柴油机烟气喷淋条件下烟黑浓度测量实验研究北大核心CSCD

[目的]为探讨水喷淋方式对柴油机烟气的烟黑净化处理效果,开展相关实验研究。[方法]利用Dekati型低压撞击器(DLPI)对烟道中烟黑进行取样,采用在取样枪上包裹加热带并控制其温度的方法防止喷淋后湿烟气冷凝,使湿烟气中烟黑进入DLPI时与其在烟道中的状态相同。实验首先利用烟气分析仪对烟气浓度均匀性进行测量,验证烟气分布基本均匀;然后利用DLPI确定取样时间,进而对不同柴油机负荷、不同喷淋水量下的烟黑净化效率进行测量比较分析。[结果]结果表明:水喷淋对烟黑的净化效率可达到50%;相同喷淋流量下,柴油机100%负荷下的烟黑净化效率高于50%负荷;当喷淋流量达到一定值后,其烟黑捕集净化效率可能达到极值;烟气在喷淋之后大粒径的烟黑颗粒明显减少,而小颗粒烟黑会发生团聚作用,在50%负荷下由于烟气速度较低,水雾与烟黑接触时间更长,小颗粒烟黑团聚效果比100%负荷中更明显。[结论]水喷淋可有效降低柴油机烟气烟黑排放。     

基于CCD的增压锅炉火焰温度及辐射率检测

为实现对炉内火焰温度分布进行实时监测和有效控制以提高锅炉运行的可靠性和经济性,通过接口与密封装置,将3支彩色火焰图像探测器分别布置在增压锅炉前后墙的观火孔内,通过专业采集软件采集炉内火焰图像并保存至计算机中,运用图像处理技术以及基于双色法的火焰温度检测方法得到火焰的辐射温度和辐射率分布图像,实测结果与数值模拟结果吻合较好。不同负荷下试验表明:辐射温度与过热蒸汽温度、烟气压差和燃油压力的变化趋势表现很好的一致性,辐射率的变化趋势则与之相反。     

基于OpenFOAM的平板微气泡减阻数值分析

本文基于OpenFOAM两相欧拉求解器(twoPhaseEulerFoam)对二维平板进行微气泡减阻数值模拟。模型直接求解两相N-S方程,同时采用标准k-ε湍流模型,并考虑两相间作用力的影响,通过求解界面输运方程来模拟气泡的聚并和破碎。将数值结果和Madavan[1]试验结果进行对比,验证了模型的可行性。分析了不同流速下气泡直径、通气速度、浮力对减阻率的影响,并且研究了气泡对边界处流体速度分布、气体体积分数的影响。从数值结果可以看出通气速度较大且气泡直径较小时,减阻效率高,并且浮力对减阻有一定影响。     

在潜器中加装浮力材料以提升水下初横稳心高的敷设位置研究北大核心CSCD

[目的]为了解决在潜器中敷设浮力材料以提升水下初横稳心高尚无定量指导依据的问题,在推导得到浮力材料敷设的临界高度计算公式的基础上,计算确定浮力材料应敷设的垂向高度,并据此进一步给出浮力材料和压载铁敷设的纵向位置建议。[方法]首先,通过推导敷设浮力材料后的全船初横稳心高函数,利用偏微分的数学方法得到浮力材料体积、重心等对稳性的影响方式;然后,通过等价代换的数学手段得到稳性变化临界情况下浮力材料重心理论高度计算式;最后,为了更好地研究和理解这一临界高度计算公式以及其他参数如排水量、敷设前稳心高等的影响,构建典型浮力材料敷设剖面的数学模型,并进行多算例对比分析研究。[结果]结果显示,所设计算例中初横稳心高最好可提升约1.8%,若进一步放开纵横垂向的限制,或将获得更优结果。[结论]所做研究可直接指导浮力材料敷设方案,所得到的一些对工程实际有重要意义、简便实用的浮力材料敷设原则,可供设计人员参考使用。     

船舶碰撞机理三维解析法实现及恢复系数研究

[目的]采用解析方法分析船舶碰撞动力特性较为快速和准确,其中外部动力学分析十分重要。[方法]为此,运用MATLAB程序实现船舶碰撞外部机理三维简化解析方法,计算两艘船舶碰撞的动能损失,并与二维解析方法的计算结果进行比对。在实现船舶碰撞动能损失快速计算解析方法的基础上,讨论碰撞高度、角度和位置对动能损失的影响。此外,还研究碰撞场景对保守恢复系数的影响和保守恢复系数对动能损失的影响。[结果]结果表明:三维解析方法得到的动能损失小于二维解析方法,碰撞高度对于动能损失有明显的影响;简化解析方法中,对于碰撞角度大于90°的场景,恢复系数简单地取0并不安全。[结论]在今后的外部动力学分析中,为了使动能损失的计算值更加准确,可以使用三维解析方法代替二维解析方法。     

波浪增阻计算方法在船型综合优化设计中的应用

[目的]为了获得兼顾静水和波浪阻力性能的优良船型,以某散货船为研究对象,开展船型综合优化设计。[方法]基于成熟的商用软件STAR-CCM+进行目标船静水阻力性能评估。采用ISO 15016推荐的简化方法和经验方法,以及自主编程开发的二维切片理论方法进行波浪增阻计算。对比分析不同波浪增阻方法计算结果与模型试验结果的差异。[结果]结果表明:二维切片理论方法计算精度较高,且能反映船型对波浪增阻的影响;目标船改型的静水阻力性能与原型相当,改型的波浪增阻和原型相比降低了20%以上,波浪中阻力性能得到显著提升。[结论]通过探讨不同波浪增阻计算方法的工程适用性,为船型综合优化设计提供了有效工具。     

喷管中气液两相混合物流动的等熵分析

文章基于均质混合物的等熵和正压条件,建立了喷管内定常气液两相流动的等熵模型及其微分方程,并因此得到了喷管内混合物压力、体积分数、马赫数以及温度之间的等温与等熵的解析关系。解析解表明,气液质量流率之比增加,喷管内混合物的温度变化明显,而混合物的临界流动特性与滞止点的气体体积分数有关。基于以上解析关系以及连续性方程得到喷管线型与压力分布的解析关系,通过该关系可以根据期望压力分布逆向设计得到喷管线型,或者根据给定喷管线型求解得到喷管内的流动。     

网格节点型有限体积法在滑动轴承润滑特性求解中的应用

本文采用网格节点型有限体积法求解二维瞬态雷诺方程,采用矢量化方法离散雷诺方程,从而构建并得到新的数值模型,该模型既有有限体积法守恒性的特点,又能适用于结构复杂的求解域.通过与相关算例的对比验证,证明了该模型可适用于滑动轴承润滑特性的研究,同时精度也可以得到保证;根据计算得到的压力分布特点,采用不同的网格类型和网格数量重新划分求解域,并对计算结果和时间进行了对比,结果表明可以采用不同的稀疏网格来提高计算效率;通过计算圆锥形织构轴承的压力分布,证实了该模型对复杂求解域的良好适用性.     

船闸底板大体积混凝土时变温度场数值模拟分析

针对施工期大体积混凝土温度场时变性,结合遗传算法对绝热温升参数进行反演,选取对时变温度场敏感度较大的单位质量水泥最终放热量Q0和实常数n作为反演对象并求得最优解。基于实测环境参数及反演结果,建立了ANSYS三维有限元传热模型,数值模拟结果与实测数据对比表明,水化热温度场时效模式更能准确地模拟工程实际。时变温度场与温差变化规律分析结果表明:大体积混凝土分层浇筑施工的温度峰值跟层厚与浇筑间隔等有关,且不一定位于各层中心;温度峰值历时曲线和里表温差历时曲线发展规律相似,可近似用于温控时间节点的参考。     

基于导热反问题的双层炉膛内壁缺陷诊断

对内壁带有不规则缺陷的双层炉膛建立了二维稳态传热模型并通过有限元方法进行求解.利用外壁面的温度分布,根据共轭梯度法,通过使外壁面温度测量值和计算值之差最小化,基于导热反问题机理对内壁面的缺陷形态进行了识别.并对某焚烧炉炉膛进行了数值试验,分析了测量误差和初值选取对反演结果的影响.     

高雷诺数下水翼涡发放频率预报方法

[目的]高雷诺数下水翼绕流问题因其原理复杂、计算困难,一直是水动力领域关注的热点。基于涡量—流函数的离散涡(DVM)模型是一种无网格方法,可有效克服数值粘性问题。同时,在涡量集中区分辨率高,可有效模拟高雷诺数流场中的旋涡运动。使用一种随机涡方法对高雷诺数下二维刚性水翼涡发放频率进行预报。[方法]以NACA 66系列水翼为例,与试验数据对比验证其对涡发放频率预报的准确性。应用此方法分析高雷诺数下来流速度及初始攻角大小对水翼涡发放频率的影响规律。[结果]结果表明:涡发放频率会随来流速度呈非线性增加;随着水翼攻角的增加,泄涡尺寸和涡强不断增大,泄涡频率降低。[结论]来流速度和水翼初始攻角对二维水翼涡发放频率有显著影响,可为螺旋桨桨叶二维剖面的涡发放机理探究,甚至全桨的振动噪声预报提供参考。     

蒸汽浸没射流与凝结数值仿真分析

[目的]船用蒸汽动力系统进行蒸汽排放时,蒸汽射流冷凝是一个常见的物理过程。为了充分掌握此类开放空间纯蒸汽浸没射流的基础物理现象,采用Mixture两相流模型开展CFD仿真研究。[方法]基于实验结果对传热关系式进行修正,以汽相体积份额为0.95作为度量汽羽长度的临界分数,对比分析不同凝水温度和进口压力条件下浸没射流冷凝汽羽的空间分布、速度场、温度场及压力场分布特性。[结果]仿真结果表明:不同的进口条件将影响浸没射流冷凝汽羽的形态;在稳定的浸没射流冷凝过程中,汽羽核心区呈现出相对低温的状态,汽羽轴向的压力分布呈现出波动状态;验证了汽羽内部膨胀—压缩波的存在性,且随着蒸汽进口压力的增加,膨胀—压缩波的波动振幅和空间范围也随之增加。[结论]研究成果可为蒸汽射流冷凝的优化设计提供参考。     

混凝土弯连续刚构桥二维温度梯度效应研究

根据热传导原理采用有限元法研究了混凝土箱梁温度场分布规律,结合现行桥梁规范温度梯度模式,建立了2种混凝土箱梁A类、B类二维温度梯度模式,分析了混凝土弯连续刚构桥在二维温度梯度与一维温度梯度作用下的温度效应。根据研究结果,建议结合桥梁方位应用A类二维温度梯度分析大跨径弯连续刚构桥的温度效应。     

内嵌声学黑洞薄板振动特性数值模拟方法研究

[目的]针对内嵌二维声学黑洞薄板的数值模拟方法进行对比研究,[方法]提出使用板壳单元对声学黑洞薄板进行离散建模的方法。首先,设计内嵌二维声学黑洞薄板算例,应用体单元建立该薄板的有限元模型,以验证其声学黑洞效应。然后,采用相同尺度的板壳单元来模拟该二维声学黑洞薄板,并对2种建模方法的模态和振动特性进行数值对比验证。最后,讨论声学黑洞区域厚度阶梯变化尺度以及幂律对整体结构振动特性的影响。[结果]研究表明,使用板壳单元离散内嵌声学黑洞薄板计算其振动特性的精度是可靠的,板壳单元离散方法相比体单元离散法具有计算规模小、计算效率高的优点。同时,合理调节声学黑洞区域的厚度阶梯变化尺度以及幂律会改变局部模态对应的固有频率。[结论]研究结果可为声学黑洞结构的设计与应用提供指导。     

网格节点型有限体积法在滑动轴承润滑特性求解中的应用（英文）

本文采用网格节点型有限体积法求解二维瞬态雷诺方程,采用矢量化方法离散雷诺方程,从而构建并得到新的数值模型,该模型既有有限体积法守恒性的特点,又能适用于结构复杂的求解域。通过与相关算例的对比验证,证明了该模型可适用于滑动轴承润滑特性的研究,同时精度也可以得到保证;根据计算得到的压力分布特点,采用不同的网格类型和网格数量重新划分求解域,并对计算结果和时间进行了对比,结果表明可以采用不同的稀疏网格来提高计算效率;通过计算圆锥形织构轴承的压力分布,证实了该模型对复杂求解域的良好适用性。     

基于体积力的海水自流循环系统流速确定方法

[目的]为优化和比较海水自流循环系统中关键部件的多种设计方案,需建立一种能对自流循环系统流量进行快速计算的方法。[方法]采用RANS方法结合SST k-ω湍流模型开展某艇海水自流循环系统的数值模拟。用体积力代替主要部件进行数值分析,提出一种利用系统特性曲线与部件性能曲线求交点的方法确定海水自流循环系统的流速点。[结果]通过比较体积力法与部件实体加艇体的联合计算方法得到的工况点,验证了体积力法计算的准确性,从而确定了海水自流循环系统的流速;体积力法较实体联合计算法更简便、计算量更小,更适用于系统部件的多方案仿真分析。[结论]体积力法可简化数值仿真计算,可为预报实艇海水自流循环系统的流速和流量提供参考。     

基于透析膜的高乳化油污水分离特性试验

[目的]超滤技术处理含油废水在工程中得到广泛应用,为了研究基于亲水透析膜的高乳化油污水分离特性,[方法]利用1000号矿油型汽缸油(GB/T 447-1994)及乳化剂等制备高乳化油污水,搭建小型高乳化油污水分离试验装置,利用流量计、油份检测仪等仪器设备测量不同孔径透析膜组件处理不同温度、不同浓度高乳化油污水原液的效能,并按MEPC.107(49)决议研究膜组件的抗污性能,以及膜组件频繁自清洗后处理效能的衰减特性。[结果]试验发现0.1~0.45μm孔径透析膜随着孔径的增加,其处理能力随之增加;且3种膜具有相似的温度—流量特性,即随着温度的增加处理能力先增后减,其中0.45μm的透析膜在处理55~60℃原液时效能最佳。[结论]研究中形成的各类特性数据对于高乳化油污分离装置的设计、使用操作具有工程指导意义。     

锌镍单液流电池二维瞬态放电模型

[目的]为研究锌镍单液流电池在运行过程中的内部机理,[方法]以某公司第2代锌镍单液流电池为例,综合考虑动质量传递、电荷守恒以及反应动力学方程建立电池的二维瞬态模型,采用有限元法进行耦合计算并分析电池内部流场、浓度场的分布。通过与实验数据对比验证计算结果的可靠性,并在此基础上研究电解液流量和离子浓度的影响。[结果]结果表明:大流量加快了电化学反应,流量每增大(或减小)0.5倍,氢氧根离子浓度区间减小(或增大)36%～41%,锌离子浓度区间增大(或减小)6.5%～6.6%;增大流量使离子浓度分布趋于均匀,而改变初始离子浓度并不影响浓度分布均匀性;当氢氧根离子初始浓度提高22%时,电池放电电压平均增大27 mV,而较大的锌离子初始浓度则不利于提升电池放电性能。[结论]模型能较为准确地计算电池的放电性能,适用于锌镍单液流电池的机理研究。     

短环形燃烧室双燃料燃烧流场污染物排放研究

污染物排放研究一直都是燃气轮机燃烧室的热门课题。本文研究了短环形燃烧室分别混烧氢气和裂解气后对NOx排放的有利影响和不利影响。添加的氢气质量分数分别为1%和10%,添加的裂解气质量分数分别为1%、10%和15%。比较了使用不同燃油方案的燃烧室流场结果,分析了燃烧效率、出口温度、NOx排放与其他燃烧室性能参数。结果证实氢气可有效改进燃烧效率,但同时其易燃性与极快的化学反应速度又会导致火焰温度升高以及NOx排放量增大,这一点违背了降低排放的初衷。而混烧裂解气既可保留氢气的优点,同时组分水蒸气的存在又能吸收高温区部分热量,降低火焰温度,有利于降低NOx排放。从而使得燃烧室在保持较高的燃烧效率和较低的出口温度的同时,NOx排放量不会剧烈增加。     

圆形荷载作用下考虑粘土次固结效应的沉降计算

在文献[1][2]的基础上,将矩形分布的均布荷载问题改换成圆形分布的均布荷载问题,利用张量算法将文献[2]中的基本方程写成圆柱坐标形式,利用了文献[2]中完全一样的位移函数。由于在圆柱坐标中改用Hankel变换使问题同样变成可解的形式,代入边界条件进行反演变换,并对得到的解进行数值积分后,可以看出本方法在实际应用中是十分简便的,因此可供沉降计算与沉降资料整理分析时参考。