基于凝结旋流运动映射的超音速分离器多维性能优化研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51876143
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0605.多相流热物理学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Supersonic separator with many excellent characteristics, such as simple and reliable structure, and no adding solvent, is a novel condensing separation equipment for multicomponent gas mixtures and is beneficial for economy and environmental protection. Aiming at the characteristics of the vapor condensation and droplet motion in strong swirling flows of supersonic separator, the flow visualization method based on sensor-CFD data fusion procedure will be proposed. In spatial and temporal scales, the swirling flow motion mapping of condensation droplets and multidimensional correlation model for separation performance can be established. Finally, the multi-objective optimization of the separator performance in feasible region will be accomplished based on experimental data of moist air and natural gas. The highlights are as follows: firstly, based on the characteristics of ‘cryogenic condensation’ and ‘cyclonic separation’ processes of supersonic separator, a data fusion algorithm combining with experiments data of different types of sensors, such as Phase Doppler Particle Analyzer and Laser Particle Analyzer, and CFD results will be developed for completely reconstructing the two-phase flow field. The behaviors of the nucleation, growth, slip, collision and coalescence of the droplets can be extracted, and then the swirling flow motion mapping of condensation droplets will be built. Secondly, combining with the priority ranking and regression methods, the correlation model among structure, fluid and performance will be established. Subsequently, a constrained multi-variable multi-separator optimization method based on Monte Carlo method will be proposed.
超音速分离器是一种新型多组分气体冷凝分离设备,具有简单可靠、结构紧凑、无需添加溶剂等特点,可实现节约成本和保护环境的双重效益。本申请针对超音速分离器强旋流场液滴凝结与运动特征,提出融合多源异构传感器与CFD信息的流场显示方法,在空间和时间尺度上建立凝结旋流运动映射及性能多维度关联模型,并依据湿空气和天然气实流测试数据,实现分离器可行工作域约束下性能多目标优化。其创新在于:(1)依据分离器“低温凝结”和“旋流分离”特征,构建基于相位多普勒分析仪和激光粒度仪的多源异构传感器以及CFD两相凝结双流体模型,并提出异类信息融合算法,形成完整流场显示方法,再提取液滴成核、生长、滑移、碰撞与聚并等过程特征,建立凝结旋流运动映射;(2)以优先级排序法、回归模型法等为基础,建立结构-流体-性能交互关联函数模型,进而提出基于蒙特卡洛法的多变量、多目标和多约束条件的分离器优化方法。

结项摘要

本项目以超音速分离器为研究对象,为解决气液两相旋流场内“低温凝结”和“旋流分离”复杂耦合问题,实现凝结和分离性能优化目标,以数学建模、数值仿真和实验测量三者相结合为手段,对超音速流场内液滴成核、生长、滑移、碰撞与聚并等动力学行为展开了深入研究,揭示了气液两相凝结旋流运动映射机理,并提出了掺混式非均质凝结强化下的性能优化策略。首先,构建了融合多源异构传感器与CFD信息的气液两相流场显示方法,开发了均质/非均质凝结超音速旋流分离与雾化混合实验平台及液滴和液膜测量系统,并分别从欧拉法和拉格朗日法两个角度建立了考虑熵输运方程和示踪剂扩散方程的超音速均质/非均质凝结多分散性液滴CFD模型,实现了超音速分离器内气液两相流与热质传输过程可视化。其次,研究了凝结液滴热力学与动力学特性,获得了凝结Wilson点位置规律、超音速分离器喷雾混合液滴SMD特征和不同粒径与浓度非均质液滴动力学行为,同时基于QMOM方法预测了超音速凝结液滴多分散特性,基于熵输运方程评估了四类熵产和㶲损失分布,并基于液滴与液膜耦合CFD模型,分析了气相、凝结液滴和液膜之间的耦合行为。最后,基于均质/非均质凝结和蒸发双流体模型,研究了不同分离器结构中的性能优化策略,获得了增强分离性能的外加核心最优半径规律,并利用示踪剂扩散方程观测了超音速分离器内液滴掺混传热传质特性,提出了基于掺混式非均质凝结强化的超音速分离器性能优化策略。

项目成果

期刊论文数量(33)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(11)
专利数量(12)
Entropy generation and exergy destruction in condensing steam flow through turbine blade with surface roughness
表面粗糙度涡轮叶片冷凝蒸汽流的熵产生与火用破坏
  • DOI:
    10.1016/j.enconman.2019.06.066
  • 发表时间:
    2019-09-15
  • 期刊:
    ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Ding, Hongbing;Li, Yiming;Wang, Chao
  • 通讯作者:
    Wang, Chao
Online measurement of gas and liquid flow rates in wet gas by using vortex flowmeter coupled with conductance ring sensor
涡街流量计结合电导环传感器在线测量湿气体中的气体和液体流量
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Sun Hongjun;Yang Tianyu;Ding Hongbing;Li Jinxia;Zhang Wenqiang
  • 通讯作者:
    Zhang Wenqiang
Effect of area ratio of the primary nozzle on steam ejector performance considering nonequilibrium condensations
考虑非平衡凝结主喷嘴面积比对蒸汽喷射器性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2021.121483
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Energy
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Yang Yan;Karvounis Nikolas;Walther Jens Honore;Ding Hongbing;Wen Chuang
  • 通讯作者:
    Wen Chuang
Wet steam flow and condensation loss in turbine blade cascades
涡轮叶栅中的湿蒸汽流动和冷凝损失
  • DOI:
    10.1016/j.applthermaleng.2021.116748
  • 发表时间:
    2021-02-27
  • 期刊:
    APPLIED THERMAL ENGINEERING
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Wen, Chuang;Yang, Yan;Yan, Yuying
  • 通讯作者:
    Yan, Yuying
Steam ejector performance considering phase transition for multi-effect distillation with thermal vapour compression (MED-TVC) desalination system
考虑相变的蒸汽喷射器性能用于热蒸汽压缩多效蒸馏(MED-TVC)海水淡化系统
  • DOI:
    10.1016/j.apenergy.2020.115831
  • 发表时间:
    2020-12-01
  • 期刊:
    APPLIED ENERGY
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Wen, Chuang;Gong, Liang;Yang, Yan
  • 通讯作者:
    Yang, Yan

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其他文献

基于液滴参数检测的涡街湿气过读预测模型
  • DOI:
    10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0364
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    北京航空航天大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李金霞;丁红兵;王超;孙宏军
  • 通讯作者:
    孙宏军
音速喷嘴内水蒸气自发凝结流动自激振荡和分歧现象
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    天津大学学报(自然科学与工程技术版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王超;王刚;丁红兵
  • 通讯作者:
    丁红兵
正压法音速喷嘴标准装置气源系统设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    仪器仪表学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王超;丁红兵;刘琴
  • 通讯作者:
    刘琴
湿空气超音速凝结实验平台设计
  • DOI:
    10.19650/j.cnki.cjsi.j1803185
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    仪器仪表学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王超;张哲晓;丁红兵;李金霞
  • 通讯作者:
    李金霞
基于音速喷嘴固体内部温度分布的“热效应”分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    天津大学学报(自然科学与工程技术版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王超;王孝通;丁红兵
  • 通讯作者:
    丁红兵

其他文献

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丁红兵的其他基金

超音速分离器凝结两相三场耦合机理及其液滴尺寸调控
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
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    55 万元
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    面上项目
基于边界层流动特性的音速喷嘴测量机理研究
  • 批准号:
    51506148
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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