泡幕对不同幅值与频率声场的峰值衰减效果.模拟结果表明,声波能量的衰减效果与气泡的体积分数呈正相关;气泡幕在低幅值、高频率声场中展现出更为优越的声波屏蔽性能;在一定的阈值范围内,通过增加气泡幕的厚度可有效增强声波的衰减效果;存在气泡的初始半径及其标准差的最优值使得声波峰值衰减率最大,多分散气泡分布状态下的声波峰值降低但有限;随着环境压力的增加,声波能量的衰减效果减弱,当水深超过一定阈值时,气泡幕的衰减率趋于极小并保持稳定.为气泡屏障技术的设计与优化提供了重要的理论依据和参考.

摘要：[目的]为节省能耗、减小阻力、降低功率,通过计算流体力学(CFD)方法对设计航速下不同舵角进行计算。[方法]基于SST k-ω湍流模型和流体体积(VOF)方法,对舵角为0°~8°时舵的阻力、升力、力矩、表面压力和轴高附近舵剖面的速度矢量进行分析。采用刚体运动(RBM)方法捕捉螺旋桨旋转时的真实受力状态,并对螺旋桨内旋状态下舵角为0°~6°时的外力、螺旋桨转速、推力、扭矩和桨/舵表面的流场分布进行分析。[结果]结果表明:当舵角为6°时,船+舵的阻力最小;当舵角为4°时,船+桨+舵的自航总功率最小;舵表面的动压力分布越均匀,阻力越小;船-桨-舵的相互影响导致船舶性能在不同舵角时发生变化。流场变化是造成该船阻力和自航性能变化的根本原因,合适的舵角能实现降低船舶航行阻力和收到功率的目标。[结论]研究成果可为船舶舵角优化提供一定参考。

摘要：地聚物混凝土化学组成复杂,力学性能影响因素较多,为探究不同条件下其力学性能变化规律,利用数值模拟进行研究。在构建非均质细观模型上假定混凝土由骨料、砂浆、混凝土界面过渡区三相组成,材料属性服从Weibull分布,并采用等效单元拟合求解非均质参数;通过多尺度建模,提出采用折减系数表征初始微孔洞对材料力学性能的影响;采用模拟正交法反推求解砂浆单元的力学性能参数。为验证非均质细观模型,进行了地聚物混凝土力学性能试验。基于验证后的非均质细观模型,进一步探讨了试件尺寸、骨料体积分数、初始微孔洞率等因素对地聚物混凝土力学性能的影响。结果表明:三维细观模型能准确描述地聚物混凝土的力学性能,所提出的模型构建和参数确定方法具有可靠性,对于模拟研究地聚物混凝土力学性能具有指导意义。