基于CFD的水收集系数及防冰表面温度预测_卜雪琴
二维多层复合材料飞机风挡电热防冰系统数值模拟_免费下载
浅谈变频技术在局部通风机中的应用
珲春矿业集团公司英安煤矿 刘中军
［摘 要］本文首先阐述了局部通风机的工作原理，其次介绍了变频调速的相关知识，重点论述变频调速技术在局部通风机中的应 用。 ［关键词］变频技术 局部通风机 应用
0.引言 矿用局部通风机是煤矿井下掘进通风和瓦斯排放必不可少的重要 设备，承担着为掘进工作面提供新鲜风流、排出有害气体和粉尘、改善 工作面环境条件以及瓦斯积聚后对其进行排放的重要任务，它的工作 可靠性和操作灵活性直接影响着矿井的安全生产。长期以来，我国局 部通风机的控制设备陈旧、技术落后、性能不可靠、功能不健全、设备布 置分散、维护困难，无法满足掘进工作面连续通风和瓦斯安全排放的要 求，这种局面大大制约着我国煤矿井下安全生产技术的发展。因此对 矿用通风机进行技术改造、提高其经济运行效益，具有重要的现实和长 远的意义。研究局部通风机的变频调速系统，是矿山节能降耗的重要 课题。 1.局部通风机的工作原理 为井下局部通风地点通风的通风机称为局部通风机。局部通风机 分为离心式局部通风机和轴流式局部通风机。目前我国煤矿主要使用 轴流式局部通风机。 1.1 离心式局部通风机工作原理 离心式通风机的叶轮在电动机的带动下随机轴一起高速旋转，叶 片间的气体在离心式作用下由径向甩出，同时在叶轮的吸气口形成真 空，外界气体压力作用下被吸入叶轮，以补充排出的气体。由叶轮甩出 的气体进入机壳后备压向风道，如此源源不断地将气体输送到通风管 网中。气体在离心式通风机的外壳内，由吸气口到排气口经过一个 90 度的回转。气体进入通风机时，方向是和通风机的机轴平行，而离开通 风机时，方向却变得和机轴相垂直了，所以它能够自然地适应通风管道 中 90 度的转弯。离心式通风机不具有逆转的特性，如果强使其倒转 时，通风机仍向正常方向输送空气，但是它所造成的压力要减少 2/3~4/ 5,而输送的空气量将减少 40%~60%。
南水北调中线冰情演变水温与气温阈值研究
南水北调中线冰情演变水温与气温阈值研究
李程喜;段文刚;卢明龙;黄明海;滕素芬
【期刊名称】《水利科学与寒区工程》
【年(卷),期】2022(5)2
【摘要】南水北调中线工程冬季存在复杂的冰情,影响工程正常输水。
为更好地进行冰期输水调度,需要在冬季进行南水北调中线干渠的冰情预报工作。
南水北调中线冰情影响因素复杂,冰情初生和转换时气温和水温的阈值是冰情预报模型中的重要判断标准。
文章通过对冰情原型观测资料的收集与整理,总结了岸冰、流冰和冰盖初生时日最低气温主要分布在:-8.0~-4.0℃、-15.0~-5.0℃、-15.0~-7.0℃,日平均水温主要分布在:2.5~4.5℃、1.0~2.0℃、0.1~0.5℃,并分析了渠道边坡系数对岸冰初生的影响。
【总页数】5页(P4-8)
【作者】李程喜;段文刚;卢明龙;黄明海;滕素芬
【作者单位】长江水利委员会长江科学院;南水北调中线干线工程建设管理局【正文语种】中文
【中图分类】P338.4;TV68
【相关文献】
1.冬季气温、水温对冰情的影响
2.南水北调中线总干渠冰情预测模型参数敏感性分析及率定
3.南水北调中线工程冰期输水冰情及措施研究
4.南水北调中线
2014~2015年度冬季冰情原型观测5.长江科学院顺利完成南水北调中线干线工程2019—2020年度冰情现场观测工作
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防冰热载荷计算的一种新方法_卜雪琴
模型等), 介 质材料 物性参 数及 各相(空气 和水
滴), 操作条件及边界条件 , 其中空气相为不可压
流 , 采用一阶迎风格式离散方程 , 调整松弛因子计
算控制方程使之收敛 。
q 相质量守恒方程
n
∑ t(αqρq) +Δ
(αqρqvq) = mpq p =1
(3)
q 相动量守恒方程
t(αqρqvq) +Δ (αq ρqvqvq) =- αq Δp +Δ τq +
防冰热功率 P 计算公式
P = ∑qn ΔS
(12)
式中 :ΔS 为物体壁面网格单元的面积 。
式(7)和式(10)中 hs 的计算式如下 : 平板层流
hs =0. 332 Res 1 /2 Pr 1 /3
λ s
(13)
平板紊流
hs =0. 0296 Res0. 8 Pr 1 /3
λ s
(14)
n
∑ αqρqg + (Rpq +mpqvpq) +αqρq(Fq +Flift , q +FVm, q) p =1
(4) 式中 :vq 为 q 相的速度 ;m pq 为第 p 相到 q 相的质 量传递 ;τq 为第 q 相的压力应变张量 ;Fq 为外部 体积力 ;Flift , q 为升力 ;FVm, q 为虚拟质量力 ;Rpq 为相 之间的相互作用力 ;p 为压力 。空气相采用的湍 流模 型选 为 标准 k-ε二 方 程模 型 。 详见 F L UEN T User’ s Gui de 里的多相流欧拉模型 。
管道冰水两相流动阻力特性的数值模拟
管道冰水两相流动阻力特性的数值模拟邓义斌;王飞显;范世东【摘要】Ignoring phase transition ,numerical simulation study was carried out on resistance charac‐teristics of the ice‐water two‐phase flow in horizontal pipes based on Fluent ;First of all ,the effect of different collision elastic recovery coefficients of the solid particles on the pipe pressure loss was as‐sessed ,and pressure loss between the water flow and ice‐watertwo‐phase flow was compared .Then , resistance characteristics of ice‐water two‐phase flow was analyzed under different flow velocity ,parti‐cle diameter ,particle mass flow rate ,wall roughness ,and comparing with sediment flow ;The calcula‐tion results show that collision elastic recovery coefficient ,flow velocity ,particle diameter ,particle mass flow rate have significant influence on resistance characteristics of the two‐phase flow in the pipe .And the descending order of the pipeline flow resistance is ice‐water two‐phase flow ,sediment‐laden flow ,water .%在忽略相变的前提下，利用 Fluent对水平管内冰水两相流动的阻力特性开展数值模拟研究。
全文-静水条件下淡水冰有效导温系数的优化辨识
收稿日期:2005201212;修改稿收到日期:20052052101基金项目:国家自然科学基金(50179003);国家自然科学基金重点项目(40233032)资助项目1作者简介:白乙拉3(19612),男(蒙古族),博士生,副教授;李志军(19602),男,博士,教授,博士生导师1第24卷第2期2007年4月 计算力学学报 Chinese Journal of Computational MechanicsVol.24,No.2April 2007文章编号:100724708(2007)022*******静水条件下淡水冰有效导温系数的优化辨识白乙拉31,2, 李志军3, 冯恩民1, 韩 明3, 卢 鹏3(1.大连理工大学应用数学系,大连116024;2.内蒙古民族大学数学与计算机学院,通辽028000;3.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,大连116024)摘 要:依据天然河冰垂直温度剖面数据,构造了以拟合函数的系数为参变量的分布参数系统优化辨识模型,并分别用指数函数和线性函数拟合了河冰导温系数。
对目标函数的优化采用Newton 2Raphson 算法,对热传导方程和灵敏度方程采用半隐式差分格式迭代求解。
利用太原汾河二库天然冰垂直温度剖面数据进行了参数辨识和数值模拟,模拟结果与实测数据相吻合,表明所构造的参数辨识模型和优化算法是有效的。
关键词:参数辨识;最优控制;导温系数;河冰中图分类号:P461.6;P332.8;O232 文献标识码:A1 引言高纬度地区的河流、湖泊、水库冬季会形成冰盖,继而可能导致冰冻期或开河期的冰塞,甚至产生凌汛等灾害,因此河冰热力学、河冰水力学的研究一直受到人们的重视。
近几年来,国内外冰2水力学专家针对河冰热力、水流、冰冻数学模型及其数值模拟做了许多研究。
主要以非恒定流河冰的冰塞、冰盖厚度的增长和消融以及水内冰的形成演变等为主线[124]。
数学模型基本以一维方程为主,模型中的热力学参数均使用经验性的常数,忽略了诸如导温系数等热力学参数依赖于温度的变化关系。
基于FLUENT的飞机机翼积冰的数值模拟
基于FLUENT的飞机机翼积冰的数值模拟张义浦;张志春;赵秀影【摘要】针对机翼结冰问题,提出了一种翼型结冰的数值模拟方法.介绍了适用于本方法的翼型网格划分及流场求解方法;提出了一种适用于CFD的水滴收集系数计算方法.利用Fluent软件的离散项模型(DPM)及用户自定义函数功能(UDF),计算求解了翼型表面的局部水滴收集系数.介绍了积冰过程中的质量守恒和能量守恒过程.基于积冰垂直生长假设,介绍了积冰生长模型.最后利用提出的方法预测了翼型的结冰情况.将用计算得到的三种典型积冰类型同国外冰风洞实验结果做了对比,证明了方法的正确性和准确性.%A numerical simulation method of icing is proposed for wing icing problem.The airfoil meshing and flow field solving method which are applicable for this method are introduced.A calculation method of water droplet collection coefficient is presented.Local water droplet collection coefficient is calculated using the discrete phase model (DPM) and user defined function (UDF) of Fluent;The conservation of mass and energy in the process of ice accretion was presented.Based on the assumption that the growth of ice is vertical, ice growth model is introduced.The icing condition of airfoil was predicted by the method proposed in this paper in the last.To prove the validity of this method, three typical types of ice was calculated by the proposed method and compared with foreign ice wind tunnel results.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)020【总页数】6页(P302-307)【关键词】飞机结冰;数值模拟;水滴撞击特性;离散项模型【作者】张义浦;张志春;赵秀影【作者单位】空军航空大学军事仿真技术研究所,长春 130022;空军航空大学军事仿真技术研究所,长春 130022;空军航空大学军事仿真技术研究所,长春 130022【正文语种】中文【中图分类】V244.1+5飞机在飞行过程中，如遭遇积冰气象条件，在飞机的所有迎风面都有可能产生积冰，积冰引起飞机的升力减小、阻力变大、操纵性和稳定性恶化[1]。
油水两相流CFD仿真特性研究
第一章绪论1.1 课题研究背景及意义随着我国经济和科技的不断发展，管道运输已成为和铁路、公路、水运、航空并列的五大运输方式之一，成为原油、成品油、天然气、燃气和工业用危险介质的主要运输方式。
从运输费用上来看，管道以其高效和经济而著称。
从能量消耗的角度来讲，输油干线将原油输送1000公里所消耗的能量相当于所输送原油蕴含能量的0.4%。
因此，与其他几种运输方式相比较，管道运输具有连续性好、运输量大、运价便宜和管理方便等优点，广泛应用于城市发展、能源开发、石油石化的基础设施建设等领域，和人民的生活息息相关，是我国的重大生命线。
现代油气管道的历史可以追溯到1869年，美国宾夕法尼亚州建成世界上第一条原油输送管道，这标志着现代管道运输事业的开始。
经过一百多年的发展，管道运输己成为各国国民经济的重要组成部分之一，也是衡量一个国家的能源业与运输业是否发达的特征之一。
目前全世界油气干线管道己超过150万公里，美国、前苏联、加拿大占了三分之二以上。
我国的管道运输事业发展得虽然较晚，但发展很快。
上个世纪70年代，我国相继建成了庆抚线、庆铁线、铁大线、铁秦线、抚辽线、抚鞍线、盘锦线、中朝线等8条管线，率先在东北地区建成了输油管网。
进入90年代以后，我国的长输管道的建设又有了新的突破，并相继建成了一大批油气长输管道。
2003年底，我国油气长输管道累计长度已经达到45865公里，居世界第六。
到2005年，西气东输、陕金二线、忠武线三条输气干线，川渝、京津冀鲁晋、中部、中南、长江三角洲等的区域管网基本完成，象征着我国的管道建设已进入世界先进行列。
因此，在这样的大背景下，以研究油、气、水在管道内流动的多相流理论得到了长足的发展。
另外，为了实现控制和预测油水两相流动系统,除了要知道油水两相流动条件、流体性质及流体组分外,油水流型特征也成为其必不可少的一个重要条件。
1.2 国内外研究现状两相流的最初应用年代可以追溯到阿基米德时代，在如今的工业生产过程中普遍存在着两相流的问题。
用CFD研究潜流人工湿地集水区对其水力学性能的影响
1 物理模型的建立
模拟的潜流人工湿地结构示意如图 1 所示 。选 取图中模拟区域 , 通过合理简化建立具有层式或护 管式集水区结构的潜流人工湿地二维模型 ( 图 2 ) 。 模型主要结构尺寸为进/ 出口直径 2 mm , 湿地宽 200 mm 、高 120 mm 。模 型 的 计 算 网 格 采 用 Gambit 21 21 30 生成 。由于模型结构较为规则 , 因 此选用收敛性很好的四边形网格进行划分 , 并在进 出口 、内部边界等位置进行网格加密 , 优化网格质 量 , 进一步提高计算的收敛性及精确度 。
究生 。
第 12 期
范立维等 : 用 CFD 研究潜流人工湿地集水区对其水力学性能的影响
・3 0 2 5 ・
co uld be imp roved and t he effect of resistance ratio o n hydraulic efficiency co uld be weakened1 Therefore , t he p rotector pat tern catchment area was bet ter t han t he layer pat tern. Key words : catchment ; subsurface flow co nst ructed wetland ; hydraulic performance ; hydraulic efficiency
第 58 卷 第 12 期 2007 年 12 月
化 工 学 报 Vol1 58 No1 12 Journal of Chemical Indust ry and Engineering ( China) December 2007
图1 潜流人工湿地结构示意
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图 1 β与防冰热载荷 计算流程图
β是指微元表面上的实际水收集率 Wβ与该 微元表面上的最大可能的水收 集率 Wβ, max之 比 , 根据此定义得到公式 [ 1] :
β
= Wβ W β, max
=(V V0
n
) α0
αx ρw
ρw
=(V V0)
式中 , ρw为水的密度 ;V0为远场来流速度 ;V 为当 地速度矢量 ;n 为表面的法线方向矢量 ;αx和 α0分 别为水滴撞击壁面处当地及远场处的水滴容积分
流 , 两者耦合计算得到新的表面温度并作为下一
步迭代计算的已知条件. 迭代计算直到相邻两次
计算的表面温差 ΔT 不超过 0. 1 K. 此时的表面温 度即为相应结冰气象条件下 , 防冰系统工作稳定
后的表面温度 , 且不应低于 0℃, 不应高于蒙皮材
料允许的最高温度.
图 2 表面温度计算方法
3 计算翼型剖面选取及气象条件
基于 CFD的水收集系数及防冰表面温度预测
卜雪琴 林贵平
(北京航空航天大学 航空科学与工程学院 , 北京 100083)
摘 要 :利用计算流体力学 (CFD, Com puta tiona l F lu id Dynam ics)软件 FLUENT, 对二 维机翼在结冰气象条件下飞行时的水收集系数 , 以及防冰系统工作并达到稳定后的防冰表面 温度进行了计算. 水收集系数计算采用 FLUENT 中的欧拉两相流模型以及用户自定义函数. 特 定飞行条件及热气防冰系统结构下的防冰表面平衡温度分布预测采用防冰腔内外热流耦合的 方法. 所得结果和理论分析一致 , 表明了利用 FLUENT 可以有效的进行防冰研究 , 包括水收集 系数及防冰表面温度的预测 , 为今后进一步研究设计热气或电热防冰系统打下基础.
关 键 词 :飞机防冰 ;水收集系数 ;表面温度 中图分类号 :V 244. 1 +5 文献标识码 :A 文 章 编 号 :1001-5965(2007)10-1182-04
P red ictions of co llection e ffic iency and anti-ic ing surface temperature
对于热气防冰系统 , 机翼处装有集气管 , 热气 由管壁上的孔喷入前缘防冰腔 , 并沿腔内通道流 动 , 把热量传给蒙皮 , 使防冰表面温度能保证表面 不结冰. 为预测防冰热载荷 、防冰系统热气流量及 蒙皮表面温度 , 首先需计算水滴撞击特性参数. 本 文利用欧拉法得到局部水收集系数 , 进而计算防 冰腔内 、外部流动及热载荷 , 得到内外平衡后的表 面温度. 算例选取了多个翼型剖面及多个飞行气 象状态进行计算 , 得到了一些有参考价值的分析 结果.
本文对 1, 3, 6, 9m 翼型的 β进行计算和结果 分析. 对 9m 翼型处巡航状态下的防冰表面温度 进行了预测.
表 2 飞机飞行及气象条件
图 3 各翼型剖面
参数
飞行高度 /m 压力 /Pa
空气密度 /( kg m - 3) V0 /(m s -1 ) Ma 攻角 /(°) 环境温度 /℃ 水滴直径 /μm
本文对某机翼截取了多个翼型剖面进行 β及 热载荷计算 , 得到了从机翼翼根到翼尖 β变化情 况. 计算并分析了某翼型剖面在巡航状态 、特定防 冰供气流量和温度下的表面温度. 热气防冰系统 中单孔射流结构的防冰腔具有一定的三维特性 , 由于三维情况的防冰腔 内高质量网格划 分较困 难 , 且三维的内外热流耦合计算有待继续研究 , 因 此本文只进行二维计算.
拉格朗日法采用单相流计算空气流场 , 建立 水滴轨迹运动方程 , 跟踪水滴轨迹 , 得到水滴撞击 点后计算水滴撞击极限及 β. 目前大部分的结 /防 冰计算软件采用拉格朗日法 , 如美国 LEW ICE, 意 大利 C IRAM IL等. 此方法面临的挑战是 , 在计算 复杂物体的 β时需跟踪大量的水滴及确定水滴发 射源的位置.
收稿日期 :2006-11-17 作者简介 :卜雪琴 (1982 - ), 女, 江西萍乡人 , 博士生 , buxueq in@ase. buaa. edu. cn.
第 10期 卜雪琴等 :基于 CFD 的水收集系数及防冰表面温度预测
118 3
1 局部水收集系数计算
局部水收集系数 β 的计算 是防冰计算 的基 础 , 有两种方法 :拉格朗日法和欧拉法.
热模拟采用 CFD 方法. 对于给定防冰腔 , 已知集
气管喷口热气流量 、进气温度 、飞机飞行状态以及
气象条件 , 可得到防冰表面温度 , 并检验此温度是
否满足防冰要求.
表面温度的计算方法 如图 2. 根据飞行气象
条件 , 首先设定初始表面温度计算防冰热载荷 , 根
据热气防冰腔的进气流量以及温度 , 得到内部热
液态水含量 /( g m - 3)
注 :机翼安装角为 3°.
状态 1(起飞 )
0 101 325 1. 225
78. 3 0. 23
0 - 2. 2
20 0. 59
状态 2(爬升 )
2 400 75 749 0. 966 6 125. 8 0. 38
5. 7 - 9. 2
20 0. 44
状态 3(巡航 )
8 - 10 20 0. 42
状态 6(进场 )
1 500 84 689 1. 058 73. 0 0. 22
5. 6 -16. 1
20 0. 29
4 数值计算及结果分析
4. 1 网格划分及边界条件设置 图 4和图 5分别是防冰腔外部流场和内部流
Abstract:Com puta tiona l flu id dynam ics (CFD) so ftw are too lk it FLUENT w as used to predict the drop le t co llec tion efficiency and an ti-icing surface equilibrium temperature on two-dim ensiona l a irfoils w hen the ice pro tection system w as in operation. C ollection efficiencies we re ob tained using the Eu le rian mu ltiphase m ode l, im plem en ted th rough use r-de fined functions in FLUETN. The su rface equ ilibrium tem pe ra ture distribution in respond ing to certain fligh t condition and the hot-air inlet configu ra tion w as predicted by an integ rated airfo il leading-edge in terio r-exterior therm odynam ic ana lysis. Som e examp le s and validation stud ies w ere presented. The num e rical results a re acceptab le and consistence w ith the theo ry analysis. The presented research w ork indica tes a validity of using FLUENT in study ing aircraft anti-icing, inc lud ing prediction o f w ater collection efficiency and tem perature distribu tion on anti-icing surface, w hich are usefu l fo r fu tu re study in design of aircraft hot-a ir anti-icing system.
数 , α0可由给定的远场液态水含量计算得到.
2 防冰热载荷及表面温度计算
2. 1 防冰热载荷计算 防冰热载荷的计算是利用两相流计算结果 ,
通过 FLUENT 的 U se r-de fined function (UDF, 用 户自定义 函数 )进 行二 次开 发 , 将 UDF 挂靠 到 FLUENT 软件中进行后处理计算.
热气防冰系统工作时 , 防冰表面的损失热流 密度有 :对流换热热流密度 qa , 表面上水 蒸发散 走的热流 密度 qe , 加热 收集 水所 需的 热流密 度 qw ;加热热流密度有 :气流对表面的气动加热热流
密度 qv , 水滴动能转变成的热流密度 qw v , 腔内热
气加热热流密度 qn. 因此可得到部件表面的热平
衡方程式 :qgain =qloss, 即
qv +qw v +qn =qa +qe +qw
(2)
而防冰所需的 qn则为
qn =qa +qe +qw - qv - qw v
(3)
各热流计算模型请见参考文献 [ 2].
2. 2 防冰表面温度计算
防冰表面温度在内外部热流作用下最终达到 平衡[ 3] . 内部热 流根据加热形 式不同而不同. 外 部热流即防冰热载荷计算见前述 ;内部流动和换
Key wo rds:aircraft an ti-icing;collection efficiency;surface tem perature