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氢气和天然气在静态混合器中的掺混模拟

天然气工业 2023年第3期43卷 113-122页

作者：苏越李敬法宇波赵彦琳李建立韩东旭中国石油大学(北京)·机械与储运工程学院北京石油化工学院·机械工程学院并氢能研究中心

在氢能的众多输送方式中,将一定比例的氢气掺入天然气中并利用在役天然气管网进行输送,是一种经济高效的输氢方式。氢气和天然气的掺混均匀度直接影响到后续掺氢天然气的燃烧特性和用气安全,其中随动流量掺氢设备中的静态混合器是氢气... 详细信息

在氢能的众多输送方式中,将一定比例的氢气掺入天然气中并利用在役天然气管网进行输送,是一种经济高效的输氢方式。氢气和天然气的掺混均匀度直接影响到后续掺氢天然气的燃烧特性和用气安全,其中随动流量掺氢设备中的静态混合器是氢气和天然气的主要掺混场所,其有效性决定了混合气体的掺混均匀度。为此,采用数值模拟方法研究了氢气和甲烷在随动流量掺氢设备中不同类型静态混合器内和不同工况下的掺混过程,分析了静态混合器压力、掺氢比、气体流速、扰流元件类型、导流元件进气方向等主要因素对氢气和甲烷掺混效果的影响。研究结果表明:(1)静态混合器压力、掺氢比和流速的增大会提升氢气和甲烷的掺混均匀度,但影响较小;(2)扰流元件对掺混均匀度具有决定性作用,相同工况下LPD型静态混合器具有最好的气体混合效果,可基本实现氢气和甲烷完全混合;(3)当扰流元件合理布置时,导流元件的氢气进气方向对掺混均匀度几乎无影响。结论认为,该研究结果可为城镇掺氢天然气管网输送中氢气与天然气的高均匀度掺混技术提供技术参考,有助于氢能产业的快速安全发展。

关键词：掺氢天然气静态混合器气体混合掺混均匀度掺氢比氢能运输数值模拟

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天然气管道随动流量掺氢实验及新认识

天然气工业 2024年第7期44卷 165-173页

作者：李敬法宇波李璐伶段鹏飞刘翠伟李玉星北京石油化工学院机械工程学院长江大学石油工程学院深圳燃气集团股份有限公司中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院

如何获得高掺混均匀度和精度的掺氢天然气是天然气管道掺氢输送的核心问题之一。虽然目前常采用随动流量掺氢工艺,但国内外尚未见公开报道的实验数据,氢气和天然气的掺混均匀度和掺混精度得不到实验验证,在一定程度上制约了掺氢天然气... 详细信息

如何获得高掺混均匀度和精度的掺氢天然气是天然气管道掺氢输送的核心问题之一。虽然目前常采用随动流量掺氢工艺,但国内外尚未见公开报道的实验数据,氢气和天然气的掺混均匀度和掺混精度得不到实验验证,在一定程度上制约了掺氢天然气管道输送技术的进一步发展。为此,研究了天然气管道随动流量掺氢工艺,并基于高效静态混合器、氢组分浓度三维在线检测和双反馈随动流量定比掺氢,搭建了天然气管道随动流量掺氢实验系统,最后开展了掺氢流量100 Nm3/h以内、掺氢比5.0%~20.0%的实验研究。研究结果表明:①设计搭建的随动流量掺氢实验系统的掺混均匀度大于95%,不考虑测量误差影响时掺氢精度绝对值小于等于1.67%,考虑测量误差影响时,当掺氢比大于等于10.0%时掺氢精度绝对值小于等于3.30%,而掺氢比为20.0%时掺氢精度绝对值小于等于1.70%,随动流量掺氢性能优于标准规范技术指标;②相同实验条件下,受氢气分析仪精度等级和量程的影响,掺氢比越小,掺氢精度越低;③为合理表征掺氢精度,在制定相关标准规范时建议根据掺氢比范围分级定义随动流量掺氢精度。结论认为,该成果认识可为掺氢天然气管道输送技术的发展和相关标准规范的制定提供重要理论和技术参考。

关键词：掺氢天然气管道输送掺氢工艺掺混均匀度掺氢精度随动流量静态混合器实验研究

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四槽轮配肥器肥料颗粒碰撞掺混离散元分析与优化设计

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农业机械学报 2023年第3期54卷 49-59页

作者：闫银发赵庆吉王瑞雪韩守强宋占华田富洋山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东省园艺机械与装备重点实验室泰安271018 中国农业机械化科学研究院集团有限公司北京100083 山东省农业装备智能化工程实验室泰安271018

为解决精准施肥过程中变比配肥施肥机械搅拌掺混效率低、掺混均匀度一致性差等问题,设计了一种带有二次碰撞掺混锥形体的四槽轮变比配肥器,可根据4种肥料的需肥量控制4个槽轮以不同转速排肥,二次碰撞掺混腔实现变比配肥的非机械搅拌均... 详细信息

为解决精准施肥过程中变比配肥施肥机械搅拌掺混效率低、掺混均匀度一致性差等问题,设计了一种带有二次碰撞掺混锥形体的四槽轮变比配肥器,可根据4种肥料的需肥量控制4个槽轮以不同转速排肥,二次碰撞掺混腔实现变比配肥的非机械搅拌均匀掺混。测定了4种肥料颗粒的物料特性及在不同含水率条件下的破碎力和粘附力。采用离散元法,选用Hertz-Mindlin无滑动接触模型,分析4种肥料排料运动和碰撞掺混规律。通过正交试验和方差分析,发现槽轮转速在20~80 r/min范围内时,转速对掺混偏离度标准差影响不显著,四槽轮变比配肥器可以实现变比配肥均匀掺混;优化设计二次碰撞掺混锥形体在圆柱形掺混腔内最优高度为12.1 mm,在此高度下二次碰撞掺混锥形体锥角为57.9°。利用力链分析肥料颗粒在槽轮排肥器工作时受力分布,解算4种肥料颗粒所受到的挤压力均小于其破碎力,变比配肥时不会造成肥料颗粒破碎。另外,利用高速摄影分析不同频率、振幅的振动对肥料颗粒碰撞掺混的影响,发现振动对碰撞掺混均匀度影响很小;进行变比配肥碰撞掺混试验,试验结果表明,各组配肥掺混均匀度基本一致,实现了多种肥料的变比配肥和非机械搅拌均匀掺混。

关键词：变比配肥施肥机四槽轮施肥器离散元碰撞掺混掺混均匀度

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配比变量施肥中多肥料掺混模拟与掺混腔结构优化

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农业机械学报 2014年第6期45卷 125-132页

作者：苑进刘勤华刘雪美张疼张晓辉山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东省园艺与装备重点实验室泰安271018

提出3种配比变量施肥中掺混腔结构设计方案,应用散粒体离散元法对多种肥料颗粒的排肥、掺混和撒播过程进行了数值模拟,分析了多肥料掺混特性和掺混腔的不同结构对颗粒掺混均匀度的影响。计算结果及机理分析表明:掺混腔碰撞壁面形状影响... 详细信息

提出3种配比变量施肥中掺混腔结构设计方案,应用散粒体离散元法对多种肥料颗粒的排肥、掺混和撒播过程进行了数值模拟,分析了多肥料掺混特性和掺混腔的不同结构对颗粒掺混均匀度的影响。计算结果及机理分析表明:掺混腔碰撞壁面形状影响颗粒碰撞后的反弹角度与水平速度分量,两者又进而影响碰撞后颗粒在掺混腔中的散布面积;设计的B型掺混腔结构能得到最佳的掺混均匀度;当掺混颗粒流量增加时,多肥料掺混均匀度也相应提高。

关键词：配比变量施肥掺混腔离散元法掺混均匀度结构优化

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原位混肥挖坑回填复式果树栽植机设计与试验

农业机械学报 2021年第2期52卷 110-121页

作者：苑进尹然光刘功刘雪美毛志泉山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东省园艺机械与装备重点实验室泰安271018 山东省农业装备智能化工程实验室泰安271018 山东农业大学园艺科学与工程学院泰安271018

为避免土壤连作障碍,果树幼苗栽植时需将树穴土壤与菌肥充分混匀,以提高果树成活率。针对果树栽植过程中混肥质量差、作业流程分离且劳动强度大的问题,设计了一种原位混肥挖坑回填复式果树栽植机。根据栽植农艺要求对关键部件进行设计,... 详细信息

为避免土壤连作障碍,果树幼苗栽植时需将树穴土壤与菌肥充分混匀,以提高果树成活率。针对果树栽植过程中混肥质量差、作业流程分离且劳动强度大的问题,设计了一种原位混肥挖坑回填复式果树栽植机。根据栽植农艺要求对关键部件进行设计,挖坑混肥回填装置实现挖坑混肥同步进行,垂直挖坑进给、肥料计量排放及原位回填浇灌,根据原位作业距离确定举升装置各连杆长度,动力传动系统实现机器的行进及液压栽植动力分配。开发了相配套的栽植作业控制系统,并依据监测油压表征的作业负载,实现基于PWM控制的挖坑进给量实时调节。针对菌肥少土壤多的混匀难题,使用离散元(DEM)技术模拟不同转速、不同掺混时间下菌肥和土壤在掺混腔的掺混过程,通过相对标准偏差法分析树穴中不同深度土肥混合物的掺混均匀度变异系数,得到最佳理论掺混作业参数:转速250 r/min、掺混时间14 s。田间验证试验表明,样机单次栽植作业总时间在3 min内,树穴上、中、下3层掺混均匀度变异系数均不超过16%,作业深度为0~400 mm可调,作业直径为500 mm,样机各项指标符合果树栽植农艺要求。

关键词：果树栽植机土肥原位掺混挖坑混肥联合作业离散元分析掺混均匀度

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爆震波与非预混燃料射流相互作用的研究

推进技术 2021年第4期42卷 883-891页

作者：栾振业黄玥刘思远蒋撼宇厦门大学航空航天学院福建厦门361005

为研究旋转爆震发动机(Rotating detonation engine,RDE)中燃料/氧化剂喷射和掺混对爆震波的影响及非预混环境下的爆震波的快速起爆与稳定传播,采用线性模型爆震发动机(Linear model detonation engine,LMDE)来简化实际燃料喷射与爆震... 详细信息

为研究旋转爆震发动机(Rotating detonation engine,RDE)中燃料/氧化剂喷射和掺混对爆震波的影响及非预混环境下的爆震波的快速起爆与稳定传播,采用线性模型爆震发动机(Linear model detonation engine,LMDE)来简化实际燃料喷射与爆震波相互作用的物理问题。通过RNG k-ε湍流模型结合7步7组分氢气/空气机理的三维非定常反应流模拟方法,探究真实喷射条件下爆震波与混气相互作用、爆震波衰减及自持的特性。结果表明:氢气/空气的掺混均匀度至少要达到0.6才能使爆震波在非预混环境下传播;氢气孔与空气缝的入口压比需要满足爆震波进入燃烧室时,非均匀混气区恰好集中在氢气孔附近,燃料完全释放能量维持爆震波传播。

关键词：线性模型爆震发动机非预混环境掺混均匀度爆震波传播

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液态煤油旋转爆震燃烧室雾化掺混特性

燃烧科学与技术 2024年第4期30卷 339-346页

作者：李夏飞金武秦琼瑶李建中李冬袁丽南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 北京动力机械研究所北京100074 陆军工程大学国防工程学院南京210007

本文针对一款气态煤油预混工况下可成功起爆的爆震燃烧室,设计了一种新型的燃油喷注雾化掺混结构,包括双侧喷孔喷注及内侧溅油环喷注模式.对气态预混的热态爆震特性及燃油掺混雾化特性开展了数值模拟.结果表明,内侧溅油环喷注模式有着... 详细信息

本文针对一款气态煤油预混工况下可成功起爆的爆震燃烧室,设计了一种新型的燃油喷注雾化掺混结构,包括双侧喷孔喷注及内侧溅油环喷注模式.对气态预混的热态爆震特性及燃油掺混雾化特性开展了数值模拟.结果表明,内侧溅油环喷注模式有着较好的雾化效果,而双侧喷注模式则具有较好的穿透掺混效果.确定了组合喷注方式作为燃油的喷注方式,此方案下燃油蒸发率为65%左右,燃油掺混均匀度为0.77左右.随后进行了热态验证,此喷注方案下可以实现旋转爆震波的稳定传播.

关键词：液态煤油旋转爆震燃烧室气动雾化喷嘴蒸发率掺混均匀度

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微混喷嘴形状及内置支板对掺混特性影响研究

推进技术 2024年

作者：张金金肖坤康乐马朝恺南京航空航天大学能源与动力学院

微混喷嘴的掺混特性对提高氢燃料燃烧均匀性，降低氮氧化物排放，避免回火和燃烧不稳定性等氢燃烧关键问题至为重要。本文采用数值模拟的方法对单管微混喷嘴的冷态内部流动和氢燃料/空气掺混特性展开了研究，考察了不同喷管形状和有无... 详细信息

微混喷嘴的掺混特性对提高氢燃料燃烧均匀性，降低氮氧化物排放，避免回火和燃烧不稳定性等氢燃烧关键问题至为重要。本文采用数值模拟的方法对单管微混喷嘴的冷态内部流动和氢燃料/空气掺混特性展开了研究，考察了不同喷管形状和有无燃料入口前内置小支板对喷嘴压力损失和掺混均匀度的影响。以四种不同微混喷嘴作为研究对象，分别为圆型喷嘴、带小支板的圆型喷嘴、三角型喷嘴和带小支板的三角型喷嘴。在压力损失小于2%限制条件下，对两种带有小支板的喷嘴进行了正交设计优化，进而与无小支板设计开展对比分析。研究发现，圆型喷嘴和三角型喷嘴出口的掺混均匀性指数分别为0.83和0.94。加入小支板后，其导致的流动分离和低压区使得燃料的穿透性更强，促进了燃料和空气的掺混。带小支板的圆型喷嘴掺混均匀度提高8.4%，带小支板的三角型喷嘴掺混均匀度提高2.1%。结果表明，与圆型喷嘴相比，三角型喷嘴可有效强化氢燃料/空气掺混；增加小支板对圆型喷嘴的掺混均匀度提高幅度较大；而三角型喷嘴在无小支板条件下掺混均匀度已较高，所以增加小支板带来的提升较小。综上所述，通过改变喷嘴形状或增设小支板可在较小压力损失下实现掺混均匀度的提高。

关键词：微混喷嘴三角型喷嘴掺混均匀度小支板掺混增强

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燃烧室头部结构对燃料预混特性影响的研究

热能动力工程 2024年第10期39卷 86-93页

作者：徐婉容刘凯沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁沈阳110136

采用Fluent软件对某贫燃预混燃烧室燃料与空气的掺混特性进行数值模拟,分析燃料喷口方向、喷口尺寸、旋流数对预混特性的影响。在不改变边界条件的情况下,针对燃烧室不同结构进行模拟计算。模拟结果表明:燃料射入方向对燃烧室流场有重... 详细信息

采用Fluent软件对某贫燃预混燃烧室燃料与空气的掺混特性进行数值模拟,分析燃料喷口方向、喷口尺寸、旋流数对预混特性的影响。在不改变边界条件的情况下,针对燃烧室不同结构进行模拟计算。模拟结果表明:燃料射入方向对燃烧室流场有重要影响,逆向射流更有利于产生稳定的中心回流区,并且当喷嘴的喷口角度到达150°掺混均匀性最佳,均匀度值为0.987 2。随着喷口尺寸的增大,回流区面积先增大后减小,掺混均匀性逐渐降低,小尺寸喷嘴与中尺寸喷嘴的均匀性差距不大,但中尺寸喷嘴有更大的回流区,燃烧更加稳定。当旋流器旋流数在0.55~0.97区间,火焰筒头部均能产生较为稳定的回流区,随着旋流数的增大掺混均匀性逐渐提高,均匀度值由0.979 5增加至0.994 4;同时回流区面积逐渐减小并且有向前移动的趋势。当不同转角的喷嘴与旋流器组合时,180°喷嘴与0.97旋流数的旋流器组合掺混效果较好,掺混均匀性为0.991。

关键词：贫预混燃烧喷口方向喷口尺寸旋流数掺混均匀度