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风沙跃移轨迹的dpm数值模拟

科技通报 2015年第11期31卷 266-270页

作者：蒋建云刘博王旭峰熊英黄新成塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300 塔里木大学现代农业重点实验室新疆阿拉尔843300

对风沙跃移运动采用离散模型进行数值计算,对沙粒相采用离散相模型(dpm模型),研究沙粒在跃移运动过程中的运动轨迹与摩阻风速及粒径大小的关系。模拟结果表明:随摩阻风速的增大,跃移轨迹高度逐渐降低,跃移轨迹长度逐渐增长;随沙粒粒径... 详细信息

对风沙跃移运动采用离散模型进行数值计算,对沙粒相采用离散相模型(dpm模型),研究沙粒在跃移运动过程中的运动轨迹与摩阻风速及粒径大小的关系。模拟结果表明:随摩阻风速的增大,跃移轨迹高度逐渐降低,跃移轨迹长度逐渐增长;随沙粒粒径的增大,跃移轨迹高度逐渐增大,跃移轨迹长度逐渐缩短;跃移轨迹长度与跃移轨迹高度的比值(L/H)随摩阻风速的增大而增大,呈对数关系,随沙粒粒径的增大而减小,呈幂函数关系。

关键词：数值模拟 dpm模型跃移轨迹

陕西中北部地区农田地表土壤含水率对粉尘释放影响的数值模拟

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桂林理工大学学报 2011年第2期31卷 238-241页

作者：高建华张承中赖志强王颖钊刘立忠西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055

为准确模拟陕西中北部地区农田地表粉尘释放通量,对dpm模型做了适当修正。对比分析了不同含水率下dpm模型模拟值和野外观测值的关系,计算分析了利用各湿土起动摩阻风速模型改进后的dpm模型模拟值。结果表明:使用邵亚平起动摩阻风速模型... 详细信息

为准确模拟陕西中北部地区农田地表粉尘释放通量,对dpm模型做了适当修正。对比分析了不同含水率下dpm模型模拟值和野外观测值的关系,计算分析了利用各湿土起动摩阻风速模型改进后的dpm模型模拟值。结果表明:使用邵亚平起动摩阻风速模型修正陕西中北部地区农田土壤含水率对dpm模型模拟值的影响较适合,修正后dpm模型模拟值和观测值趋于一致。

关键词： dpm模型农田土壤含水率

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粉煤气化炉数值模拟及性能优化分析

粉煤气化炉数值模拟及性能优化分析

作者：董涛郑州大学

学位级别：硕士

粉煤气化技术在化工生产中应用广泛。粉煤气化炉作为粉煤气化技术的核心装备,其性能是粉煤气化技术成功的关键,因此对气化炉的流场和气化性能进行研究具有重要意义。本文采用Fluent计算软件,对包含双通道喷嘴的典型粉煤气化炉进行了三... 详细信息

粉煤气化技术在化工生产中应用广泛。粉煤气化炉作为粉煤气化技术的核心装备,其性能是粉煤气化技术成功的关键,因此对气化炉的流场和气化性能进行研究具有重要意义。本文采用Fluent计算软件,对包含双通道喷嘴的典型粉煤气化炉进行了三维冷态和热态的数值模拟,主要结论为:(1)气相湍流采用Realizable k-ε模型,离散相煤粒采用dpm模型,对气化炉进行三维冷态数值模拟。模拟得出,煤粒轨迹受气相流场影响显著。煤粒的平均停留时间为5.55s,最小停留时间为2.39s,标准差为2.81s。中心进口速度、外环进口速度增大使炉内平均湍动能及平均湍流强度增大,但煤粒的平均停留时间、最小停留时间和标准差减小。仅增大外环进口速度,使中心轴线上湍流强度和湍动能最大值减小,且最大值位置从距离进口0.15m处推移到0.30m。(2)针对复杂的煤气化反应,建立了简化煤气化反应机理。通过采用简化煤气化反应机理,气相化学反应采用有限速率/涡耗散模型,异相化学反应采用多表面反应模型,离散相煤粒采用dpm模型,对气化炉进行三维热态数值模拟。通过考核,发现采用Realizable k-ε湍流模型,two competing rates脱挥发分模型和简化挥发分成分处理方法的模拟值与实验值吻合,模拟值相对实验值的CO、H、CO、HO摩尔分数和碳转化率的误差分别为9.65%、-4.62%、-6.25%、-1.11%和0.99%。气化炉射流顶端和外围温度较高,最高温度约为2400K,射流中心区温度最低。气化炉射流区和回流区中的CO和HO摩尔分数较高,而有效气体CO和H的摩尔分数较低。在距离喷嘴1.5m处,各组分摩尔分数接近稳定,其中出口处CO摩尔分数为0.322,H摩尔分数为0.17,CO摩尔分数为0.159,HO摩尔分数为0.259,有效气(CO+H)摩尔分数为0.492。煤粒在射流区和回流区较为密集,煤粒的平均停留时间为0.79s,最小停留时间为0.30s,标准差为0.52s,碳转化率为82.81%。(3)随着氧煤比增大,气化炉出口有效气(CO+H)摩尔分数降低,而碳转化率先增大后减小,碳转化率在氧煤比为1.0时最大,为84.3%,此时,出口有效气摩尔分数为0.456。增大汽煤比、负荷比和煤粒直径,气化炉出口有效气摩尔分数和碳转化率降低。当CO替代N2作为载气,气化炉出口有效气摩尔分数提升2%左右。气化剂配比中CO质量分数增大,出口有效气摩尔分数增大,碳转化率先增大后减小,在CO质量分数为40%时最佳。(4)综合考虑出口有效气(CO+H)摩尔分数和碳转化率,选择气化炉最佳的轴向扩展长径比为8.85。径向扩展长径比从9.85减小到5.85,碳转化率从77.4%增大到94.4%,出口有效气摩尔分数从0.461增大到0.567。

关键词：粉煤气化炉有限速率/涡耗散模型 dpm模型数值模拟反应机理

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气体钻井中下部钻具冲蚀失效研究

气体钻井中下部钻具冲蚀失效研究

作者：巴彬西南石油大学

学位级别：硕士

气体钻井具有钻速快、地层污染小、防止循环漏失等优点,但是由于地层出水及钻具磨损严重等问题,其在现场施工中的应用受到了限制。本文针对气体钻井中下部钻具常出现的冲蚀磨损问题,进行了研究探讨,通过冲蚀实验研究、冲蚀模型分析、数... 详细信息

气体钻井具有钻速快、地层污染小、防止循环漏失等优点,但是由于地层出水及钻具磨损严重等问题,其在现场施工中的应用受到了限制。本文针对气体钻井中下部钻具常出现的冲蚀磨损问题,进行了研究探讨,通过冲蚀实验研究、冲蚀模型分析、数值计算模拟等方法总结分析了钻具的冲蚀规律,针对气体钻井中下部钻具的冲蚀失效问题开展了以下研究工作并得到了相应结论：(1)自主研发设计了一套可循环的冲蚀实验装置,该装置将加沙器和排砂分离装置整合为一体,实现了砂粒在冲蚀中的循环利用。在对试片的冲蚀规律进行了实验研究后得到了不同攻角时,试片表面的油漆在受到长时间冲蚀后的剥落规律。对试片冲蚀后的质量进行了测量统计,估算了所用钢材在实验中的冲蚀速率。(2)利用数值模拟软件建立了试片冲蚀的模型和井下钻具的模型,调整了冲蚀计算中的参数设置,在对试片冲蚀的模拟计算中得到了与实验中相近的结果。对井下钻具模型进行了观察分析,设计了模拟组次,对模型的网格进行了优化处理并根据现场实际工况设计了进出口条件和环境变量。(3)使用dpm模型对不同进出口条件下的环空流场和钻具冲蚀进行了计算,结果分析表明,冲蚀主要集中在钻杆接头位置,钻杆本体受到冲蚀的影响较小,冲蚀痕迹呈现螺旋上升的规律但是会受到不同入口条件的影响。进口速度(注气量)对环空内流场影响较大,也会直接影响冲蚀速率,而相同的入口速度下井底压力的变化对冲蚀速率影响不大。(4)通过对气体钻井中下部钻具的物理模型调整和环境变量设置,计算了不同工况时钻具的冲蚀速率,发现工况的改变对冲蚀速度和冲蚀分布影响很大。

关键词：气体钻井冲蚀环空流场 dpm模型冲蚀抑制

大颗粒固液两相流碰撞反弹规律及磨损特性研究

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大颗粒固液两相流碰撞反弹规律及磨损特性研究

作者：季浪宇浙江理工大学

学位级别：硕士

目前对于固液两相流的研究主要采用实验和数值计算两种方法,但针对大颗粒固液两相流动的研究较少,对其进行数值模拟时缺少较为适合的碰撞反弹模型,因此存在较大的计算误差。本文先针对大颗粒固液两相流进行实验研究,得出适用于大颗粒固... 详细信息

目前对于固液两相流的研究主要采用实验和数值计算两种方法,但针对大颗粒固液两相流动的研究较少,对其进行数值模拟时缺少较为适合的碰撞反弹模型,因此存在较大的计算误差。本文先针对大颗粒固液两相流进行实验研究,得出适用于大颗粒固液两相流数值计算的碰撞反弹模型,对颗粒和壁面的碰撞反弹进行修正。再应用dpm模型对方形弯管进行固液两相流数值计算,分析各个因素对弯管磨损规律的影响,并对弯管结构进行改进,减小磨损,延长管件使用寿命。以下为主要研究内容:(1)搭建粘性介质中颗粒与壁面的碰撞反弹试验台,研究干表面和浸没表面下不同粒径的颗粒与不同材料壁面的碰撞反弹规律,得出当颗粒粒径较大时(3mm-7mm),颗粒与壁面碰撞反弹恢复系数与颗粒粒径无关,与介质、碰撞角度、壁面材料及碰撞速度有关。分析了不同碰撞条件下表面摩擦系数的变化规律。最后总结得出适用于大颗粒固液两相流的碰撞反弹模型。(2)通过固液两相流弯管的可视化实验,获取颗粒在弯管中的运动轨迹图,与采用颗粒碰撞反弹实验获得的碰撞反弹模型数值计算得到颗粒轨迹图进行对比,证实目前较常用的两相流碰撞反弹模型并不适用于大颗粒固液两相流数值模拟。实验获取的碰撞反弹模型具有较高的准确性。(3)对进口边长为80mm方形弯管利用SolidWorks进行三维建模。然后采用workbench进行网格划分。最后利用CFD软件Fluent,采用颗粒碰撞试验获取的碰撞反弹模型及合适的磨损模型对弯管进行数值计算,分析粒径、流速、颗粒质量流量、重力方向、颗粒密度、颗粒斯托克斯数等因素对弯管磨损规律的影响,得出一系列能预防和预测弯管冲蚀磨损失效的规律。(4)对弯管结构进行改进,通过在弯管段两侧加侧挡板和在弯管段外侧壁面加横向挡板的方法,有效解决了二次涡对磨损分布不均匀的影响,降低了弯管的最大磨损速率和平均磨损速率。但横向挡板会造成一定的压力损失,且速度越大造成的压力损失越大。

关键词：碰撞反弹模型大颗粒固液两相流 dpm模型数值计算磨损规律

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无人机对地目标识别与分类

无人机对地目标识别与分类

作者：高美西安电子科技大学

学位级别：硕士

作为计算机视觉、人工智能、数字图像处理、人机交互等多学科的交叉学科,目标识别与分类得到了广泛的关注。而随着信息技术的发展和无人机的日益普及,基于视觉的无人机在智能视频监控、三维场景重建以及军事应用等方面发挥着越来越重要... 详细信息

作为计算机视觉、人工智能、数字图像处理、人机交互等多学科的交叉学科,目标识别与分类得到了广泛的关注。而随着信息技术的发展和无人机的日益普及,基于视觉的无人机在智能视频监控、三维场景重建以及军事应用等方面发挥着越来越重要的作用。本文以无人机对地面目标的识别与分类为研究重点,首先总结国内外目标识别与图像分类的研究现状,然后针对不同的地面目标以及分类任务,提出了不同的方法,论文主要分为四大部分:第一,基于多特征融合的目标识别。在该部分,首先介绍了目标检测中常用的特征表示方法,并详细阐述了HOG特征和LBP特征的提取过程。然后引入PCA算法对HOG特征进行降维,解决了HOG特征维度过高的问题,再将HOG-PCA特征与LBP特征进行融合处理,利用融合之后的特征训练SVM分类器,实现空对地场景中汽车目标的检测。第二,基于dpm模型的目标识别。在该部分,介绍了dpm模型中HOG特征的计算过程、dpm模型的相关理论知识以及使用LatentSVM训练车辆dpm模型的实现原理。在目标检测阶段,首先利用训练好的模型计算场景图像各个位置的得分,然后通过NMS消除重复的检测框以及超出图像边界的检测框,得到符合要求的检测集合,最后得到检测集合中得分最大的位置即为检测目标的位置。第三,视觉显著性和PCANet相结合的目标识别。在该部分,首先介绍了K-means算法、Mean-Shift算法、显著性区域检测模型、卷积神经网络等基础知识,然后重点论述了使用PCANet模型训练分类器的实施方法。在目标检测阶段,首先通过AC显著性检测模型确定图像中的疑似目标区域,再对检测出的疑似目标区域使用PCANet算法进行特征提取,并载入训练好的分类器过滤掉非目标区域,实现对坦克目标的检测。第四,场景图像分类与标示方法。在该部分,介绍了图像中值滤波和场景图像的分割方法。首先对中值滤波后的图像进行Mean-Shift分割,然后对分割后的图像进行轮廓提取,并创新性地提出通过设定轮廓阈值合并图像的相邻区域以解决Mean-Shift算法的过分割问题,其次提取各个区域的颜色特征和纹理特征,将融合后的特征作为SVM分类器的输入,进行类别判断,最后实现对场景图像的分类与标示。

关键词：目标识别图像分类 dpm模型视觉显著性主成分分析网络

扭力冲击器工作特性及关键零部件冲蚀影响因素研究

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扭力冲击器工作特性及关键零部件冲蚀影响因素研究

作者：梁涛西南石油大学

学位级别：硕士

扭力冲击器在深井复杂地层的使用过程中,高密度泥浆携带固相颗粒,以一定的运动方式持续冲击工具内部,造成冲蚀失效破坏,缩短了扭力冲击器的工作寿命。鉴于此,有必要开展复杂工况条件下,扭力冲击器系统内部冲蚀机理研究。本文依托流体力... 详细信息

扭力冲击器在深井复杂地层的使用过程中,高密度泥浆携带固相颗粒,以一定的运动方式持续冲击工具内部,造成冲蚀失效破坏,缩短了扭力冲击器的工作寿命。鉴于此,有必要开展复杂工况条件下,扭力冲击器系统内部冲蚀机理研究。本文依托流体力学和数值模拟的方法,对扭冲关键结构:中心管、分流盖、拔叉开关进行冲蚀仿真。以中心管为主体,分析内部冲蚀变化规律,得到相关冲蚀速率云图,从而确定其易损部位,为后续优化措施的制定提供参考依据。本文主要研究内容和结论如下:(1)建立(?)194mm扭力冲击器三维模型。对扭力冲击器的设计思路、结构特点与工作原理进行概述,为后续的冲蚀仿真模拟提供模型依据。(2)确立了扭力冲击器关键零部件的冲蚀机理,得到相关冲蚀影响因素,为接下来的研究提供理论基础。在固液两相流动理论和流体动力学的基础上,建立中心管冲蚀理论模型。对有限元仿真中所涉及到的参数设定、算法抉择、边界条件设置以及流场模型的选用,进行简要说明,为后续中心管冲蚀仿真提供理论支撑。(3)以中心管为主体进行网格无关性验证,并以y+判据为评定标准。通过控制变量法对中心管进行多组冲蚀仿真,将所得y+值进行对比分析,为更好的的确定网格划分方式提供理论支撑,防止由于网格划分差异导致仿真误差。并将其冲蚀仿真结果与实例中冲蚀破损的中心管进行对比,分析得到两者受损情况、位置大致一样,误差在5%左右。(4)针对中心管、分流盖、拔叉开关进行冲蚀模拟分析,提出中心管的两种结构优化备选方案,发现具有圆弧过渡形结构的中心管,对于减缓冲蚀影响有一定的作用。其次,通过控制变量法对中心管进行冲蚀仿真,通过多组冲蚀对比实验,得到其冲蚀规律为:①冲蚀速率随流速的增加而增加;②冲蚀速率随固相颗粒质量流量的增加而增加;③冲蚀速率随颗粒直径的增大而减小,但是,当颗粒直径超过某一临界值时,冲蚀速率不再随其变化,而是基本保持不变;④冲蚀速率随颗粒形状系数的增加而减小。结合上述冲蚀数据,将相关冲蚀影响因素导入灰色关联中的算法模型进行计算,最终得出:量化指标中,流速对冲蚀的关联度最大。因此,对于减缓中心管壁面冲蚀,控制流速是关键点。(5)通过数值模拟结果,可以较为准确地定位扭力冲击器易损位置,从而提出相应的预防措施。在现场工作中,对易损部位进行局部加厚,或在易损处喷涂抗冲蚀材料等,避免由于扭力冲击器内部件的冲蚀破坏引起钻进效率的损失。

关键词：冲蚀 dpm模型中心管分流盖拔叉开关

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结冰风洞云雾参数变化规律初探

结冰风洞云雾参数变化规律初探

作者：胡站伟中国空气动力研究与发展中心

学位级别：硕士

结冰风洞是飞行器结冰研究的主要地面试验手段,其难点在于结冰云雾的控制。根据我国结冰风洞建设的具体需要,结合国内外结冰风洞云雾物理模型较为粗糙的研究现状,本文通过对结冰风洞中云雾产生、运动、变化进行理论分析和数值建模,对结... 详细信息

结冰风洞是飞行器结冰研究的主要地面试验手段,其难点在于结冰云雾的控制。根据我国结冰风洞建设的具体需要,结合国内外结冰风洞云雾物理模型较为粗糙的研究现状,本文通过对结冰风洞中云雾产生、运动、变化进行理论分析和数值建模,对结冰风洞云雾参数的变化规律进行全面分析。文章首先介绍了结冰风洞云雾研究的背景,并对现有结冰云雾模拟模型做了简单讨论,提出了本文的研究内容。而后通过分析结冰风洞流场、喷雾、云雾中液滴运动变化的物理过程,结合商用CFD软件FLUENT的dpm (Discrete Particle Model)模型,确定了适用的流场模型、喷雾模型、液滴运动模型、液滴碰撞模型、液滴破碎模型、液滴传热传质模型和风洞壁面模型,以及各模型相应的数值分析方法。其次,根据数值模拟的需要,对喷雾相关物理模型和参数进行了详细的分析论证:讨论并创建了符合结冰云雾环境中各组分物性参数的材料数据库文件;模拟了过冷液滴在流场中运动过程,得到了液滴运动变形过程的内部流场,并分析液滴特性和流场因素对液滴变形与曳力系数的影响,同时还讨论了结冰云雾中液滴的跟随性;通过SUJ11喷嘴喷雾特性的PDPA测量试验,对比分析三种不同的射流源模型,建立了适合喷雾模拟的文件射流源。最后,根据前文的物理模型和相应参数,对结冰风洞云雾进行了全面考察:对结冰风洞部段进行建模,并对结冰风洞流场及其影响因素进行了模拟分析;在二维模拟下,讨论了结冰风洞环境中影响液滴运动变化特性的物理因素及其作用,发现影响液滴终态直径的主要因素为风洞湿度和液滴初始温度,影响液滴运动和空间散布的主要因素为风洞湍流强度和液滴的入射角度;在三维模拟下,对结冰风洞云雾进行模拟分析,发现影响云雾MVD值的主要因素为湿度和液滴初始温度,LWC及其分布与湍流强度、喷雾锥角、风速、MVD等因素有关;验证性模拟证实了液态水含量分布定性模拟结果与国外相关研究结果相符。文章结尾对已做工作加以回顾,指出存在的不足和今后的研究方向。

关键词：结冰风洞结冰云雾数值模拟 dpm模型物性参数液滴变形曳力系数 SUJ11喷嘴 PDPA

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喷雾干燥耦合流场数值模拟与实验研究

喷雾干燥耦合流场数值模拟与实验研究

作者：刘楠大连理工大学

学位级别：硕士

在众多的干燥技术中,喷雾干燥凭借干燥速率快,品控好的优点在化工、医药、食品等工业领域中应用广泛。喷雾干燥设备流程简单,但干燥塔内部流场十分复杂。流场内为多相湍流流动,而且干燥介质与液滴间还存在质热传递。实验研究中测量塔内... 详细信息

在众多的干燥技术中,喷雾干燥凭借干燥速率快,品控好的优点在化工、医药、食品等工业领域中应用广泛。喷雾干燥设备流程简单,但干燥塔内部流场十分复杂。流场内为多相湍流流动,而且干燥介质与液滴间还存在质热传递。实验研究中测量塔内微观物理量需要投入大量的时间和资金,而且对于人们较为关心的颗粒运动轨迹、颗粒的干燥过程很难进行准确的观测。将计算流体力学（CFD）引入喷雾干燥过程的研究中,可以使人们对计算域物理场、液滴的运动和干燥过程有更加直观的理解分析。因此本研究在构建实验室ZLG-5型中试喷雾干燥系统物理模型的基础上,应用理论分析、实验研究和数值模拟的方法,深入研究喷雾干燥塔内部流动特点,并进一步探究流场影响因素。本文在实验和数值仿真方面探究了喷雾干燥塔内流域特性。在实验方面,选取了山梨酸钾溶液为原料液进行了喷雾干燥实验。实验过程中选取了合适的实验操作条件,并选取塔内特征点进行了温度的测量,对塔内温度分布趋势进行分析。可以得到在干燥塔中心轴线上温度梯度较大。低温区出现在雾化盘周围,即料液刚进入流场的区域。塔内大部分区域接近排风温度。喷雾干燥所得产品含水率为0.85%,干燥效果良好,符合储存条件。在数值仿真方面,根据干燥实验设备,应用ICEM CFD构建了喷雾干燥塔的物理模型,并进行网格划分。在对干燥塔内流场特性基本认识的基础上,建立了液滴在干燥过程中的运动和传热传质模型。模拟中采用离散相模型（dpm）对液滴/颗粒受力和运动进行描述,采用RNG k-ε湍流模型描述连续相。通过CFD技术,实现了三维离心式喷雾干燥塔的数值仿真计算。模拟预测特征点温度与实验测温值吻合良好,最大绝对误差为2.76%,验证了模拟结果的准确性和可靠性。进一步分析干燥塔内水蒸气含量情况发现其分布与温度呈现相反趋势。热风由环形进风口进入干燥塔,之后沿轴线垂直方向旋流向下运动。同时还可以观察到在圆筒与锥部连接处出现较大的漩涡区,其他区域也存在一些小型漩涡。液滴在塔内运动呈现随机性。进一步分析液滴干燥过程,可以得到每一个液滴的干燥过程呈现独立性。液滴吸收热风提供的热量后受热蒸发内部水分,液滴直径减小至定值。雾化后的液滴直径并不均一,直径较大的液滴所需干燥时间更长。最后,本文对喷雾干燥过程的影响因素进行了探讨。模拟预测了不同进风温度、进风角度和雾化盘转速对喷雾干燥过程的影响,有利于更好地了解喷雾干燥过程。

关键词：喷雾干燥传热传质 CFD模拟 dpm模型离心式雾化盘