数值模拟

一 中国矿业大学及其消防工程专业 二 地下空间电力火灾研究背景 三 地下空间电力火灾研究技术框架 四 地下空间电力电缆线性火灾数值模拟研究 五 地下综合管廊液氮灭火适用性研究

降低叶片气动载荷对于延长风力机叶片寿命极为重要，尾缘襟翼是降低叶片气动载荷的一种有效手段，然而其在大攻角下对翼型的气动特性控制效果减弱。通过在50%叶片弦长处添加S型翼缝，采用数值模拟方法研究S型翼缝与尾缘襟翼联合调节风力机叶片气动特性的作用。利用剪切应力输运(shear stress transport，SST)湍流模型，计算模拟了S809翼型在雷诺数106下，S型翼缝与尾缘襟翼联合控制对翼型气动特性的影响，并分析了S型翼缝与尾缘襟翼的协同控制机理。结果表明，尾缘襟翼的偏转可显著改变翼缝槽内的气体流量，并有效调节叶片中部的压差，这种联合控制策略可在大攻角下大幅改善翼型的失速现象，从而显著增强尾缘襟翼对升力系数的调控能力。

轴流风机作为直接空冷系统的主要设备，其气动性能对于直接空冷系统的流动换热性能具有重要影响。由于空冷岛的流动换热问题在空间几何上跨越了多个尺度，采用实验方法进行研究较为困难，通常利用数值模拟的手段进行研究。因此，对于现在大多数模拟工作中采用的简化风机集总参数模型(简化模型)的准确性进行讨论分析十分必要。 方法 采用数值模拟的方法，分别建立了包含风机叶片的实体风机模型(实体模型)和简化模型。分别研究了不同温度、风速、风向角条件下采用实体风机和风机模型对于电站冷端系统输运性能的影响规律，通过对比分析获得了各个工况下的空气侧压力场和流场的分布规律，并对采用不同风机模型的电站冷端系统各个空冷凝汽器单位的轴流风机冷却空气压降和流量进行了统计和对比。 结果 实体模型与简化模型的差异主要体现在低流量区，且风速越大，差异越明显。 结论 研究结果可为提高电站冷端系统数值模拟研究的准确性提供参考。

采用计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）数值模拟方法研究了龙卷风作用下特高压输电塔的风荷载特性。通过建立龙卷风风场的CFD数值模型，验证了龙卷风风场结构的合理性。进一步建立特高压输电塔的精细化数值模型，重点分析了风场中不同位置和不同风向角下输电塔各塔段的体型系数。研究结果表明：输电塔上部第1~4塔段在距离龙卷风风场中心1.5D（D为核心半径）处所受风荷载最大，下部第5~9塔段在距离龙卷风风场中心1.0D处所受风荷载最大；输电塔整体在距离龙卷风风场中心1.0D处所受风荷载最大。随着与龙卷风中心距离的增大，输电塔整塔横向风载系数最不利风向角从60°增大至90°，纵向风载体型系数最不利风向角在0°~30°范围内变化。在距离风场中心1.0D和1.5D处，输电塔整塔风载体型系数模拟值要大于规范值。

电池热管理系统（BTMS）是保障储能电池在不同工况下安全高效运行的重要方法。基于相变材料高潜热与热管高导热特性，设计了一种热管耦合相变材料的新型锂离子BTMS，该系统可实现全气候条件下电池保温与散热一体化。采用数值模拟对BTMS的保温与散热性能进行研究。在低温环境下，通过模拟电池放电过程和放电结束后电池温降过程，分析了保温层厚度和初始温度对保温性能的影响；在常温和高温环境下，基于相变材料、热管、双层冷却通道耦合手段提出了相应的散热方案，有效保障了锂离子电池在放电倍率0.5C~2.0C下的安全稳定运行。设计的BTMS可实现不同环境温度下的保温或散热需求，为实现全气候锂离子电池热管理技术提供理论参考。

本文以郑州市**电力隧道的施工为典型，比较分析浅埋暗挖法、顶管法和盾构法施工方案的特点，参照典型施 工标段的土层勘测成果，应用FLAC3D软件对不同工法电力隧道施工进行了数值模拟，设计三种暗挖法施工穿越地层引起 的地表沉降规律，因地制宜，创新提出一种以浅埋暗挖为主、顶管和盾构为辅的综合开挖方案，克服地形复杂位于城市 中心的困难，多点同步施工，科学规划各标段方案，使工序工期比目标工期缩短了1-2个月，为今后电力专用输电隧道设 计规划提供了可借鉴的技术和经验。

探究相变蓄热器不同布置方式对相变过程的影响，进一步分析多管蓄热器的简化方式。 方法 基于焓-孔隙率法建立管壳式石蜡蓄热器蓄释热过程计算模型，研究卧式、立式布置下单管外石蜡的相变过程，并分别对比单管、多管蓄热器顺排及周期性错排等对其蓄释热过程的影响。 结果 卧式单管蓄热时长比立式缩短了18%，但二者释热时长相差不大；与蓄热过程不同，释热过程以热传导为主要传热方式，因此相对缓慢，释热时长相比蓄热时长增加了20%以上。多管蓄热器蓄释热过程所需时长略大于单管蓄热器，但其增加时长均未超过10%，蓄释热速率曲线基本与单管一致。通过进一步研究发现，当多管蓄热器中每根管周围包裹的石蜡体积及包裹方式相同时，不同排布方式不会对蓄释热过程产生较大影响。 结论 相比立式布置，卧式布置可有效提升单管外石蜡的熔化速度，且蓄热过程的强化效果相比释热过程更明显。此外，在分析多管蓄热器蓄释热过程性能时，可采用单管或部分周期性管道进行简化。

本文围绕某 600MW 低氮改造锅炉的燃烧优化控制展开研究。利用三维数值模拟分析了低氮改造炉膛温度场和主要组分场的变化，讨论了这些变化对锅炉运行优化的影响。通过动态扰动试验研究了各层辅助风门开度对飞灰含碳量、减温水量及 NOx 的影响。在此基础上利用在线支持向量机对锅炉燃烧的动态过程进行建模，并结合免疫遗传算法寻优得到实时工况最优风煤配比，兼顾锅炉效率和 NOx排放。在仿真机上进行了验证，表明模型具有较好的实时性和精度。最后，利用模糊控制建模原理构建了锅炉燃烧优化控制的专家系统，并将此控制系统成功应用于定州电厂 2#炉。主要内容包括以下几个方面。 数值模拟结果表明，低氮燃烧器改造后的炉膛高温区延伸到还原区，但燃烧仍主要在主燃区进行。主燃区以上，截面平均温度逐渐下降。CO 含量在主燃区、燃尽区均较高，水冷壁区域存在高温腐蚀的风险，运行中应加以监控。SOFA 水平摆角对 NOx 的生成影响较小，降低 NOx 浓度应主要依靠空气分级作用。NO 在主燃区先增加后减小，在还原区达到最小值，在燃尽区和炉膛出口又逐渐上升。 动态试验研究发现，中低负荷运行时，应减小燃尽风顶部风量，火焰中心下移，再热汽温可以通过主燃区和燃尽区的上、下摆动进行调节。由于低氮改造后主燃区被压缩，应增加托底风量降低炉渣可燃物含量。为了降低炉内 CO 含量，可适当增加 AB 层和 CD 层的风量到 40%以上。 利用在线支持向量机建立锅炉燃烧系统的动态数学模型，并利用免疫遗传算法求解出最佳操作量。模型预测输出的 NOx 浓度及锅炉效率变化趋势和现场数据吻合的较好，NOx 排放量预测偏差标准差 1.488mg m3 ，锅炉效率值预测偏差标准差 0.0189%。影响模型计算速度和精度的主要因素是模型设定的最大容许误差，应在全局最优的基础上合理设定。 基于模糊调整的反平衡软测量模型根据实时监测的烟气含氧量和烟气温度进行模糊调整，更加接近实际的飞灰含碳量和炉渣含碳量。模糊专家控制系统预测结果精度与论域和隶属度函数的选择有较大关系。论域的选择应该覆盖各操作量和目标函数的实际范围。要保证由前提变量构成的每个模糊子空间都能被遍历，结论变量在模糊子空间选用的最佳模糊集由规则的最大支持度决定。

储能电池包的热管理设计是保证储能系统安全运行的重要因素。基于STAR-CCM+平台对不同冷却方式的储能电池包进行结构优化。对比分析了传统间接式液冷、浸没式冷却以及优化后浸没式模型的散热性能，为浸没式储能电池包的设计和开发提供了重要参考。通过仿真与实验对比，验证了所提模型的准确性，所提方法可为储能锂离子电池包热管理设计提供指导。