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风沙环境下风力机叶片磨损特性分析与研究

风沙环境下风力机叶片磨损特性分析与研究

作者：张福生辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

叶片是风力发电机组中风能转换利用的核心部件,然而风中挟带的沙粒对叶片造成冲蚀磨损成为了风沙环境下风力机叶片使用年限降低的关键因素。本文首先借助Solidworks软件对翼型为NACA63(2)-215的水平轴风力机进行三维建模。然后利用Fluen... 详细信息

叶片是风力发电机组中风能转换利用的核心部件,然而风中挟带的沙粒对叶片造成冲蚀磨损成为了风沙环境下风力机叶片使用年限降低的关键因素。本文首先借助Solidworks软件对翼型为NACA63(2)-215的水平轴风力机进行三维建模。然后利用Fluent软件中的DPM离散相模型和MRF多重参考模型相结合的方式,通过积分拉格朗日坐标系下的颗粒作用力微分方程来求解沙粒的运动轨迹。最后研究多因素对叶片磨损率、磨损位置、沙坑磨损深度以及翼型气动性能参数的影响,并通过极差分析找出多因素影响叶片磨损特性规律。结果表明:(1)处在低风速流场的沙粒在出口位置流出时,大多分布在下半区;低转速工况下的沙粒运动状态相较于高转速更缓;受迎风方向影响,相同沙粒的运动轨迹差异明显。(2)风速因素影响下的叶片压力面磨损主要分布在相对位置为84%处的叶片中段(L-L界面),而叶片吸力面的磨损多分布在叶片的前缘;随着风速的增加,叶片表面的磨损率呈增加趋势;沙粒粒径为300μm时叶片表面磨损最为严重;粒径较大的沙粒,阻力系数相对较高;不同质量流量对叶片表面的磨损呈现出位置相同且磨损率成比例;同升力系数相比,阻力系数会随着沙粒质量流量增加略有增大。(3)叶片表面最大磨损率随着转速的增加呈现上下波动,其中最大磨损率峰值出现在15rpm;受迎风方向的影响,叶片吸力面靠近叶尖部分会出现集中磨损区域,其中磨损最严重的是正面30°,磨损位置在(0.29m,0.1m,-36.66m);5种因素在影响磨损率时的优劣排序为沙粒粒径>风速>沙粒质量流量>转速>迎风方向,磨损最严重的组合是风速为20m/s、沙粒粒径为300μm、沙粒质量流量为10kg/s、风力机转速为15rpm、迎风方向为正面30°。该论文有图60幅,表19个,参考文献62篇。

关键词：风力机叶片 DPM离散相模型 RNG k-ε湍流沙粒磨损率

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某轿车车身尘土污染数值仿真与控制

长安大学学报（自然科学版） 2015年第5期35卷 145-152页

作者：谷正气王振张勇余勇湖南工业大学机械工程学院湖南株洲412007 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410012 中国科学院武汉病毒研究所湖北武汉430071

针对汽车车身尘土污染问题,利用DPM离散相模型对行驶汽车外流场中多相流进行数值仿真,给出了车身表面尘土沉积浓度和分布情况;运用拉格朗日追踪可视化技术,分析了车身尘土污染产生机理;针对不同污染源,提出了增加附加装置的抑尘措施。... 详细信息

针对汽车车身尘土污染问题,利用DPM离散相模型对行驶汽车外流场中多相流进行数值仿真,给出了车身表面尘土沉积浓度和分布情况;运用拉格朗日追踪可视化技术,分析了车身尘土污染产生机理;针对不同污染源,提出了增加附加装置的抑尘措施。研究结果表明:阻风板、侧裙、轮腔盖板,后扰流器都可以抑制车身尘土污染,其中轮腔盖板对侧壁,扰流器对车尾抑尘效果最显著;4种措施共同作用下,车身侧壁和尾部尘土污染面积分别减小约1.2m2和0.44m2,减小幅度达到72%和71.4%,研究对汽车车身整体造型设计具有指导意义。

关键词：汽车工程汽车空气动力学车身尘土污染 DPM离散相模型数值仿真

冷态超声速发动机中横向煤油射流结构特性研究

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冷态超声速发动机中横向煤油射流结构特性研究

作者：戚银银安徽农业大学

学位级别：硕士

超声速发动机是高超声速推进设备的核心部件,提高其燃料和空气的有效混合效率是改善超声速燃烧器效率的核心科学问题。论文以某型超声速冷态超燃发动机燃烧室为研究对象,基于欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）方法的DPM离散相模型,K-H和... 详细信息

超声速发动机是高超声速推进设备的核心部件,提高其燃料和空气的有效混合效率是改善超声速燃烧器效率的核心科学问题。论文以某型超声速冷态超燃发动机燃烧室为研究对象,基于欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）方法的DPM离散相模型,K-H和R-T（Kelvin-Helmholtz和Rayleigh-Taylor）混合雾化模型,SST k-ω湍流模型,表面蒸发等模型,采用计算流体动力学方法,主要研究煤油在冷态超声速气流中的喷射﹑雾化以及混合情况。具体工作如下:1)详细介绍了本文采用的计算方法和控制方程,如基于多相流的容积追踪和界面追踪方法、基于离散相dpm（Discrete Phase Model）模型的拉格朗日方法以及雾滴流湍流、雾化和蒸发等模型。2)冷态超声速发动机中单孔射流的喷孔直径﹑喷注角度和喷注压降对煤油射流穿透深度﹑射流展向扩展特性﹑射流激波角度﹑流场总压损失以及煤油颗粒SMD（Sauter Mean Diameter）分布等射流喷注特性的影响。结果表明:煤油射流穿透深度﹑展向扩展范围﹑激波角度都随着射流喷孔直径﹑喷注角度﹑喷注压降的增大而增大,超声速内部气流总压损失也随之增加等;3)冷态超声速发动机中双孔射流的射流穿透深度﹑射流展向扩展特性﹑射流激波角度﹑流场总压损失以及煤油颗粒SMD分布等射流喷注特性的变化情况。结果表明:与单孔比较,采用展向组合方式时煤油射流的展向扩展分布显著增大,穿透深度略有增加,射流激波角度和气流总压损失都随之增大;对于顺流向双孔组合方式,与单孔比较,顺流向双孔喷注使得煤油射流穿透深度随之增大,但是单孔喷注的射流展向扩展变化不大且出现前后两道激波,总压损失增大。计算结果与相关文献试验测试结果比对,具有较好的一致性。本课题的研究结果为深入理解冷态超声速气流中煤油射流雾化的基本机理、优化超声速发动机结构设计提供了理论依据。研究结果对提高煤油燃烧效率,提高火焰稳定装置性能也具有较好的实际意义。

关键词：冷态超声速发动机横向煤油射流 CFD数值模拟 DPM离散相模型 K-H和R-T混合模型

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多相流系统中微颗粒的运动特性研究

多相流系统中微颗粒的运动特性研究

作者：孙茂川西南交通大学

学位级别：硕士

随着经济快速发展,世界各地的雾霾现象日益严重。雾霾中的PM2.5/PM10微颗粒对人体健康有着严重的危害性,因此对空气中PM2.5/PM10颗粒的浓度进行检测是非常有必要的。针对雾霾现象,本论文提出了一种基于石英晶体微天平和介电泳(Dielectro... 详细信息

随着经济快速发展,世界各地的雾霾现象日益严重。雾霾中的PM2.5/PM10微颗粒对人体健康有着严重的危害性,因此对空气中PM2.5/PM10颗粒的浓度进行检测是非常有必要的。针对雾霾现象,本论文提出了一种基于石英晶体微天平和介电泳(Dielectrophoresis,DEP)原理的PM2.5/PM10浓度监测系统。为了提高PM2.5/PM10浓度监测系统的监测精度以及实现系统对PM2.5/PM10两种颗粒浓度分别监测,本论文采用离散相方法(Discrete Phase Model,dpm)与流体体积方法(Volume of Fluid,VOF)相耦合的方式对监测系统中PM2.5/PM10微颗粒的运动特性进行了数值模拟。为了便于描述微颗粒运动特性,本文将颗粒运动最接近检测池底部的位置称为颗粒的"沉降点"位置。在固-液两相流模型的微颗粒运动轨迹模拟中,分别研究了液体粘度、液体密度、入口速度因素对微颗粒运动轨迹的影响,结果表明:液体粘度由0.01Pa·s减小到1×10-Pa·s过程中,颗粒"沉降点"位置随着液体粘度的减小而下降,当液体粘度从1×10Pa·s继续减小到1×10Pa·s时,颗粒"沉降点"位置随着液体粘度的减小而略微上升;在液体密度从500kg/m增加到2500kg/m过程中,颗粒"沉降点"位置随着液体密度的减小而略微下降;入口速度由0.2m/s增加到10m/s的过程中,不同直径颗粒的运动轨迹分离程度变大且"沉降点"位置有所上升。在固-液两相流的基础上,利用VOF+dpm耦合模型模拟研究了气-液-固三相流中入口速度、液体粘度、液体密度、气液两相表面张力这些因素对微颗粒轨迹的影响,结果发现:入口速度由0.2m/s增大到2m/s过程中,不同直径微颗粒的运动轨迹分离程度不断增加,其中PM2.5颗粒"沉降点"位置随着入口速度增加而上升,PM10颗粒"沉降点"位置随着入口速度增加先降低随后上升;液体粘度从0.001Pa·s减小到1×10Pa·s过程中,微颗粒"沉降点"位置不断下降;当液体密度500kg/m增大到2000kg/m过程中,颗粒的"沉降点"位置出现先下降后上升的趋势,在1500kg/m时,颗粒"沉降点"具有一个最低位置;气液两相表面张力的变化也对微颗粒的运动产生规律性影响,当表面张力为0.065N/m时,颗粒"沉降点"位置达到最低。通过模拟研究,得到优化的PM2.5/PM10检测系统物性参数,即入口速度设定为0.5m/sm/s最为合适,并且可以利用高分子减阻剂将检测池中电解质溶液的液体粘度调整为1×10Pa·s,液体密度调整为1500kg/m,表面张力调整为0.065N/m。

关键词：多相流 VOF模型 DPM离散相模型 PM2.5/PM10 气泡

稀土电解过程中氧化钕颗粒在不同工况下运动轨迹分析研究

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中国铸造装备与技术 2020年第6期55卷 37-43页

作者：高钰奇刘中兴李扬磊董芸芳内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014010 内蒙古科技大学内蒙古科技大学白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室内蒙古包头014010

借助3kA稀土电解槽,通过搭建稀土电解槽电解过程的流场分布模型和DPM离散相模型,仿真模拟了氧化钕的下料,通过改变电极插入的深度来探究颗粒的运动过程。研究发现:当临界粒径处于合理范围内时,随电极插入深度的增大,氧化钕颗粒临界粒径... 详细信息

借助3kA稀土电解槽,通过搭建稀土电解槽电解过程的流场分布模型和DPM离散相模型,仿真模拟了氧化钕的下料,通过改变电极插入的深度来探究颗粒的运动过程。研究发现:当临界粒径处于合理范围内时,随电极插入深度的增大,氧化钕颗粒临界粒径也相应增大,颗粒的运动距离也会相应增大,但在这个范围内颗粒的运动轨迹相似。当电极插入深度为220mm、且控制临界粒径为0.8mm,最有利于电解的进行,且此时为控制结瘤物的生成的最优条件;同时,还发现在两电极中间位置下料最佳。进行此研究可为电解槽内减少杂质形成提供很好建议,进而为控制结瘤提供理论指导和技术帮助。

关键词： 3kA稀土电解槽 DPM离散相模型氧化钕颗粒控制结瘤杂质