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基于CFD方法对液态铅铋合金回路中腐蚀及腐蚀产物沉积的研究

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核科学与工程 2022年第4期42卷 785-791页

作者：闫静贤赵平辉李远杰中国科学技术大学安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽合肥230031

液态铅铋合金(LBE)由于其良好的导热性和化学惰性等优良性质在新型核反应堆以及加速器驱动的次临界系统(ADS)中都有着广泛的应用。但在中高温情况下其对结构材料的严重腐蚀限制了其发展。研究液态铅铋合金腐蚀过程及其机理对液态铅铋合... 详细信息

液态铅铋合金(LBE)由于其良好的导热性和化学惰性等优良性质在新型核反应堆以及加速器驱动的次临界系统(ADS)中都有着广泛的应用。但在中高温情况下其对结构材料的严重腐蚀限制了其发展。研究液态铅铋合金腐蚀过程及其机理对液态铅铋合金反应堆的发展有重要意义。目前广泛使用的腐蚀分析模型将三维对流扩散方程简化为一维常微分方程进行解析求解,虽然计算效率高,但是精度较差。本文基于CFD方法,从三维的对流-传质扩散方程出发,使用OpenFOAM开源软件建立非等温液态金属闭合回路的腐蚀模型,对于回路中壁面处腐蚀和沉积的速率进行了模拟计算。结果验证活性氧控技术具有良好的效果,可以显著降低腐蚀和腐蚀产物的沉积速率。另外,对于几个重要参数进行了敏感性分析,结果表明回路的腐蚀和沉积速率同管径和管长呈现负相关关系,而与流速呈现正相关关系。

关键词：液态铅铋合金腐蚀腐蚀产物沉积 OpenFOAM

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一种新的层流扩散火焰面建库模型的研究

工程热物理学报 2010年第6期31卷 1069-1072页

作者：赵平辉叶桃红陆阳陈义良中国科学技术大学热科学和能源工程系

本文通过求解物理空间中的层流扩散火焰面方程，建立火焰面数据库。相比于求解混合物分数空间的层流火焰面模型，该模型不仅简单，且易于耦合详细组分输运模型、Soret效应和气相辐射等影响因素。同时，求出的温度及组分浓。度分布可以... 详细信息

本文通过求解物理空间中的层流扩散火焰面方程，建立火焰面数据库。相比于求解混合物分数空间的层流火焰面模型，该模型不仅简单，且易于耦合详细组分输运模型、Soret效应和气相辐射等影响因素。同时，求出的温度及组分浓。度分布可以整理成各种不同参数的函数，提高了数据库使用的灵活性。本文对这种新的层流扩散火焰面模型进行详细的分析，并考察组分输运模型、Soret效应、气相辐射以及化学反应机理等因素对计算结果的影响。

关键词：层流火焰面模型扩散火焰组分输运 Soret效应化学反应机理

CH_4/H_2/N_2射流火焰的大涡模拟和POD分析

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工程热物理学报 2013年第7期34卷 1385-1388页

作者：陈靖赵平辉韩超朱旻明陈义良中国科学技术大学热科学和能源工程系安徽合肥230027

使用大涡模拟加稳态火焰面模型、火焰面/反应进度模型对CH_4/H_2/N_2湍流射流扩散火焰进行了模拟,通过与实验数据的详细比较对火焰面模型进行了检验。结果表明,两种火焰面模型计算得到的低阶矩与实验值都符合得较好,后者对二阶矩捕捉更... 详细信息

使用大涡模拟加稳态火焰面模型、火焰面/反应进度模型对CH_4/H_2/N_2湍流射流扩散火焰进行了模拟,通过与实验数据的详细比较对火焰面模型进行了检验。结果表明,两种火焰面模型计算得到的低阶矩与实验值都符合得较好,后者对二阶矩捕捉更准确;小组分(NO,OH)分布与实验结果都有较大偏差,直接求解小组分输运方程可得到较好结果。最后用POD技术对流场进行分解与重构,可以发现前5阶模态即占有总能量的60%左右,且中心射流区域集中了各尺度的湍流相干结构。

关键词：大涡模拟射流扩散火焰火焰面模型 POD分析

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圆形射流湍流场的大涡模拟研究

工程热物理学报 2012年第3期33卷 529-532页

作者：赵平辉叶桃红朱旻明陈靖陈义良中国科学技术大学热科学和能源工程系安徽合肥230027

使用发展的大涡模拟并行程序,数值模拟了圆形射流湍流场,与实验值进行详细比较,对大涡模拟程序进行检验,并分析网格尺度对计算结果的影响。结果表明,大涡模拟计算的平均速度场和雷诺应力场与实验值符合得非常好,验证了该大涡模拟计算程... 详细信息

使用发展的大涡模拟并行程序,数值模拟了圆形射流湍流场,与实验值进行详细比较,对大涡模拟程序进行检验,并分析网格尺度对计算结果的影响。结果表明,大涡模拟计算的平均速度场和雷诺应力场与实验值符合得非常好,验证了该大涡模拟计算程序的可靠性和精确度。同时发现一阶统计矩受网格尺度影响不大,二阶及高阶矩与网格尺度有较大的关系,因此使用大涡模拟方法计算湍流及湍流燃烧问题应对网格依赖性进行必要分析,至少保证二阶统计矩具有较好的精度。

关键词：大涡模拟圆形射流亚格子尺度模型网格尺度

大涡模拟研究液态金属在环形管道内的湍流换热

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中国科学技术大学学报 2015年第11期45卷 917-922页

作者：吕逸君彭勇升葛志浩赵平辉中国科学技术大学核科学技术学院安徽合肥230027

使用大涡模拟方法,在雷诺数为Re=8 900和分子普朗特数Pr=0.01,0.026,0.2,0.4,0.71条件下对环形管道内的湍流对流换热过程进行数值模拟,计算分析湍流传热场中的平均温度、温度脉动、湍流热通量及湍流普朗特数Prt等物理量.通过与传统流体(... 详细信息

使用大涡模拟方法,在雷诺数为Re=8 900和分子普朗特数Pr=0.01,0.026,0.2,0.4,0.71条件下对环形管道内的湍流对流换热过程进行数值模拟,计算分析湍流传热场中的平均温度、温度脉动、湍流热通量及湍流普朗特数Prt等物理量.通过与传统流体(Pr=0.4,0.71)的计算结果进行比较,研究了液态金属流体(Pr=0.01,0.026)的湍流对流换热特性.结果表明,液态金属流体湍流换热过程中分子热传导占主导地位,其湍流温度边界层内的线性区变长、对数律区变短甚至消失,温度脉动、湍流热通量变小.此外,相对于传统流体,液态金属的湍流普朗特数Prt比较大,且对Pr的变化很敏感.

关键词：大涡模拟液态金属低分子普朗特数湍流换热湍流普朗特数

稀释H_2/CO混合气与空气对撞燃烧的数值研究

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工程热物理学报 2011年第2期32卷 337-340页

作者：陆阳黄威赵平辉叶桃红陈义良中国科学技术大学热科学与能源工程系安徽合肥230027

采用多组分混合物中扩散速度表达式并考虑Soret效应,在物理空间求解同时加入了多种稀释成分(CO_2,H_2O,N_2)的H_2/CO混合气与空气对撞燃烧形成的非预混火焰;考察了稀释成分加入与否以及稀释成分浓度的调整对于火焰结构以及相应熄火拉伸... 详细信息

采用多组分混合物中扩散速度表达式并考虑Soret效应,在物理空间求解同时加入了多种稀释成分(CO_2,H_2O,N_2)的H_2/CO混合气与空气对撞燃烧形成的非预混火焰;考察了稀释成分加入与否以及稀释成分浓度的调整对于火焰结构以及相应熄火拉伸率产生的影响。结合数值计算中采用的化学反应机理,从稀释给H_2/CO混合气所带来的物理性质(分子扩散系数、Lewis数)和化学性质(燃烧特性、化学平衡、三体反应系数)的改变的角度分析了火焰结构和熄火拉伸率变化产生的原因。强调指出了火焰面燃烧模型的准确程度会受到是否考虑燃料稀释的直接影响。

关键词：对撞火焰基元反应热物理化学性质熄火拉伸率

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层流拉伸非预混火焰影响因素的数值研究

工程热物理学报 2009年第11期30卷 1957-1960页

作者：陆阳赵平辉陈义良中国科学技术大学热科学与能源工程系安徽合肥230027

采用简化机理(19个基元反应,14种组分)和半详细机理(79个基元反应,32种组分)对层流拉伸非预混火焰的结构进行了数值模拟,通过与实验数据的对比发现:在由当量混合的标量耗散率表征的火焰拉伸一定时,考虑不同分子扩散系数和不同的化学反... 详细信息

采用简化机理(19个基元反应,14种组分)和半详细机理(79个基元反应,32种组分)对层流拉伸非预混火焰的结构进行了数值模拟,通过与实验数据的对比发现:在由当量混合的标量耗散率表征的火焰拉伸一定时,考虑不同分子扩散系数和不同的化学反应机理均对火焰面结构的准确模拟有着重要影响。此外计算了考虑热辐射时,随着当量混合的标量耗散率的改变而变化的每单位火焰面面积放热速率和燃烧场的最高温度,并分析了层流非预混火焰的熄火现象。

关键词：层流非预混火焰标量耗散率分子扩散系数化学反应机理熄火现象

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微细圆管中的稳定火焰传播

燃烧科学与技术 2007年第4期13卷 376-381页

作者：丁敏刘明候陈义良赵平辉中国科学技术大学热科学与能源工程系合肥230027

研究了火焰在有壁面散热的微细圆管中的传播过程.流动马赫数很小时,假定流体满足理想气体状态方程,采用详细化学反应机理.火焰面形状由壁面散热和流场共同决定.壁面散热增大时会导致熄火.引入二维流场使维持火焰稳定传播的壁面散热范围... 详细信息

研究了火焰在有壁面散热的微细圆管中的传播过程.流动马赫数很小时,假定流体满足理想气体状态方程,采用详细化学反应机理.火焰面形状由壁面散热和流场共同决定.壁面散热增大时会导致熄火.引入二维流场使维持火焰稳定传播的壁面散热范围扩大.计算结果表明,微细圆管燃烧器内较大的火焰面曲率能促进燃烧.

关键词：微细圆管二维流场壁面散热燃烧速率火焰面曲率

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堆积床内过滤燃烧的准稳态模拟

燃烧科学与技术 2008年第1期14卷 28-32页

作者：张根烜赵平辉朱旻明中国电子科技集团公司第三十八研究所合肥 230031 中国科学技术大学热科学和能源工程系合肥 230027

采用传统双相模型,对堆积床内充分发展后低速过滤贫燃过程进行准稳态数值模拟,考察辐射模型、弥散效应、化学反应机理以及变热物性和热输运参数等对计算结果的影响,并开展输运项分析;将计算结果与准稳态特征值方法的理论结果进行比较,... 详细信息

采用传统双相模型,对堆积床内充分发展后低速过滤贫燃过程进行准稳态数值模拟,考察辐射模型、弥散效应、化学反应机理以及变热物性和热输运参数等对计算结果的影响,并开展输运项分析;将计算结果与准稳态特征值方法的理论结果进行比较,验证理论方法.分析表明,弥散效应对计算结果影响较大,但质量弥散在一步总包反应机理中影响很小;双相模型的燃烧波形状与理论方法吻合很好.

关键词：堆积床过滤燃烧准稳态弥散效应