柴油机烟道导流板设计模拟与实验研究

针对还原剂NH3由喷射系统喷入烟道后与烟气混合途经烟道转弯处易形成大面积气体涡旋,流速差值较大这一问题,本文对烟道第2个拐角展开优化设计研究,旨在获得最优的速度场分布。具体的,基于斜型烟道设计了6种导流板的布置方式,分析系统内流速和压损变化,据此获得优化的布置方案。同时,搭建了实验平台,对相关优化布置方案进行实验验证。根据实验和模拟结果得出结论:在斜型烟道中,5块相同导流板一列布置时引流效果最好,此时出口流速差值最小,压损也最低。该研究结果为柴油机烟道设计提供了参考依据。     

井式渗碳炉流场模拟与优化设计

为解决船用柴油机关键零部件在使用井式渗碳炉时出现的气氛流动不均匀问题,基于流体力学分析软件ANSYS Fluent,根据某大型圆筒形井式渗碳炉的具体结构和尺寸建模并模拟炉内的气体流动过程.通过分析炉内气氛的流动特点,揭示了不同入口速度下炉内气氛的流动规律,从而指导设备风扇转动速度的选取.同时,为进一步均匀炉内气氛,设计出具有不同角度的导流装置.通过对加装导流装置前后炉内流场模拟结果分析发现,加装导流装置后炉内流速不均匀的情况能得到较好的改善,且导流装置呈270°时效果最佳.优化后的流场流速相较于原始流场速度提升达到36%～40%,解决了渗碳炉内工作区域与风扇区域流速差异过大的问题,使炉内气氛流动性得到了较为明显的改善,为新型渗碳炉的结构改进和技术创新提供了理论支撑.     

日照港LNG码头配套航道及防波堤工程方案

日照港岚山港区北作业区规划新增LNG码头,针对其配套航道及防波堤工程平面布置问题,提出3个方案。采用数值模拟方法,推算不同方案下港池、航道,尤其是口门处的测点流速。计算结果表明,工程建设后,港池内各点在防波堤掩护下流速有所降低;受防波堤挑流作用的影响,口门位置处横流流速达到最大;以方案2流速相对较小,且流速大于某一值的持续时间较短。在方案2基础上进行优化,将一段防波堤调整为导流堤,由于导流堤上方可通过一部分水体,堤头附近航道横流有所减小。     

渠江风洞子航运工程施工导流优化方案设计

针对渠江风洞子航运工程施工导流方案中二期导流时段过流断面流速大,下游河道抗冲刷能力不足、上游围堰堤头头部冲刷显著等问题,在施工导流物理模型试验研究的基础上进行施工导流设计方案优化研究。采用优化施工导流平面布置、加强下游消力池抗冲设施设计,优化全年纵向围堰堤头结构形式、枯期纵向围堰长度等方案,结合枢纽总布置、施工工期、施工强度、工程投资等因素,并对优化后的施工导流模型进行试验验证,提出满足施工要求的导流设计方案,用于指导工程施工。     

方圆过渡入口烟道流场优化及阻力特性的数值研究

方圆过渡通道是一种常见结构形式。本文建立了高速烟气流经方圆过渡烟道的三维数值计算模型,选用标准k-ε湍流模型,压力速度耦合采用SIMPLE算法,方程离散采用二阶迎风差分格式。计算得出方圆过渡烟道内部流场的速度分布情况。由于原设计通道内流场欠佳,基于烟道出口速度的均匀性,给出提高烟道高度和加装导流板2种对流场进行优化的措施。并进一步考察加装导流板之后对通道的阻力影响。计算结果表明:由于弯曲面的存在,在近壁面会形成涡流。在合适位置加装导流板不仅可以均匀内部流场,而且可以降低流场阻力。数值计算方法的正确性通过对一种标准中可查的结构进行计算对比得到验证。从而提出了一种针对方圆结构烟道流场及阻力特性计算的新方法,可为工程设计提供有益参考。     

重力惯性袋式复合除尘器进气导流板的结构设计与优化

为了优化除尘设备的入口结构,设备运行过程中导流板对除尘设备入口处气流的分配情况,进而达到提高除尘设备的效率、降低成本的目的,采用Workbench和Fluent软件对重力惯性袋式复合除尘设备导流板自身的力学特性进行静力计算与入口处的流场分布进行数值模拟计算;针对现有导流板存在的结构缺陷所导致入口气流分配问题,提出一种新的结构改进方案,通过多学科优化软件Isight对多个设计变量进行多目标集成优化,得到最优设计方案,新设计方案使得导流板所受压力减小了5. 07%,除尘设备入口处最大流速减小了16. 87%,前导流板最大形变减小了83. 69%,后导流板最大形变减小83. 85%.     

压载水UV处理装置优化设计及实验研究

IMO制定的压载水处理D2标准已对颗粒物和细菌及微生物的数量等做了明确的规定,利用紫外线杀菌具有高效、洁净、方便的特点。提出了对原有的UV处理装置内增加了进出口导流板和筒体内平面导流板,它改善了UV处理装置内的流场分布和辐照剂量的均匀性。模拟结果显示,优化后的装置它的平均流速为1.18m/s,低于原先的2.43m/s平均流速,使辐照时间增加了1.030s,辐照剂量呈正态分布。通过生物实验测试,验证了优化后的装置能将10~50μm生物数量控制为平均0.02cfu/ml,50μm以上生物数量控制为2.33cfu/m3。在紫外灯管数量及功率未增加情况下,它节约了处理时的能耗,达到了理想的杀菌效果。     

长沙综合枢纽三期施工导流及通航模型试验研究

针对三期施工导流期的特点,采用正态1:100整体物理模型,对该河段的行洪能力和通航水流条件进行试验研究。通过分析设计方案河段上游水位雍高值、围堰附近的流场特点和各泄水闸闸前行进流速,从增加溢流宽度和调整纵向围堰与水流方向两方面对其进行优化,共提出了3种优化方案。根据三期导流的特点并对比不同施工导流方案下的上游水位雍高值,得到有利于河段行洪及施工布置的推荐方案。最终通过流场分析表明,推荐方案的水流条件满足船舶安全通航要求。     

洪江枢纽扩建船闸下游通航条件试验研究

建立了洪江枢纽整体物理模型,对洪江扩建船闸布置及下游航道通航条件进行多方案试验.试验结果表明,坝址所在位置下游河势向右微弯,且逐渐压缩,扩建船闸闸室较长,引航道实体导流堤直线顺延后,导流堤对有效河宽造成大幅缩窄,引发船闸下游口门区斜流流速大、流态复杂,通航条件不能满足船舶安全航行要求.优化方案充分利用船闸下游弯道河段右...     

沥口枢纽上游口门区通航水流条件试验研究

船闸口门区通航水流条件的好坏直接影响航运的安全。针对沥口枢纽上游口门区及连接段通航水流条件差、横向流速大等问题,通过建立沥口枢纽河段水工整体物理模型试验,提出在坝轴线上游设置浅坝,调整河道河势及导流墩分流等优化措施。试验结果表明:优化方案下口门区及连接段内水流流态得到明显的改善,通航条件满足规范要求。船模航行试验表明最大通航流量Q_(20%)=4 661 m~3/s,并论证在此方案下通航的安全性与工程可行性。     

小型旋流燃烧器冷热态流场数值模拟

本文以一种装载在液货船上的小型旋流燃烧器为对象,利用Fluent商用软件,采用非预混PDF燃烧模型、DPM离散相模型和D0辐射模型等,对其内部冷热态流场进行数值模拟研究,得到了燃烧器内部燃油喷射、油气混合以及燃烧流动的规律,模拟结果和试验数据基本吻合。通过分析燃烧室内部压力场、速度场、温度场、组分浓度场的变化,找到燃烧室内部烟气流动的规律,仿真结果对实际运行、设计及改造提供了有益的参考意见。     

燃气轮机进气系统过滤结构数值模拟

针对某型燃气轮机陆上试验的进气系统,布置不同过滤结构模型,采用CFD数值模拟计算方法,分析了三种过滤结构对进气系统流场、燃机进口空气速度均匀性、总压损失等参数影响。结果表明：在低进气流量下,过滤结构产生的总压损失占据主导位置,随着进气流量的增加,进气室稳压室向燃机进口直管收缩产生的压损更为明显。两侧分布式过滤结构降低了燃机进口空气速度的不均匀度,并有效降低了总压损失。     

船舶涂装车间VOCs废气排除效果数值模拟

针对大型船舶涂装车间，建立用于两种不同通风方案和挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）废气扩散的数学模型。运用数值模拟方法，研究不同通风方案的气流速度场和气流压力场的分布特点及其对VOCs废气排除效果的影响规律。结果表明：侧进侧排（Side Intake and Side Discharge，SISD）式的原有通风方案导致车间VOCs废气不断向车间顶部累积，通风效率较低；而侧进底排顶部补风式的优化通风方案可有效提升车间湍流区域面积和风速，对VOCs废气排除效果作用显著。研究结果可为船舶涂装车间通风系统的优化设计提供参考依据。     

外部气流影响下的船舶通风口烟气扩散试验

为预先确定船舶初步设计中的通风口系统在外部气流场作用下的排气效果，找出设计方案在通风口排气方面存在的问题，采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）和风道试验的方法进行研究。以外部气流作用下的通风口烟气扩散试验为研究对象，建立含通风口边界条件的风道三维网格模型，求解不同气体流速下的黏性不可压缩定常流动。计算不同外部气流速度下和不同通风口布局下排气中的CO2分布扩散情况，结果表明来流速度增大会加快CO2体积分数沿流向的衰减速率，削弱CO2横向扩散程度。根据试验结果验证计算的准确性，证明应用CFD技术可评估通风口布局的优劣。     

耙吸式挖泥船高压冲水装置的数值模拟及水力优化

耙吸式挖泥船可利用耙头上的高压冲水装置有效提高疏浚作业的工作效率,现有高压冲水装置管路的设计仍不完善,一些结构亟待优化。采用数值方法对某高压冲水装置进行三维建模、模拟计算和分析,发现耙头内的高压冲水管路中存在较多漩涡流,水力损失较大,导致耙头施工时达不到理想的出口总压,影响效率;针对这些问题,通过使用渐变管、圆倒角等方式改善管内流动。结果表明,优化后的耙头高压冲水管路阻力损失减少,射流水速更高,冲水总流量提高约3%,出口总压增大,破土能力提升,从而提高疏浚作业的效率。     

舰船水幕喷头结构优化设计及性能分析

针对传统舰船水幕喷头射程短、覆盖面积小的问题,本文通过对其内部结构优化设计,采用CFD软件数值模拟,研究其工作过程中气体和液体的两相流动,计算得到喷头射流水幕的速度分布、流量、流量系数等喷射性能参数,获得其喷射规律和特性。分析表明:沿喷头出口轴线方向,水流速度随距离增加而减小,速度衰减速率也在减小;同尺寸大小喷嘴,水流出口速度随压力增大而增大;经优化设计后的水幕喷头可以显著提升喷射性能。研究结论对于工程设计具有重要的参考价值和指导意义。     

船舶SCR系统陶瓷催化-过滤器烟气正向流动状态仿真与结构优化

为提高陶瓷催化-过滤器的工作性能,对陶瓷过滤器形状与过滤速度之间的关系进行研究,对不同止端直径的陶瓷过滤器内烟气正向流动状态进行仿真,计算不同止端直径下的外表面径向速度数据方差。仿真结果表明:锥形陶瓷过滤器的外表面径向速度沿轴向分布比烛状的更为均匀,当止端直径为40 mm时,速度波动最小,更有利于烟气的正向均匀流动。此外,对引射器和陶瓷过滤器的结构进行改进优化,运用Fluent软件和数据拟合方法对延长引射器扩张段和增加速度突增部分的陶瓷厚度2种方案进行分析,结果表明两种优化方法各有利弊,所以决定将两种优化方法结合使用。     

船用低压断路器动力系统优化设计

采用虚拟样机仿真分析软件ADAMS,建立了某型号船用低压框架式断路器系统的参数化模型。通过对该船用低压断路器系统运动特性的动态仿真分析,证明了模型的正确性。针对带载合闸过程中存在的触头间易产生拉弧现象,对动力系统中各弹簧的技术参数进行设计研究分析,获得各参数对断路器系统的影响灵敏度。针对各参数灵敏度高低的不同,以动触头转动角速度为优化目标函数,完成该断路器动力系统的优化设计分析。优化后的系统缩短了触头间的燃弧时间。该分析对于提高产品的安全可靠性和使用寿命具有指导意义,也为进一步的产品开发与优化设计提供了良好的平台。     

多孔管孔出流速度和流量影响因素数值仿真及试验

本文通过控制变量法进行工况设计,对多孔管进行数值模拟和试验对比,分别研究多孔管管径、管长、孔径、孔间距、水压五个变量对多孔管孔出流速及流量的影响。使用ANSYS软件中的DesignModeler模块进行几何建模,ICEM中的O-Block技术进行流体计算域网格划分,Fluent软件进行求解。研究发现,多孔管管内径和管长的增加均使孔出流速和出流量减小,管长度的增加会影响孔出流沿程的均匀性;孔径的增大使孔出流速明显减小,且影响孔出流沿程的均匀分布,出流量受孔径的影响较复杂,在孔径不超过2.5mm时可以认为出流量与孔径的平方成正比;孔间距的增大对孔出流速和沿程均匀分布基本无影响,而与出流量成正比。最后将数值模拟结果和试验进行对比,发现试验数据所反映的多孔管出流量与管内径、管长、孔径和孔间距的关系与数值模拟基本吻合,而试验中管的出流量普遍比数值模拟小。     

燃气轮机排气引射装置数值模拟

对燃气轮机排气引射装置进行了三维数值模拟,采用非结构网格、Realizable κ-ε湍流模型求解三维N-S方程组,得到了全流场速度、压力、温度等的分布情况,并进行了详细分析。结果表明所采用的数值模拟方法较为准确,能充分反映排气引射装置的流场发展情况。对排气引射装置设计具有指导意义。