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CFD方法在固定床反应器传热研究中的应用

化工学报 2008年第8期59卷 1914-1922页

作者：郭雪岩上海理工大学动力工程学院上海200093

固定床反应器是一种常见的化学和生化反应器,由于内部结构十分复杂,固定床内的局部流动和传热过程研究一直是一个颇具挑战性的问题。有效参数法是长期以来固定床传热研究的常用方法,但是由于对固定床内温度场缺乏准确的了解,目前为止许... 详细信息

固定床反应器是一种常见的化学和生化反应器,由于内部结构十分复杂,固定床内的局部流动和传热过程研究一直是一个颇具挑战性的问题。有效参数法是长期以来固定床传热研究的常用方法,但是由于对固定床内温度场缺乏准确的了解,目前为止许多基于有效参数法的传热模型的普适性仍然存在问题。计算流体力学(CFD)的数值模拟方法是近年来应用于固定床流动和传热研究的一种新的研究方法,它通过数值方法求解流动和传递的微分方程组而获得流场和温度场。CFD数值模拟方法能够提供精确的局部流动和传递信息如速度分布、压力分布、温度分布、组分浓度分布等。本文综述和分析了CFD方法在固定床反应器的流动和传热研究领域的最新进展,讨论了CFD方法在该领域的应用前景。

关键词：固定床 CFD 传热

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转捩对平流层飞艇外形优化的影响

航空动力学报 2013年第7期28卷 1582-1590页

作者：张海军郭雪岩戴韧上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

采用梯度算法优化了平流层飞艇外形以减少气动阻力,目标函数飞艇总阻力系数通过求解Navier-Stokes方程获得.优化过程中采用了SSTκ-ω转捩湍流模型和Realizableκ-ε全湍流模型求解绕流流场,采用大涡模拟方法详细分析了获得的两种飞艇... 详细信息

采用梯度算法优化了平流层飞艇外形以减少气动阻力,目标函数飞艇总阻力系数通过求解Navier-Stokes方程获得.优化过程中采用了SSTκ-ω转捩湍流模型和Realizableκ-ε全湍流模型求解绕流流场,采用大涡模拟方法详细分析了获得的两种飞艇外形的气动性能和特点,并且比较了两种湍流模拟方法的流场求解对梯度法优化的目标函数以及飞艇形状特点的影响.结果表明:是否考虑转捩对优化的结果有明显的影响,考虑转捩优化方案的气动性能明显优于全湍流流动求解优化方案.采用转捩模型的优化由于层流区域的存在改变了飞艇尾部的形状,从而获得了尾部分离区较小的飞艇外形轮廓.

关键词：平流层飞艇转捩湍流外形优化梯度算法

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基于NURBS和梯度法的飞艇形状优化

航空动力学报 2011年第12期26卷 2812-2819页

作者：郭雪岩张海军戴韧上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

采用非一致有理样条曲线(NURBS)作为飞艇外形参数化方法、基于梯度的优化方法、飞艇体积作为约束条件、飞艇的阻力系数作为目标函数的优化流程对平流层流动条件下的飞艇外形进行了优化.阻力系数通过求解二维黏性不可压缩流场获得,阻力... 详细信息

采用非一致有理样条曲线(NURBS)作为飞艇外形参数化方法、基于梯度的优化方法、飞艇体积作为约束条件、飞艇的阻力系数作为目标函数的优化流程对平流层流动条件下的飞艇外形进行了优化.阻力系数通过求解二维黏性不可压缩流场获得,阻力不但包含了形状阻力也包括了黏性阻力.优化过程以LOTTE飞艇的形状为初始形状,优化的结果表明优化后飞艇的气动性能明显改善,阻力系数有了比较明显的降低.优化的结果也同时证明了该方法适用于飞艇的优化命题.

关键词：平流层飞艇优化非一致有理样条曲线(NURBS) 梯度法 computational fluid dynamics模拟

阴极挡板排列对PEMFC反应物输运和性能的影响

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动力工程学报 2023年第3期43卷 359-364,379页

作者：储旭郭雪岩上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

为了改善质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能,采用流道内使用挡板堵塞的方法,以增强反应气体向催化层的传质。建立了一个三维、两相、稳态的PEMFC数值模型,研究了凸字排布、顺排和逆排这3种不同阴极流道挡板的排布方式对PEMFC性能的影响,... 详细信息

为了改善质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能,采用流道内使用挡板堵塞的方法,以增强反应气体向催化层的传质。建立了一个三维、两相、稳态的PEMFC数值模型,研究了凸字排布、顺排和逆排这3种不同阴极流道挡板的排布方式对PEMFC性能的影响,并与无挡板常规流场进行对比,然后在最佳排布方式的基础上研究了挡板形状(矩形、梯形和半圆形)对PEMFC性能的影响。结果表明:PEMFC阴极流道挡板顺排性能最好,相较于无挡板常规流道,净功率提升了14.3%;使用梯形挡板的PEMFC性能最好,相较于无挡板常规流道,净功率提高了16.4%。

关键词：质子交换膜燃料电池阴极挡板排布方式数值模拟

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基于高斯过程回归和遗传算法的翼型优化设计

航空动力学报 2021年第11期36卷 2306-2316页

作者：常林森张倩莹郭雪岩上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海理工大学上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

针对高升阻比风力机翼型前缘曲率半径较大的问题,传统的翼型参数化方法前缘控制能力不足,且基于面元法XFOIL预测精度差的问题,利用增强类函数/形函数转换(CST)参数化方法控制翼型的形状变化、拉丁超立方实验设计、计算流体力学(CFD)流... 详细信息

针对高升阻比风力机翼型前缘曲率半径较大的问题,传统的翼型参数化方法前缘控制能力不足,且基于面元法XFOIL预测精度差的问题,利用增强类函数/形函数转换(CST)参数化方法控制翼型的形状变化、拉丁超立方实验设计、计算流体力学(CFD)流场计算模块、高斯过程回归模型和遗传算法,提出了基于高可信度Reynolds average Navier-Stocks(RANS)和高斯回归模型辅助遗传算法的翼型优化设计方法。结果表明:基于高斯回归模型的翼型优化方法,可以将优化所用CFD计算次数降低一阶,从而大幅度提升优化设计效率。由标准算例超临界翼型RAE2822的降阻设计表明,在百次量级的CFD次数阻力降低43.16%,激波被削弱且升力、力矩和面积严格满足约束。由风力机翼型NACA64618的最大化升阻比优化设计表明,所设计翼型不仅在设计攻角和副设计攻角处升阻比大大增加,在整个小攻角范围内其气动性能都得到了提升,且两个主设计点,无不良阻力的产生。

关键词：高斯过程回归(GPR) CST参数化方法遗传算法贝叶斯优化翼型设计

基于振动台试验的含软弱夹层堆积体边坡动力响应规律与失稳破坏现象研究

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工程科学与技术 2021年第3期53卷 43-52页

作者：杨长卫郭雪岩刘阳王栋西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中铁二院工程集团有限责任公司地勘院四川成都610031

针对川藏铁路沿线典型潜在滑坡灾害点,设计完成了几何相似比为1∶10的含软弱夹层堆积体高陡边坡振动台试验,从堆积体边坡失稳破坏现象与动力响应规律等方面开展了系统研究,得出以下结论:边坡滑塌是一个均衡渐进的过程,地震初期,在重力... 详细信息

针对川藏铁路沿线典型潜在滑坡灾害点,设计完成了几何相似比为1∶10的含软弱夹层堆积体高陡边坡振动台试验,从堆积体边坡失稳破坏现象与动力响应规律等方面开展了系统研究,得出以下结论:边坡滑塌是一个均衡渐进的过程,地震初期,在重力和地震力耦合作用下,滑体表面出现土体剥落;随着地震动持续,滑体顶部开裂,滑体表面裂缝增多并向前缘锁固段发展;最终,锁固段发生渐进性破坏,滑动面贯通,滑体从前缘剪出口滑出形成滑坡;以坡脚处的加速度峰值为基准,在不同烈度汶川卧龙地震波作用下,堆积体高陡边坡临空面方向、竖直方向上PGA沿着高程均有不同程度的放大,且边坡临空面方向上加速度放大性大于竖直方向上的。不论是边坡临空面方向还是竖直方向,随着输入地震动峰值的增大,加速度放大系数沿高程逐渐增大,在PGA为0.4g时达到峰值;滑床与滑体间运动的不一致性是诱发滑坡的一项主控影响因素,在堆积体滑塌前,堆积体内临空面的加速度峰值及其傅里叶幅值大于滑床,且两者的卓越频带基本一致;当堆积体开始滑塌时,堆积体内临空面的加速度峰值及其傅里叶幅值小于滑床,且卓越频带逐渐向低频转移,而滑床内的加速度傅里叶谱的主频和幅值基本不变。

关键词：振动台堆积体边坡地震动响应软弱夹层

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轴流风扇叶型多工况点气动优化设计

工程热物理学报 2019年第11期40卷 2551-2558页

作者：刘蕾胡磊郭雪岩戴韧上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海电气电站设备有限公司上海200240

某型轴流风扇采用经典的NACA65叶型,在设计工况下气动性能良好,但它的许可攻角范围较小,非设计工况性能下降明显。本文将叶型几何参数化方法、叶型气动性能的薄剪切层流动预测方法与梯度寻优算法相结合,建立了能综合权衡多工况点叶型气... 详细信息

某型轴流风扇采用经典的NACA65叶型,在设计工况下气动性能良好,但它的许可攻角范围较小,非设计工况性能下降明显。本文将叶型几何参数化方法、叶型气动性能的薄剪切层流动预测方法与梯度寻优算法相结合,建立了能综合权衡多工况点叶型气动性能的自动优化方法。应用结果表明,单攻角优化效果不明显;多攻角优化后在设计点气动性能变化不大,但在非设计工况有明显提升,攻角范围增加了12.8%;多雷诺数优化与多马赫数优化同样能得到较好的优化叶型。

关键词：优化梯度法轴流风扇多工况

基于Chimera网格的固定床反应器内局部流动模拟

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化工学报 2008年第9期59卷 2214-2219页

作者：郭雪岩戴韧王宏光上海理工大学动力工程学院上海200093

采用基于三维Chimera网格的有限体积方法对球形颗粒随机填充的固定床内部小Reynolds数(9～50)下的局部流动进行了数值模拟。为了考察固定床内局部流动特点,本文模拟的固定床反应器的填充颗粒的数目较大,分别为120和500,直径比(固定床内... 详细信息

采用基于三维Chimera网格的有限体积方法对球形颗粒随机填充的固定床内部小Reynolds数(9～50)下的局部流动进行了数值模拟。为了考察固定床内局部流动特点,本文模拟的固定床反应器的填充颗粒的数目较大,分别为120和500,直径比(固定床内径与填充颗粒直径之比)分别为7和10。由于计算量巨大,采用了基于PVM的分布式并行计算。模拟结果提供了固定床内局部流动的详细流场信息,显示了流动的不均匀性、壁面效应和沟流的存在。为固定床内进一步的流动与传热及反应耦合研究奠定了基础。

关键词：固定床数值模拟 Chimera网格并行计算局部流动

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透明管内的喷射升膜蒸发

化工学报 1997年第3期48卷 369-373页

作者：郭雪岩李莉夏清林载祁林纪方天津大学化工系天津300072 大连理工大学化学工程研究所大连116012

在化工、食品和制药工业中经常遇到热敏性物料的浓缩问题。液膜式蒸发器属于一次通过式蒸发器,其停留时间足够短,可减压操作,适用于热敏性物料的浓缩。液膜式蒸发器分升膜、降膜和升降膜式,升膜和升降膜蒸发器的升膜部分的输送动力通常... 详细信息

在化工、食品和制药工业中经常遇到热敏性物料的浓缩问题。液膜式蒸发器属于一次通过式蒸发器,其停留时间足够短,可减压操作,适用于热敏性物料的浓缩。液膜式蒸发器分升膜、降膜和升降膜式,升膜和升降膜蒸发器的升膜部分的输送动力通常用料液泵。郭雪岩等为蒸发浓缩小处理量的热敏性物料而开发了一种新型蒸发器,其升膜的输送动力用蒸气喷射,尽管前人对绝热两相流和垂直管内的流动沸腾进行了大量的研究,对这种特殊的流动沸腾的研究仍是必要的。文献[2]对蒸气加热的恒壁温条件下的蒸气喷射升液的升膜蒸发进行了实验研究和理论分析。本文的喷射升膜蒸发实验研究是在透明的石英管内,在恒热通量下进行,在石英玻璃管外壁镀一层极薄的透明导电膜,这既可以电加热又不影响观察管内的流动现象。本研究包括对蒸气喷射升膜流动状态的观测和恒热通量条件下喷射蒸发传热的实验研究。

关键词：蒸发传热蒸汽喷射蒸发器升降膜导电膜