科學(xué)計(jì)算-岑可法院士ppt

能源動(dòng)力學(xué)科中大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算問(wèn)題岑可法浙江大學(xué)熱能工程研究所世界能源消費(fèi)增長(zhǎng)年代 總消費(fèi)量 人口人均消費(fèi)總量增長(zhǎng)人均增長(zhǎng)(億噸標(biāo)煤/年)(億)(噸/人)(倍數(shù)) (倍數(shù)) 1900 7.75 15.710.49 11 1925 15.6519.550.80 2.02 1.611950 26.6424.861.08 3.44 2.191975 85.7040.452.16 11.06 4.342000 157.550 3.1520.3 6.39TheProvedResourcesandServiceLifeFossil

Coal(Gt) Oil(Gt)Gas(Tm3)ProvedResources(China) 114.5 3.30.17 ProvedResources(World) 1043.86 137.314.1 ServiceWorld328 45 56 LifeChina587~85023.3 57.4典型的研究問(wèn)題大型電站煤粉鍋爐內(nèi)氣固多相流動(dòng)、燃燒、傳熱傳質(zhì)復(fù)雜問(wèn)題的研究爐內(nèi)受熱面、尾部煙道內(nèi)管束受含灰氣流沖擊磨損問(wèn)題的研究氣固分離裝置中氣固多相流動(dòng)問(wèn)題的研究流化床燃燒中氣固多相流動(dòng)、燃燒、傳熱傳質(zhì)復(fù)雜問(wèn)題的研究EnergyConstructionofChina

中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)

Year1990199520002015Coal煤76.276.171.362.6Oil油16.617.124.026.9RatiointotalNaturalgasconsumption天然氣2.102.002.747.06(%)Hydro-electricity一次能源水電5.104.802.012.63消耗比例Nuclearenergy核能 / /0.210.79GLOBALEMISSIONS706050403020107654321SOxCO2NOxSOx(MtS)CO2(GtC)NOx(MtN)

1860190019502000Year爐內(nèi)氣流結(jié)構(gòu)示意圖19.6m16.4m58m大型電站鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖大型電站鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸非常龐大，以600MW機(jī)組的鍋爐為例，爐膛截面尺寸為19.616.4m2,

爐膛高度為58m.……

一.計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化數(shù)值試驗(yàn)CAT(ComputerAidedTesting)的實(shí)質(zhì):將數(shù)值計(jì)算方法、多相流學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)、燃燒學(xué)及工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行相結(jié)合對(duì)具體工程實(shí)際問(wèn)題，建立合適的物理模型、數(shù)學(xué)模型運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論和計(jì)算設(shè)計(jì)與分析方法，進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得出對(duì)工程應(yīng)用有指導(dǎo)意義的結(jié)論。爐內(nèi)流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算特點(diǎn)之一為提高計(jì)算的精確度，必須采用較密的網(wǎng)格，從而使網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)成倍的增加。如左圖高長(zhǎng)寬三個(gè)方向上的網(wǎng)格為1204840，總網(wǎng)格數(shù)達(dá)到23萬(wàn)之多。湍流問(wèn)題湍流方程的封閉問(wèn)題工程中大多數(shù)情況都是屬于湍流問(wèn)題需要對(duì)層流的N－S方程進(jìn)行雷諾分解分解之后的出現(xiàn)至少十個(gè)未知的變量（對(duì)于三維問(wèn)題），造成了不封閉的困難，這一困難也稱(chēng)之為封閉問(wèn)題這十個(gè)變量是

而方程數(shù)并沒(méi)有增加，這就引出封閉問(wèn)題湍流模式綜述紊流的數(shù)值模擬Euler描述法Lagrange描述法時(shí)均參數(shù)法大渦模擬和完全模擬紊流粘性系數(shù)法(BVM)應(yīng)力/通量微分方程法(MRS)應(yīng)力/通量代數(shù)方程法(ARS)單流體模型雙流體模型平均速度場(chǎng)模型(零方程模型MVF)平均紊流動(dòng)能模型平均紊流場(chǎng)模型常t模型混合長(zhǎng)度一方程模型二方程模型粘性支層中加密網(wǎng)格壁面函數(shù)法K-模型K-W模型K-KL模型K-f模型高R數(shù)模型低R數(shù)模型浮升力影響曲率影響…...自由射流貼壁射流壁面函數(shù)一層模型二層模型三層模型最通常和最簡(jiǎn)單的處理封閉問(wèn)題的方法是1877年Boussinesg提出的,得出分子粘度和平均變形率為工程中應(yīng)用最為廣泛的當(dāng)屬二方程模式的k-模型．優(yōu)點(diǎn)是：應(yīng)用范圍廣,簡(jiǎn)單．其缺點(diǎn)是：對(duì)于有突變的及強(qiáng)旋的流動(dòng)有較大的偏差雙方程k-湍流模型k-模型修正：非線性k-模型，低雷諾數(shù)k-模型等CAT模型中為了更有效地解決如四角切圓鍋爐這樣的旋流對(duì)象，引入Ｒichardson修正和新近發(fā)展起來(lái)的系數(shù)通過(guò)重正化群理論推導(dǎo)來(lái)的RNGk-模型直接數(shù)值模擬

（DirectNumericalSimulation,DNS）是近代湍流研究中用計(jì)算機(jī)直接求解N-S方程的一種方法。于70年代初開(kāi)始提出，由于經(jīng)驗(yàn)性半經(jīng)驗(yàn)性的湍流模式理論對(duì)于非定常湍流、復(fù)雜幾何湍流的預(yù)測(cè)很不準(zhǔn)確的。DNS作為湍流研究的手段得到廣泛的重視。隨著計(jì)算機(jī)的不斷改進(jìn),DNS方法發(fā)展很快，愈來(lái)愈得到關(guān)注。大渦模擬

（LargeEddySimulation,LES)是湍流運(yùn)動(dòng)的高級(jí)數(shù)值模擬。在直接求解N-S方程方法的計(jì)算量及占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存十分可觀，用于高Renolds數(shù)或復(fù)雜湍流的數(shù)值模擬還有相當(dāng)難度的情況下，大渦模擬應(yīng)運(yùn)而生。重力其他力阻力固體顆粒相的運(yùn)動(dòng)方程

顆粒受的其他力包括：

Magnus升力，Saffman升力，虛假質(zhì)量力，

Basset力，湍流脈動(dòng)力，熱泳力,及熱態(tài)燃燒時(shí)揮發(fā)份的噴射力等。固體顆粒在氣流中湍流擴(kuò)散對(duì)顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡影響很大，其?；瘑?wèn)題是研究的熱點(diǎn)。脈動(dòng)頻譜隨機(jī)顆粒軌道模型(Fluctuation-Spectrum-Random-TrajectoryModel簡(jiǎn)稱(chēng)FRST模型)，是我們1988年提出的模型。模型特點(diǎn)：考慮了湍流氣流的脈動(dòng)頻譜和強(qiáng)度對(duì)顆粒群運(yùn)動(dòng)的影響，也能反映出不同顆粒尺寸的顆粒組成對(duì)湍流擴(kuò)散的影響。固體顆粒在氣流中的湍流擴(kuò)散煤粉顆粒的燃燒示意圖灰分Daf煤水分炭揮發(fā)速率蒸發(fā)速率炭非均相反應(yīng)速率揮發(fā)份析出時(shí)放出的氣體物質(zhì)容積氣體容積氣體煤粉顆粒的成份：揮發(fā)份,炭,水分,灰分。湍流預(yù)混火焰模型EBU模型（Eddy-Break-Up)漩渦破碎模型湍流燃燒區(qū)充滿了已燃?xì)夂臀慈細(xì)鈭F(tuán)化學(xué)反應(yīng)在界面發(fā)生平均化學(xué)反應(yīng)速率決定于未燃?xì)鈭F(tuán)在湍流作用下破碎成更小氣團(tuán)的速率。熱力氮NOX模型熱力氮由Zeldovich機(jī)理來(lái)描述其生成速率與燃料劑中氧氣與氮?dú)獾臐舛认嚓P(guān)鍋爐受熱面管束磨損和防磨的數(shù)值試驗(yàn)研究壁面粗糙度對(duì)顆粒碰撞的影響壁面粗糙度物理模型HrLrrmaxDp(a)Dp<LrHrLrrmaxDp(b)Dp>Lr單翅管計(jì)算截面

單翅管顆粒軌跡圖雙翅管計(jì)算截面

雙翅管顆粒軌跡圖鰭片管分離器截面FinnedTubesuS1yxS2B1鰭片管束分離器流場(chǎng)矢量圖等值線圖ParticlesTrajectoriesAlongFinnedTube1.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2-1.5-1-0.500.51－Dp=15my/dx/d1.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2-1.5-1-0.500.51－Dp=80my/dx/d1.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2-1.5-1-0.500.51－Dp=150my/dx/d1.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2-1.5-1-0.500.51－Dp=260my/dx/d(a)(d)(b)(c)PerformanceofDifferentSeparators*U-shape(1)*Louver(2)*SwirlingS-shapeChannel*U-beam*Finned*Square*SquareCyclone*Uniflow*Two-stageplatetubestubes(3)separatoruniflowcycloneseparatorSeparationefficiency50~7055~7060~9980~9080-9090-9494-9597~9996~9998-10097~99>99(%)PressurelossP10~5015~3010~4020~4010-3020-3010-2580-12040~90150-20080~12090-150(mmH2O)Particlediameter0.2860.177

0.05-0.3/0.2-0.30.260.260.1-0.260.160.1-0.30.1-0.260.26dp(mm)Circulationforbubbling1~21~22~33~46~205~20>106~20>20ratekfluidizedbeds(BFB)TypesofSeparators*HavebeenstudiedbyZhejiangUniversity

正反切圓布置爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性二次風(fēng)反切系統(tǒng)原設(shè)計(jì)二次風(fēng)反切25度中一次風(fēng)截面中二次風(fēng)截面三維顆粒軌跡圖dp=20mdp=50mdp=90m三基色混色圖紅+綠=黃綠+藍(lán)=青藍(lán)+紅=紫紅+青=白綠+紫=白藍(lán)+黃=白紅+綠+藍(lán)=白代數(shù)迭代法（ART）重建三維火焰溫度場(chǎng)ART重建算例火焰斷面重建的CCD布置嘉興300MW電廠外景圖嘉興電廠火焰圖象獲取系統(tǒng)采用電廠儀用風(fēng)作為風(fēng)源雙層冷卻結(jié)構(gòu)，保證冷卻可靠性從BC層燃燒器觀火孔中伸入，中間采用金屬軟管連接，可以跟隨燃燒器擺動(dòng)BC層斷面溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果（1）非線性理論

在能源工業(yè)中的應(yīng)用逾滲理論分形理論混沌理論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)小波分析逾滲理論及其在潔凈煤領(lǐng)域的應(yīng)用逾滲是指流體在多孔介質(zhì)中通過(guò)并穿透整個(gè)介質(zhì)到達(dá)介質(zhì)外表面任一位置的現(xiàn)象，同時(shí)它又是指流體從不能穿透整個(gè)多孔介質(zhì)到能夠穿透整個(gè)介質(zhì)所完成的一次狀態(tài)突變。逾滲理論主要研究的是多孔介質(zhì)孔隙足夠小時(shí)介質(zhì)與流體間的相互作用。逾滲理論在燃燒脫硫中的應(yīng)用顆粒/孔隙結(jié)構(gòu)模型(基于逾滲的脫硫模型)溫度對(duì)脫硫效率的影響(基于逾滲的脫硫模型)

Ca/S比對(duì)脫硫效率的影響分形理論及其在潔凈煤領(lǐng)域的應(yīng)用研究對(duì)象非線性系統(tǒng)產(chǎn)生的不光滑和不可微的幾何形體。典型性質(zhì)具有無(wú)限精細(xì)的結(jié)構(gòu);比例自相似性;一般分形維數(shù)大于拓?fù)渚S數(shù);可以由非常簡(jiǎn)單的方法定義并由迭代產(chǎn)生。分形理論在CFB高溫脫硫中的應(yīng)用

放大倍數(shù)為1000放大倍數(shù)為7500煅燒石灰石多孔結(jié)構(gòu)的電鏡照片用類(lèi)似于Menger海綿的構(gòu)造方法模擬煅燒石灰石大孔少小孔多、大小孔交錯(cuò)連通的結(jié)構(gòu)

Menger海綿大的分形維數(shù)表示小孔份額多，大孔份額少。小孔過(guò)多易堵塞,大孔過(guò)多反應(yīng)面積小,均不利于脫硫。

不同分形維數(shù)的CaO固硫反應(yīng)混沌理論及其在潔凈煤領(lǐng)域的應(yīng)用混沌的四個(gè)主要特征：敏感初始條件、伸長(zhǎng)與折疊、具有豐富的層次和自相似的結(jié)構(gòu)、非線性耗散系統(tǒng)中存在混沌吸引子?；煦绲谋举|(zhì)為確定性系統(tǒng)中的內(nèi)在隨機(jī)性。