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相邻影响条件下的通风空调管道系统粒子沉积特性研究

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相邻影响条件下的通风空调管道系统粒子沉积特性研究

作者：赵可杰西安建筑科技大学

学位级别：硕士

目前,不论是工艺性空调还是舒适性空调系统,都存在颗粒物沉积导致通风管道内积聚大量的污垢和灰尘的现象,这些积聚物在一些情况下会成为其他污染物质的污染源,还可能成为细菌、新冠病毒和其他微生物的携带体,当积聚物达到一定程度,还会... 详细信息

目前,不论是工艺性空调还是舒适性空调系统,都存在颗粒物沉积导致通风管道内积聚大量的污垢和灰尘的现象,这些积聚物在一些情况下会成为其他污染物质的污染源,还可能成为细菌、新冠病毒和其他微生物的携带体,当积聚物达到一定程度,还会引起再悬浮现象,从而影响室内空气品质。从2019年的新型冠状病毒(COVID-19)流行期间之后,对空调通风管道内灰尘沉积形成二次污染病源的问题给予了特别关注。同时,由多个局部构件组成的耦合通风管道在日常较为常见,而很多研究将气体流动过程简化为充分发展状态,实际上,其内部的气体流动状态更多处于非充分发展状态。故研究其管道壁粒子沉积规律对管道的定期清洁与维护,选择合适的过滤器,合理的管道设计等具有重要的理论意义和使用价值。本文利用质量守恒原理对粒子沉积到三通构件各个面(顶面、外侧壁面、底面和内侧壁面)的沉积速度计算公式进行了推导。通过全尺寸实验与拉格朗日模拟相结合的方法,对相邻影响条件下三通耦合管道和弯头耦合管道进行了模拟。分析了1-200粒径范围内多组粒径的球形粒子在相邻影响条件下的沉积速度规律,其中所考虑的影响因素包括相邻局部构件之间的间距、粒子粒径和空气流速。研究结果表明,相邻影响条件下的通风管道对流场产生了复杂的影响,进而影响了粒子的沉积。对于三通耦合管道系统,在同一流速下,与三通未耦合管道相比:三通耦合管道的总管壁无因次沉积速度更大,粒子在底面上的无因次沉积速度更大,在内侧壁面上的无因次沉积速度更小。耦合管道中粒子在顶面、外侧壁面和底面上的无因次沉积速度情况:三通与三通最大,变径与三通最小,在内侧壁面上:变径与三通最大,三通与三通最小。另外,与低流速相比,高流速下三通耦合管道中粒子的无因次沉积速度在顶面和内侧壁面上更大,在底面上更小。对于弯头耦合管道系统,在同一流速下,与未耦合管道相比:耦合管道的总管壁无因次沉积速度更大。粒子在顶面和底面上的无因次沉积速度更大。在不同的风速、不同弯头耦合管道下,粒子在内、外侧弧面上的无因次沉积速度的大小也不一样。另外,与低流速相比,高流速下耦合系统中粒子的无因次沉积速度在顶面上更大,在内、外侧弧面上更小。

关键词：相邻影响通风空调管道粒子沉积数值模拟

基体表面粗糙度对HVOF粒子沉积行为的影响

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表面技术 2021年第7期50卷 233-242页

作者：查柏林贾旭东王金金石易昂苏庆东曹晓恬许可俊火箭军工程大学西安710038 火箭军装备部装备项目管理中心北京100085

目的研究超音速火焰喷涂时,45^(#)碳钢基体表面粗糙度对WC-12Co粒子在其表面的沉积变形行为的影响。方法基于Johnson-Cook塑性材料模型与Thermal Isotropy-Phase-Change热材料模型,采用LS-DYNA进行建模分析。结果不同45^(#)碳钢基体表... 详细信息

目的研究超音速火焰喷涂时,45^(#)碳钢基体表面粗糙度对WC-12Co粒子在其表面的沉积变形行为的影响。方法基于Johnson-Cook塑性材料模型与Thermal Isotropy-Phase-Change热材料模型,采用LS-DYNA进行建模分析。结果不同45^(#)碳钢基体表面粗糙度下,WC-12Co粒子的沉积行为存在明显差异,波峰高度与波谷深度的差异造成粒子不同程度的不规则变形。当基体表面粗糙度Ra=10.26μm时,粒子沉积位置不同将引起粒子最终沉积形貌不同,但粒子的冲击均引起波峰偏移变形,且粒子不同程度地填充弥补波谷。粒子沉积过程中,粒子中下部与粒子先接触基体处的屈服应力、等效塑性应变与温升均高于粒子顶部以及粒子后接触基体处。Ra=0μm时,粒子等效塑性程度最大,等于2.03,此时粒子温度峰值最高为1562 K,粒子-基体结合界面局部区域屈服应力迅速下降为0,但基体变形程度较低,二者结合面积有限,粒子-基体结合强度较弱。Ra=5.34μm时,粒子的屈服应力在非理想平面状态下最为稳定,且等效塑性应变与温升幅度最大,分别为1.83以及1496 K。结论理想表面状态下,粒子屈服应力、等效塑性应变以及温度变化最佳,但粒子-基体结合面积较低,并不利于粒子沉积。非理想表面状态下,一定程度增加Ra,可促进粒子塑性变形,提升粒子温度,增大结合面积,降低粒子屈服应力,但粒子沉积形貌相比理想表面沉积形貌更加多样复杂。此外,过度增加Ra将引起波峰变形偏移,消耗大量粒子动能,粒子主要用于填充弥补波谷,等效塑性变形程度与温升幅度下降,屈服应力增加,不利于粒子沉积。

关键词：超音速火焰喷涂粒子沉积 45^(#)碳钢基体表面粗糙度等效塑性变形屈服应力粒子温度

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纤维表面气溶胶粒子沉积与反弹行为数值模拟

中南大学学报：自然科学版 2013年第7期44卷 3086-3094页

作者：朱辉付海明亢燕铭桂林航天工业学院汽车与动力工程系广西桂林541004 东华大学环境科学与工程学院上海200051

在单纤维表面粉尘树枝生长随机模拟基础上,采用Dahneke碰撞反弹模型分析纤维过滤中气溶胶粒子碰撞反弹行为。讨论捕集体近壁区粒子碰撞反弹运动特性及其对沉积物形态结构和过滤单元捕集效率的影响。研究结果表明:随着粒子直径增大,粒子... 详细信息

在单纤维表面粉尘树枝生长随机模拟基础上,采用Dahneke碰撞反弹模型分析纤维过滤中气溶胶粒子碰撞反弹行为。讨论捕集体近壁区粒子碰撞反弹运动特性及其对沉积物形态结构和过滤单元捕集效率的影响。研究结果表明:随着粒子直径增大,粒子与纤维表面的碰撞反弹频率增大;输送粒子与沉积粒子发生多次碰撞反弹后仍有可能被捕集;所有过滤工况下,粒子碰撞反弹频率增大,均将导致沉积物向紧密结构演变;引入粒子碰撞反弹作用后,较低拦截参数下过滤单元捕集效率随沉积量的变化关系呈现出两阶段性特征,各阶段的变化关系仍满足近似线性,而较高拦截参数下过滤单元捕集效率随沉积量的变化关系未出现此特征;在相同黏附能下,多分散粒子的捕集效率均高于单分散粒子情形。

关键词：纤维过滤粒子沉积捕集效率反弹

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二次进气固冲发动机补燃室粒子沉积数值模拟

固体火箭技术 2014年第3期37卷 320-323页

作者：严聪张志峰马岑睿张成涛空军工程大学防空反导学院西安710051

基于随机颗粒轨道模型和颗粒部分沉积模型,对二次进气固冲发动机补燃室壁面的粒子沉积进行了探索研究,讨论了空燃比、进气间距及流量分配比等参数对沉积的影响。结果表明,随空燃比增大,沉积区域有一个明显的前移,空燃比对沉积的影响分... 详细信息

基于随机颗粒轨道模型和颗粒部分沉积模型,对二次进气固冲发动机补燃室壁面的粒子沉积进行了探索研究,讨论了空燃比、进气间距及流量分配比等参数对沉积的影响。结果表明,随空燃比增大,沉积区域有一个明显的前移,空燃比对沉积的影响分为两个阶段;进气间距对沉积的影响较复杂;流量分配比增大,沉积区域变化不大,但沉积总量增加。

关键词：二次进气固冲发动机补燃室粒子沉积数值模拟

HVOF喷涂WC-12Co粒子沉积行为分析

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表面技术 2020年第11期49卷 101-110页

作者：查柏林贾旭东王金金石易昂苏庆东张天昊火箭军工程大学西安710038 火箭军装备部装备项目管理中心北京100085 南昌航空大学南昌330038

目的研究不同超音速火焰喷涂条件下WC-12Co粒子在45#碳钢基体上的沉积变形行为。方法基于Johnson-Cook塑性材料模型与Thermal-Isotropy-Phase-Change热材料模型,采用LS-DYNA进行建模分析。结果不同喷涂参数下,WC-12Co粒子在45#碳钢基体... 详细信息

目的研究不同超音速火焰喷涂条件下WC-12Co粒子在45#碳钢基体上的沉积变形行为。方法基于Johnson-Cook塑性材料模型与Thermal-Isotropy-Phase-Change热材料模型,采用LS-DYNA进行建模分析。结果不同喷涂参数下,WC-12Co粒子在45#碳钢基体上的沉积行为存在明显差异。沉积过程中,粒子等效塑性应变幅度高于基体;粒子边缘位置等效塑性应变幅度高于粒子中心轴线位置;粒子初始速度与初始温度的增加有助于提升结合界面温度与粒子扁平化程度;粒子初始温度与粒子初始速度对接触界面能量变化影响程度基本一致,单位粒子初始速度与温度提升的能量贡献比l分别为0.78以及0.76,二者的能量贡献比近似相同;适度的基体预热(Ts=500 K)可以促进粒子变形,加深沉积坑深度,增大粒子与基体的结合面积,有助于提升粒子与基体之间的结合强度。基体过冷(Ts=300 K)将导致粒子“翘曲”,降低粒子与基体之间的结合面积,基体过热(Ts=600 K)将导致二者结合处于不稳定状态,易引起粒子剥落,二者均不利于粒子与基体的有效结合。结论一定范围内提升粒子初始速度、温度与基体初始温度,可以提高粒子扁平化程度,增大粒子与基体结合面积,提升粒子与基体的结合性能,进一步提高涂层质量。

关键词：超音速火焰喷涂有限元粒子沉积粒子速度粒子温度基体预热温度

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基于粒子沉积的三维场景绘制

系统仿真学报 2009年第7期21卷 1942-1944页

作者：吴跃马小虎苏州大学计算机科学与技术学院苏州215006

三维场景绘制是游戏、虚拟现实等领域中的一个重要内容,而地形绘制则是三维场景绘制的基础。通过引入分子束附生领域中粒子沉积的概念,在模拟一般地形的基础上,更好的实现了火山、岛屿等一类特殊地形的三维地形绘制。在此基础上与多重纹... 详细信息

三维场景绘制是游戏、虚拟现实等领域中的一个重要内容,而地形绘制则是三维场景绘制的基础。通过引入分子束附生领域中粒子沉积的概念,在模拟一般地形的基础上,更好的实现了火山、岛屿等一类特殊地形的三维地形绘制。在此基础上与多重纹理,天空盒等技术相结合获得了较好的真实感效果。实验结果表明,此方法能够生成更加真实的三维场景。

关键词：粒子沉积三维地形多纹理天空盒

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飞行过载下燃烧室凝相粒子沉积特征数值研究

固体火箭技术 2017年第3期40卷 302-306页

作者：刘长猛余贞勇李侃赵金萍中国航天科技集团公司四院四十一所西安710025 中国航天科技集团公司第四研究院西安710025

固体发动机燃烧室部分凝相粒子在飞行过载作用下产生沉积,严重影响发动机工作性能。通过确定燃烧室粒子参数和建立燃烧室内两相流场数值方法,获得了发动机不同轴向过载下粒子运动及沉积规律。与试验数据进行对比分析,验证了计算方法的... 详细信息

固体发动机燃烧室部分凝相粒子在飞行过载作用下产生沉积,严重影响发动机工作性能。通过确定燃烧室粒子参数和建立燃烧室内两相流场数值方法,获得了发动机不同轴向过载下粒子运动及沉积规律。与试验数据进行对比分析,验证了计算方法的准确性。数值结果表明,随着轴向过载增大,后封头及喷管潜入段粒子沉积质量逐渐增大。沉积粒子粒径大于凝相粒子平均值,即粒子粒径越大,越容易沉积。轴向过载增大,减小了粒子在发动机内部的驻留时间,凝相粒子平均驻留时间均大于0.13 s。

关键词：固体火箭发动机飞行过载粒子沉积

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换热设备螺旋流态化清洗粒子沉积试验研究

机械科学与技术 2014年第1期33卷 109-112页

作者：向寓华俞天兰余祥云湖南化工职业技术学院湘潭大学

螺旋流态化自动清洗技术是螺旋钢丝与液固流态化有机结合,实现对其进行在线自动防除垢、强化传热的目的。运用旋液流态化技术设计模拟试验方案,提出在流态化粒子进入换热管部分采用截面向上逐渐减小的倾斜挡板结构,有效的解决流态化粒... 详细信息

螺旋流态化自动清洗技术是螺旋钢丝与液固流态化有机结合,实现对其进行在线自动防除垢、强化传热的目的。运用旋液流态化技术设计模拟试验方案,提出在流态化粒子进入换热管部分采用截面向上逐渐减小的倾斜挡板结构,有效的解决流态化粒子在换热管内分布均匀问题。采用流量分别为8.8 m3/h、10 m3/h、12 m3/h进行试验,观察平均直径为3 mm的粒子在进口处的分布情况,测量各换热管的流动速度分布,优化换热管中流态化粒子均匀分布的管箱结构,流化态粒子的平均沉降速度为0.30.4 m/s,得到实现流态化粒子自然循环、在高速情况下的液固分离目的结构。

关键词：螺旋流态化粒子沉积清洗挡板

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通风管道弯头内粒子沉积的模拟

东华大学学报（自然科学版） 2008年第1期34卷 112-116页

作者：任毅亢燕铭钟珂东华大学环境科学与工程学院上海201620

采用数值方法对矩形弯头中的气溶胶粒子沉积规律进行了模拟,并分析了不同的弯头截面宽高比和弯曲比时粒子的相对沉积率,给出了输送过程中弯头内粒子的浓度场图谱.结果指出,粒子沉积率随弯曲比和粒子Stokes数的增加而上升,湍流扩散对小... 详细信息

采用数值方法对矩形弯头中的气溶胶粒子沉积规律进行了模拟,并分析了不同的弯头截面宽高比和弯曲比时粒子的相对沉积率,给出了输送过程中弯头内粒子的浓度场图谱.结果指出,粒子沉积率随弯曲比和粒子Stokes数的增加而上升,湍流扩散对小粒子沉积影响明显,但大粒子在弯头内的沉积主要受惯性作用控制.

关键词：通风管道弯头弯曲比数值模拟粒子沉积