Abstract ：

随着人们环境保护意识的加强，天然工质制冷剂重新受到研究人员的关注。空气是一种安全且对环境绝对友好的天然制冷剂，未来，压缩空气制冷循环有望成为传统蒸气压缩制冷循环的潜在替代品。压缩膨胀机作为压缩空气制冷的核心部件，其工作效率对机组性能有直接影响。为了设计出能够配合膨胀机高效工作的离心压缩机，需要对传统的设计方法进行一些修正。本文将质量、动量、能量守恒与射流尾迹区理论相结合，并将传统的离心压缩机相关参数推广到较低压力的范围中，提出了一种与现有的涡轮膨胀机相匹配的离心压缩机几何参数的设计方法。使用该方法为现有的膨胀机设计了对应的离心压缩机，并利用其他学者分析过的离心压缩机模型对该方法进行验证，利用计算流体力学方法(CFD)对压缩膨胀机变工况下的工作性能及对膨胀功的利用率进行模拟分析。按本方法设计的离心压缩机在设计工况下能够以高于92%的效率利用膨胀机的输出功。在变工况条件下能够以高于88%的效率利用膨胀机的输出功，并且在设计质量流量附近能够顺利运行。

Keyword ：

离心压缩机设计 空气压缩制冷 膨胀功利用率 压缩膨胀机

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传递原理作为化学工程专业的核心课程,涵盖了动量传递、质量传递和热量传递等基本规律在工程过程中的应用.课程具有较高的理论性、实践性和系统性,对学生来说学习难度较大,其中,复杂公式和大量计算使学习这门课程更具挑战性.针对这门课程的特点,将计算流体力学仿真技术(以下简称"CFD")引入传递原理的课堂教学,能够将抽象的理论知识转化为可视化的流体行为图像,通过实时展示流体流动、传热和质量传输过程,帮助学生更直观地理解传递原理及其应用.这种可视化的教学方法可以激发学生的兴趣,提高他们对课程内容的理解和记忆.融合CFD的课堂教学可以提供实际案例和实践经验,有助于培养学生的工程思维和问题解决能力.本文旨在将CFD仿真模拟资源与课堂教学相结合,充分利用CFD可视化技术的优势,提升学生对本课程的学习兴趣,并加深他们对化工传递原理的理解,进一步了解其在实际工程领域的应用.

Keyword ：

化工传递 可视化教学 计算流体力学 模拟仿真

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目的 开发一种Couette型血液时变剪切力模拟装置，为研究流动诱导的血液损伤提供实验平台。方法 血液剪切装置主要由三个部分组成，分别是驱动控制模块、剪切流产生模块和暴露时间控制模块。其中，最核心的部分是剪切流产生模块，其原型为轴流式血泵，经过重新设计后改为轴流式Couette装置(溶血泵)。溶血泵转子和外壳间存在间隙，用以产生流动诱导的剪切力。溶血泵整体采用医用钛合金制作，前后导叶内使用红宝石滑动轴承。通过注射泵的流量控制暴露时间，采用伺服电机结合同步带传动结构驱动溶血泵转子旋转。利用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟软件Fluent对溶血泵内部流场进行模拟。对血液剪切装置的响应速度和稳定性进行实验验证，并做溶血实验。结果 CFD结果表明，在微小间隙内可以产生一个均匀的高剪切力区域，而其他地方的剪切力较低。由于采用伺服电机驱动，装置最高可以产生300 Pa、25 Hz的时变剪切力。设备在相同条件下进行多次实验时，实验结果的变异系数小于10%。通过调整溶血泵转速和血流速度，在暴露时间(1 s和2 s)和剪切力(50、100、150、200、250 Pa)的矩阵下，采用来自不同个体的血液对剪切诱导产生的溶血进行量化，在相同实验条件下个体之间的差异是影响实验结果的关键因素。结论 血液时变剪切力模拟装置能够满足相关实验要求，在实验过程中需要重点关注由于血液自身差异对实验结果的影响。

Keyword ：

暴露时间 血流动力学 剪切力 血液剪切装置 溶血

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结合某实际工程,通过计算流体力学(CFD)软件scSTREAM对某洁净厂房进行数值模拟,运用计算流体力学的方法探讨了设备站脚高度对洁净厂房内的气流组织影响.结果表明:设备站脚为0.15m时有助于保障气流的单向流动性,减少涡流的产生.数值模拟的结果可以为洁净厂房的设计提供可行性的建议,从而针对性的提出优化设计方案.

Keyword ：

设备站脚高度 电子洁净室 气流组织 计算流体力学

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放空火炬是用以处理工厂作业过程中产生的无法回收再加工的可燃气体的特殊燃烧设施。但是因其燃烧区域通常在10～200m高空,受气压、温度、风速等因素影响较大,且火炬气成分复杂、湍流效应显著,难以使用数学方法精确地描述燃烧过程与结果,导致放空火炬燃烧过程建模极为困难。为了解决该问题,本文提出了一种机理与数据混合驱动的石化火炬燃烧状态精确建模方法,该方法首先基于计算流体力学对放空火炬废气燃烧过程进行物理建模及稳态燃烧仿真;其次基于化工流程模拟对火炬系统燃烧进行仿真,并与CFD(Computational Fluid Dynamics,CFD)数据相互对比验证;最后,提出放空火炬GRU(Gated Recurrent Neural Network)燃烧状态数据模型,用以定量预测火炬废气去除效率。结果表明,本文方法可以快速、准确地判断并预测放空火炬燃烧状态,可有效解决现有火炬系统存在的问题。

Keyword ：

放空火炬 数据驱动建模 化工流程模拟 计算流体力学

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一次风含氧量和二次风速度是影响城市固废焚烧(MSWI)过程炉内烟气停留时间和挥发分积累浓度的关键因素.为优化设定上述参数进而为稳定燃烧状况提供理论支撑,采用计算流体力学(CFD)技术对北京某基于炉排炉的MSWI过程的炉内焚烧过程进行模拟.首先,对研究对象进行描述,接着给出了炉内焚烧过程的数学模型、模拟方法及仿真设置;然后,重点对炉膛内气相组分燃烧过程进行了模拟;最后,分析了一次风含氧量和二次风速度对炉内温度场和浓度场的影响.模拟结果表明:炉内CO积累量和最高温度分别随一次风含氧量和二次风速度的增加而降低,炉内温度场和浓度场的分布趋势受二次风速度的影响较小.上述结果为构建接近真实MSWI过程的焚烧机理模型提供了有效支撑.

Keyword ：

城市固废焚烧 数值仿真 一次风含氧量 二次风速度 炉排炉

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跳台滑雪项目赛道核心区气流稳定性对于运动员安全至关重要.为满足跳台气候防护需求,提出了赛道核心区气流防控装置形态模拟设计方法和流程.采用CFD模拟方法,精准控制运动流线上最高侧向风速不超过5 m/s;兼顾装置美学特性,设计不规则曲线形态的气流防控装置,在保障运动员运动安全的同时,提升观众观赛体验.该方法提升了赛道剖面运动流线以下低风速区面积和整体气流稳定性,解决了跳台滑雪核心区风环境干预难的问题.

Keyword ：

跳台滑雪 防风装置设计 冬奥会 计算流体力学模拟 气流防控

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基于城市下垫面对大气污染物传输扩散的影响,选择北京市某处住宅集中区中2个开发年代与空间形态特征不同的街区,采用大气环境质量监测与计算流体力学风环境模拟相结合的研究方法,分析了城市街区尺度上"城市形态-风环境-大气污染"的三元关系与作用机制,为合理规划城市街区空间形态、建设绿色健康城市与和谐宜居社区提供科学依据.研究结果表明,风速是影响街区大气污染物质量浓度的主要因素之一,改善街区内部通风条件有利于大气污染物的迁移扩散.空间形态特征不同的2个街区的内部风环境呈现明显差异,建筑物密集、空间相对封闭的街区内部气流交换能力弱,不易于大气污染物传输扩散.反映街区空间形态特征的建筑密度、围合度、建筑平均体积、建筑平均高度及建筑高度标准差5项城市形态参数与街区内部风速显著相关.其中,建筑密度、围合度与风速呈负相关关系;增大相邻建筑物高度差有利于污染物垂向迁移与高空消散.因此,在城市住区规划中,应综合考虑平面布局、竖向设计与建筑选型等方面对街区通风条件和大气污染物消散的影响,以提升居住街区的环境空气质量.

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大气污染 城市形态 风环境 计算流体力学(computational fluid dynamic CFD) PM2.5 住区规划

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基于降膜流动实验台,结合计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD)研究了波纹板表面液体的平均液膜厚度和有效润湿面积等定量信息,并通过三维模拟进一步分析了喷淋密度和波纹倾斜角度β对降膜流动特性的影响.结果 表明,液体在波纹板表面的流动并非均匀,分为沟流和溪流两种形式;当喷淋密度较小时,液体在波谷内形成沟流,当喷淋密度达到400 m3/(m2·h),液体跨越相邻波纹进行溪流流动;两种形式波纹板整体的润湿性能均较差,且液膜厚度分布不均;波纹倾斜角度对降膜流动特性影响较大,90°时更有利于提高有效润湿面积.

Keyword ：

降膜流动 模拟 平均液膜厚度 计算流体力学 有效润湿面积

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预测新拌混凝土在泵管中的流变性复杂且困难,而计算流体力学(CFD)提供了一种模拟泵送混凝土流变性能的新方法,具有预测结果准确且可视化、减少试验工作量等优点.为此通过采用CFD中的Fluent数值模拟软件模拟了C60新拌混凝土在盘管试验中的流变性,重点分析了具有不同厚度润滑层的混凝土在泵管中流速、压力分布以及泵送压力损失的变化规律,通过与试验结果进行了对比分析,提出了模拟新拌混凝土泵送性的建模方法,结果表明,当润滑层厚度为6 mm左右时,模拟结果与实测结果吻合良好,验证了数值模拟方法的有效性.

Keyword ：

泵送混凝土 润滑层 流变性能 CFD 数值模拟

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