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含球形相变胶囊的混合储能水箱特性模拟研究

科学技术与工程 2023年第4期23卷 1534-1541页

作者：王凌皓刘方上海电力大学能源与机械工程学院上海201306

储能水箱是在太阳能光利用过程中的重要元件,是协调未来能源供需平衡,解决可再生能源空间不足的有效方法之一。对含有相变胶囊的混合储能水箱特性进行模拟研究。采用RT35作为相变材料,水作为传热流体,创建了储能水箱的含相变胶囊的数值... 详细信息

储能水箱是在太阳能光利用过程中的重要元件,是协调未来能源供需平衡,解决可再生能源空间不足的有效方法之一。对含有相变胶囊的混合储能水箱特性进行模拟研究。采用RT35作为相变材料,水作为传热流体,创建了储能水箱的含相变胶囊的数值模型,模拟水箱内部的蓄热过程,探究水箱内热分层机理。水箱内部温度为278.15 K,入口温度为353.15 K,采用了理查德森数、平均蓄热率和平均蓄热密度作为储能水箱的储能评价指标,对不同的相变胶囊高度、不同的入口流速以及不同的相变胶囊尺寸进行了模拟实验。实验结果表明:随着相变胶囊距水箱底部的高度越高、相变胶囊直径越小,理查德森数越大,平均蓄热率和蓄热密度越大。入口流速越小,理查德森数越大,平均蓄热率和蓄热密度越小。相变蓄热胶囊内相变材料1/2进行液化所需的时间与入口流速、相变胶囊尺寸成反比,与相变胶囊的距水箱底部的高度成正比。

关键词：热分层理查德森数平均蓄热密度平均蓄热

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基于MST雷达垂直风速的大气温度剖面反演

物理学报 2014年第9期63卷 194-200页

作者：青海银张援农周晨赵正予陈罡武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

本文主要利用MST(mesosphere-stratosphere-troposphere)雷达垂直风速时间序列进行频谱分析,计算B-V(Brunt-V?is?l?)频率,再根据B-V频率和温度的关系,本文建立了离散的温度反演模型,最后反演得到了全高度的温度剖面.通过计算温度剖面和... 详细信息

本文主要利用MST(mesosphere-stratosphere-troposphere)雷达垂直风速时间序列进行频谱分析,计算B-V(Brunt-V?is?l?)频率,再根据B-V频率和温度的关系,本文建立了离散的温度反演模型,最后反演得到了全高度的温度剖面.通过计算温度剖面和探空仪实测温度剖面比较可见,二者的符合度非常高,变化趋势也完全一致.本文还进一步讨论了,利用B-V频率和MST雷达的水平风速还可以计算理查德森数,通过理查德森数可以很清晰的判断大气的稳定性,进而可以量化大气很多动力学特征以及解释大气中的很多波动现象.因此,B-V频率的获得是MST雷达对大气动力学研究的又一贡献,它可以准确地反演大气的温度剖面,同时获取大气动力学稳定性参数.

关键词：大气温度 mesosphere-stratosphere-troposphere(MST)雷达 Brunt-Vaisala(B-V)频率理查德森数

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考虑旋转和曲率的湍流模型修正及应用

西安交通大学学报 2016年第9期50卷 25-30页

作者：任芸吴登昊牟介刚李晓俊浙江工业大学之江学院杭州310024 浙江理工大学机械与自动控制学院杭州310018 浙江工业大学机械工程学院杭州310014

通过分析湍流模型在模拟旋转和弯曲壁面的旋转机械内流时存在的问题发现,在原有湍流模型的基础上考虑旋转和曲率效应是提高离心泵内流模拟精度和改善流动不稳定性的必然选择;在k-ωSST模型中通过考虑旋转和曲率修正,同时引入Hellsten的... 详细信息

通过分析湍流模型在模拟旋转和弯曲壁面的旋转机械内流时存在的问题发现,在原有湍流模型的基础上考虑旋转和曲率效应是提高离心泵内流模拟精度和改善流动不稳定性的必然选择;在k-ωSST模型中通过考虑旋转和曲率修正,同时引入Hellsten的理查德森数修正模型思想和扩展内秉旋转张量修正,生成了一种新的湍流模型;应用改进后的湍流模型对比转数为34.34的离心泵在不同工况下的内流场进行了数值模拟,并将改进前后的数值计算结果与试验结果进行了详细对比,由此分析了泵内部流场的分布规律。研究结果表明:改进后的湍流模型预测的能量性能与试验值更接近;在0.6倍设计流量工况下,改进后湍流模型的扬程预测精度提高了3%,效率预测精度提高了近2%,这一结论在内流场中得到了验证;与原湍流模型相比,改进后湍流模型明显改善了叶轮流道和蜗壳扩散段处的流动情况。该结果可为湍流模型研究提供参考。

关键词：湍流模型离心泵理查德森数旋转和曲率修正

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南黄海苏北近岸西洋水道水沙输运机制分析

海洋科学 2011年第11期35卷 120-127页

作者：刘运令汪亚平吴祥柏施晓钟邹欣庆南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室江苏南京210093 厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室福建厦门361005 大丰市港务管理局江苏大丰224145

基于2008年3月份在南黄海辐射沙脊群西洋水道内5个站位大潮期间的观测数据(包括流速与悬沙质量浓度的垂向剖面),利用机制分解法计算了西洋水道内的水与悬沙通量。结果表明,水体在多数时段内均处于分层向混合过渡的状态,中下层水体的理... 详细信息

基于2008年3月份在南黄海辐射沙脊群西洋水道内5个站位大潮期间的观测数据(包括流速与悬沙质量浓度的垂向剖面),利用机制分解法计算了西洋水道内的水与悬沙通量。结果表明,水体在多数时段内均处于分层向混合过渡的状态,中下层水体的理查德森数(Ri)与瞬时悬沙输运量中的平均流输沙项及流速的潮周期变化相关项之间存在显著的负相关关系,表明水体的层化效应和混合程度对悬沙输运有重要影响。西洋水道内悬沙净输运率为10-1～100 kg/(m.s)量级,并以欧拉余流向岸输运为主,该结果揭示了苏北近岸潮滩在陆源物质供应减少背景下向海快速淤长的重要物质基础和水动力作用机制。

关键词：悬沙质量浓度通量分解理查德森数西洋水道

表层排放温水在陡岸型深水中温度层化的测量与模拟

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水利水电技术 2018年第4期49卷 99-108页

作者：安贺东韦兵朱健喻国良上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 广西泰能工程咨询有限公司广西南宁530023 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

为了研究水体温度分层现象与规律,针对表层排放温水在陡岸型深水中的温度分层现象进行了测量和模拟。首先建立一个表层排放温水在陡岸型深水环境中对流扩散的试验模型,利用温度同步测量系统测量了模型中水体温度场随时间的变化。然后,利... 详细信息

为了研究水体温度分层现象与规律,针对表层排放温水在陡岸型深水中的温度分层现象进行了测量和模拟。首先建立一个表层排放温水在陡岸型深水环境中对流扩散的试验模型,利用温度同步测量系统测量了模型中水体温度场随时间的变化。然后,利用TELEMAC-3D软件建立了一个相应的三维流场与温度场数值模型。根据试验数据对模型进行率定,并开展与试验对应的模拟。结果表明,温度分层后水体从上至下可分为表层同温层、密度跃层和下部滞温层。数值模拟结果与试验结果吻合,所建立的数值模型可作为研究水体温度分层现象和规律的工具。通过分析模拟结果中水体温度分层与理查德森数(Ri)的关系,验证得到判断温度场分层与混合的理查德森数(Ri)临界值为0.25。

关键词：表层排放温水陡岸型深水温度层化水流理查德森数

坡度对重力流水夹带系数及其流动特性影响的研究

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坡度对重力流水夹带系数及其流动特性影响的研究

作者：孙皓安徽工业大学

学位级别：硕士

重力流对环境水体夹带在很大程度上决定了重力流的流动特征,对于传统的深度平均模型来说水夹带系数是不可或缺的一重要参数,所以针对其的研究一直受到普遍的关注。目前存在基于单个坡度或几个坡度下实验的多种水夹带系数与理查德森数关... 详细信息

重力流对环境水体夹带在很大程度上决定了重力流的流动特征,对于传统的深度平均模型来说水夹带系数是不可或缺的一重要参数,所以针对其的研究一直受到普遍的关注。目前存在基于单个坡度或几个坡度下实验的多种水夹带系数与理查德森数关系的经验公式,莫衷一是,缺乏坡度对水夹带系数的系统研究。本研究在总结前人研究的基础上,通过采用经多项实验数据验证的基于雷诺平均的纳维尔-斯托克斯方程和经过浮力项修正的紊流k??模型对0.5°0°坡度范围内的重力流进行了实验室及野外尺度下的数值模拟,探究了坡度对重力流水夹带系数、理查德森数及其它流动特性的影响,得出对于斜坡上有恒定入流的重力流来说,底坡坡度是比理查德森数更重要的影响重力流水夹带系数的因素的结论,具体如下:（1）坡度越大,重力流的水夹带系数E越大,它们之间在0.5°0°的范围内存在较强的线型关系:E?0.00285??0.00065,其中θ为底坡坡度;（2）坡度越大,其理查德森数Ri越小,它们在0.5°0°的范围内存在幂函数下降的关系:0.399Ri0.489???;（3）重力流深度平均速度随坡度的增加而增大,深度平均浓度随坡度的增加而下降;（4）以上各量在近入口附近的短距离的适应坡度的调整后,在重力流在斜坡上进入准稳态后,它们的值都基本保持不变;（5）相较于坡度,长度尺度、入流速度、入流浓度等其它因素对进入准稳态的重力流的特性的影响比较弱。本研究导出的水夹带系数和坡度的关系式比传统的针对单个斜坡的和理查德森数的关系经验公式具有更广的适用性,这对于重力流的理论研究及建立应用范围更广的重力流深度平均模型等有着一定的意义。

关键词：重力流水夹带系数坡度数值模拟理查德森数

自然通风下相邻工业厂房污染物扩散的数值研究

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自然通风下相邻工业厂房污染物扩散的数值研究

作者：赵同同西安建筑科技大学

学位级别：硕士

建筑物的自然通风是由温差和风产生的气流,这种流动主要是建筑内部空间和外部环境之间的气流交换,自然通风具有通风流量大,能耗零的优点。对于室内具有高强度热源和污染源的工业厂房,由于通风量需求巨大,自然通风是一种适宜的通风形式... 详细信息

建筑物的自然通风是由温差和风产生的气流,这种流动主要是建筑内部空间和外部环境之间的气流交换,自然通风具有通风流量大,能耗零的优点。对于室内具有高强度热源和污染源的工业厂房,由于通风量需求巨大,自然通风是一种适宜的通风形式。但是,自然通风也有许多缺点,例如缺乏对送风的预处理能力,以及缺乏准确调节通风量的能力,更重要的是工业厂房内部通常存在污染源,在自然通风过程中伴随着污染物扩散问题。与此同时,工业厂房布局紧密,污染物扩散到室外环境在相邻建筑的外部空间中滞留的同时,还有可能随着自然通风再次进入相邻建筑。在本研究中,使用数值模拟对两栋相邻工业厂房之间的气流流动结构和污染物扩散进行了二维模拟。首先,据本研究涉及到的具体问题查阅了相关文献,为了验证使用数值模拟预测建筑周围气流和污染物分布的准确性,使用风洞文献中的数据对本文采用的数值方法进行了准确性验证。通过分析两栋相邻工业建筑组成的建筑空间在不同来流风速下的流场特性,确定了纯室外环境下工业建筑街谷中气流流动结构达到独立时的临界雷诺数大小(Re =31965,10量级)。最后,在满足雷诺数独立性要求的风速下,对工业厂房释放的污染物在相邻建筑环境中的扩散进行了稳态模拟,重点考虑了室内热强度、开窗条件以及建筑街谷高宽比等因素对厂房周围气流流动和污染物扩散的影响。主要研究结论如下:(1)上风向车间释放的污染物在顺风向扩散时,下风向车间热源产生的浮力与来流风的惯性力之间存在明显的相互作用,这种作用关系可以用理查德森数(Ri)来评估。首先,理查德森数会影响下风向车间的通风方向。当Ri1.6,浮力的作用开始不可忽视,下风向车间的通风来自建筑街谷。当气流由风驱动时,建筑街谷内部的行人呼吸区和下风向车间污染物浓度较低。当气流由浮力的驱动时,污染物逐渐向行人呼吸区和下风向车间室内迁移。(2)确定了污染物逆风向向上风向车间扩散的开窗条件,只有当上风向车间背风窗与下风向车间迎风窗同时开启时,下风向车间释放的污染物才会发生逆风向扩散进入上风向车间。并且下风向车间使用迎风窗单侧通风时,建筑街谷与上风向车间室内污染物浓度最大。建筑街谷空间与上风向车间室内污染物无量纲浓度与建筑街谷高宽比之间呈指数递增的关系。

关键词：工业建筑街谷自然通风热浮力理查德森数污染物

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水库内温度场试验与坝后温度恢复的数值模拟

水库内温度场试验与坝后温度恢复的数值模拟

作者：安贺东上海交通大学

学位级别：硕士

水库是在河道、山谷、低洼地修建挡水坝或堤堰、隔水墙形成的蓄集水的人工湖,水库兼具防洪、发电、灌溉、供水、蓄能等多种作用,为社会经济发展做出了重大贡献。但对于一些大型水库,尤其是调节性能好的水库,由于存在大量水体蓄积,在沿... 详细信息

水库是在河道、山谷、低洼地修建挡水坝或堤堰、隔水墙形成的蓄集水的人工湖,水库兼具防洪、发电、灌溉、供水、蓄能等多种作用,为社会经济发展做出了重大贡献。但对于一些大型水库,尤其是调节性能好的水库,由于存在大量水体蓄积,在沿水深方向往往会出现有规律的水温分层现象,从而可能导致库区内水生生物结构发生变化,且下泄低温水也会对下游鱼类产卵繁殖和灌溉农作物生长产生不利影响。为了治理改善水库建设运行所引发的生态问题,不但需要了解库内水温分层现象与规律,而且必须掌握坝后温度恢复情况。国内外对此已开展了大量研究,然而,由于水体温度交换问题的复杂性,水体层化的临界条件等仍有待进一步明确。因此,开展对大型深水库温度分层现象与坝后温度恢复的研究具有重要的工程意义。本文首先设计制作了一个水库温度分层试验模型,以此开展了水库水温分层的同步测量,获得了大量宝贵的同步测量资料,为水温数值模型参数率定与验证提供了基础数据;利用TELEMAC-3D水动力水温软件,以水库温度分层试验模型为对象建立了一个数值模型,根据试验实测资料对该模型进行了参数率定和验证,并利用率定后的水动力水温数值模型对不同来流情况下温度层化发展过程开展了模拟。物理试验和数值试验表明:温度分层后水体从上至下可分为表层同温层、密度跃层和底部恒温层;数值模拟结果与试验结果吻合,所建立的数值模型可作为研究水体温度分层现象和规律的工具;理查德森数值Ri是判别温度场分层与混合的重要依据,判断温度场分层与混合的理查德森数(Ri)临界值为0.25。最后,利用率定后的水动力水温模型,对5月份百色水库下泄冷水的水温沿程的恢复情况开展了模拟。模拟结果显示,除入流温度较高的澄碧河支流入口附件河段外,模拟区域内其余河段内的水温升高速度均较低,相比于百色市上游河段,百色市下游河段内水温恢复速度更低。预测结果对百色水库的下泄管理和下游沿岸工农业取水有指导作用。

关键词：大型水库水温层化 TELEMAC-3D 理查德森数百色水利枢纽

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长江河口悬沙与盐分输运机制分析

海洋学研究 2008年第4期26卷 8-19页

作者：吴祥柏汪亚平潘少明南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室

2004年9月15～22日在长江口南支口门区域进行了水位、流速、悬沙浓度、盐度的全潮观测，基于这些现场数据，分析河口区域流速结构、悬沙浓度与盐度的时空分布特征；利用机制分解法研究河口悬沙、盐分的通量和输运机制，并探讨它们与水... 详细信息

2004年9月15～22日在长江口南支口门区域进行了水位、流速、悬沙浓度、盐度的全潮观测，基于这些现场数据，分析河口区域流速结构、悬沙浓度与盐度的时空分布特征；利用机制分解法研究河口悬沙、盐分的通量和输运机制，并探讨它们与水体垂向结构之间的关系。主要结论如下：长江河口区的悬沙浓度存在显著的时空变化特征，从口内向口外，悬沙浓度呈显著减小趋势，大潮期间的悬沙浓度较大，是小潮期间的数倍。通量机制分析结果表明，长江河口区以欧拉余流为主，向海输运，并有向海方向逐渐减小的趋势，斯托克斯余流向陆输运，在大、小潮期间有显著差异。盐分输运机制中，以欧拉余流占主导地位，潮泵效应、垂向重力环流、垂向剪切扩散作用的贡献次之。长江河口悬沙净输运率在向海方向逐渐减小，大潮期间的悬沙净输运率比小潮期间的大1～2个数量级，水动力条件是造成长江河口悬沙净输运时空差异的主要因素。悬沙输运机制小潮期间以欧拉余流占主导地位，在大潮期间则以与紊流相关的垂向剪切扩散作用取代欧拉余流占据主导地位。悬沙瞬时输运机制中的剪切扩散项在中下层水体的理查德森数（Ri）小于0．25时才有较大的量值，在南槽内，当底层水体的理查德森数（Ri）处于0．1％Ri〈0．25范围时，剪切扩散贡献值的大小与Ri之间存在显著的负相关关系。研究还表明，适当的紊动强度有利于高悬沙浓度的维持，区域性的层化作用对紊流有强烈的抑制作用，这是造成长江河口悬沙输运空间差异的主要因素之一。

关键词：悬沙浓度盐分输运理查德森数通量分解长江河口