可压稠密气固两相流动过程的模拟计算

基于稠密气体分子运动论和颗粒动理学,建立可压稠密气固两相流动模型。采用梯度模拟来考虑气相可压缩性对气相湍流的影响。模拟计算表明气固两相射流速度沿轴向和径向减小,颗粒浓度下降。气固两相射流具有高的颗粒温度,呈现强烈的气固两相湍流流动特性。     

浓淡燃烧器弯曲圆管内气固两相流动的试验研究

本文运用三维粒了动态分析仪（３Ｄ－ＰＤＡ）对竖直转水平弯管内气固两相流动特性进行了测量，得到了管内气相的速度分布以及颗粒的浓度分布；为进一步改善湾管的浓缩特性，在弯管入口处安装了一三角形滑块，对其管内的颗粒浓度分布也进行了侧量，并记录了弯管两侧的阻力特性。实验结果为人型电站锅炉燃烧器的设计和运行提供了依据。     

气固两相90°弯管流中静电影响颗粒运动的大涡模拟研究

本文采用欧拉–拉格朗日方法对静电平衡情况下的圆形截面90°弯管中的气固两相湍流流动进行了大涡模拟研究,重点研究了弯管中的饱和静电作用和Prandtl第二类二次流对于颗粒输送的影响。结果表明,模拟得到Reb=58k工况下的90°弯管中的载流相流场计算结果与实验结果吻合良好,弯管中平均二次流速度最大可以达到体积速度的55%,并且二次流对于离散颗粒相的输送影响显著。静电作用对于管道中心区域的颗粒影响较小,但对于近壁面区域的颗粒作用影响较大,加强了近壁面区域颗粒运动的湍泳现象。动力学分析结果表明,在远离壁面的大部分管道中心区域内流动对颗粒的拖曳力主导颗粒的运动。而对近壁面区域内的颗粒,静电力与拖曳力大小相当甚至超过拖曳力,静电力主导了近壁面区域内颗粒的运动。     

均匀入口鼓泡流化床的TFM及DEM模拟

分别运用双流体模型（TFM）及离散元模型（DEM）的软球模型，模拟了二维及三维实验尺度的均匀入口鼓泡流化床内的气固两相流动特性，其中TFM模型结合了气相κ-ε湍流模型，而DEM模型则结合气相κ-ε湍流模型或Smagorinsky亚网格涡黏模型（SGS）。通过对比本文模拟结果与他人实验及计算结果发现，TFM与DEM软球模...     

下降管中稠密两相湍流的数值模拟

本文将统一二阶矩两相湍流模型和颗粒动力学理论结合,推导并封闭了稠密两相流考虑颗粒间碰撞的统一二阶矩两相湍流模型。该模型用颗粒动力学理论模拟颗粒之间的碰撞,用各向异性的统一二阶矩模型考虑气相和颗粒相的湍流脉动,并用输运方程描述气固两相湍流之间的相互作用。最后用该模型对下降管中的气粒两相流动进行了模拟,模拟所得的沿径向颗粒浓度分布和速度分布与实验吻合较好,预报结果也反应出了颗粒雷诺应力的各向异性。     

LES-DSMC方法研究超细颗粒气固两相流动过程

采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟(LES)研究气相湍流,采用直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)模拟颗粒间的碰撞。单颗粒运动满足牛顿第二定律,颗粒相和气相相间作用的双向耦合由牛顿第三定律确定,考虑超细颗粒间的van der Waals作用力。数值模拟垂直管内超细颗粒气固两相流动,对颗粒相速度、浓度以及团聚物流动过程进行分析。     

喷动床气固流动特性的三维CFD-DEM数值模拟

开展了柱锥形气固流动特性的CFD-DEM耦合三维数值模拟研究。气相场采用基于欧拉坐标体系的k-ε双方程湍流模型,固相场采用基于拉格朗日坐标体系的DEM直接数值模拟方法,跟踪离散颗粒场的每一个颗粒,考虑颗粒与颗粒(壁面)之间的碰撞力、曳力、重力、Magnus升力、saffman升力。颗粒之间的碰撞采用Hertz-Mindlin无滑移模型计算。模拟对象为柱锥形喷动床,其直径为0.152 m,喷口直径为0.019 m,模拟颗粒数22万,探讨了喷动床中射流随时间的发展,不同气速下床内气固流动结构,以及颗粒速度与颗粒浓度的分布,并与实验数据进行了对比。     

两相平板混合层流动的双向耦合离散涡法数值模拟

提出了一种新的双向耦合离散涡方法,其能方便地将颗粒对流场的作用结合进离散涡模拟中,同时又不破坏离散涡方法固有的优点。采用这种方法对两相平板混合层流动进行了数值模拟。模拟结果表明,在颗粒作用存在的情况下,混合层流动仍能保持良好的自相似性,其动量厚度沿流向仍呈线性发展,说明颗粒不影响大涡结构间配对与合并的随机性。同时,颗粒对混合层流动高速端自由流有阻滞作用,并会使连续相湍流衰减。     

炉内两相流动和煤粉燃烧的双流体-轨道模型

本文首次用双流体一轨道（连续介质－轨道ＣＴ）模型对大尺寸四角喷燃炉内气粒两相流动及煤粉燃烧进行了模拟。该模型基于欧拉气相方程组、欧拉颗粒连续方程和动量方程以及拉氏颗粒能量和质量变化的方程,对各子模型用ｋ－ε－ｋｐ两相湍流模型,ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ湍流燃烧模型,煤粉颗粒的水分蒸发,热解挥发和焦炭燃烧的扩散－动力模型,ＤＯ（离散坐标）辐射模型。采用了将坐标扭转一定角度的方法减小入口射流和网格斜交造成的伪扩散。编制了ＬＥＡＧＡＰ－ＦＵＲＮＡＣＥ－３程序,分别对冷态模型炉内两相流动和大尺寸炉内三维两相流动和煤粉燃烧进行了模拟,并与颗粒轨道（ＳＴ）模型的模拟结果进行了对照。采用ＰＤＰＡ对冷态模型炉内气粒两相流场进行了测量。冷态两相流动的模拟与实验结果的对比表明ＣＴ模型的模拟结果和实验符合较好,ＳＴ模型所得颗粒浓度分布和实验山入较大。热态模拟的结果给出了两相速度,气相温度,组分浓度和壁面热流分布。模拟结果定性合理。模拟结果显示在出口处由于气流旋转,有一局部高温区存在。     

三维气固两相混合层湍流拟序结构的直接数值模拟

本文对三维气固两相混合层湍流拟序结构进行了直接数值模拟。气相流场应用拟谱方法对Ｎ－Ｓ方程组进行直接求解,通过模拟时间模式的混合层流动,分析流场失稳后涡的卷起、配对、合并及撕裂过程,研究三维混合层湍流拟序结构的演变特征;计算颗粒场时,采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方法,针对颗粒不同的Ｓｔｏｋｅｓ数,模拟了颗粒场的瞬态分布,并分析流场三维大涡结构对颗粒分布的影响。     

气固两相各向同性湍流的自适应网格模拟

气固两相湍流是一个复杂的多尺度,多物理场的难题.为了捕捉流场的小尺度涡以及其对颗粒的作用,传统上采用了静态的高分辨率网格,消耗极大的计算资源.本文基于小波算法对网格进行加密或疏化,从而实现网格的自适应.基于自适应网格的框架上,建立颗粒与流场分块的映射,搭建了欧拉-拉格朗日的气固两相流模拟的并行平台.通过对均匀各向同性湍...     

循环流化床气固曳力模型

气固曳力是稠密气固两相流动,尤其是垂直流动中的主要作用力,相应的模型也是数值模拟中准确描述气固两相运动的关键.为了解决现有经验或半经验模型的普适性问题,合理描述流动中经常发生的颗粒团聚现象及其对气固曳力的影响,从理论分析入手,运用最小能量的概念,将传统的CFD方法与宏观的系统分析方法相结合,建立了一个新的计及颗粒团聚效应的气固曳力理论模型.与现有模型相比,新模型不仅具有相同的函数变化关系,可合理地描述气固两相相互作用的物理过程,而且避免了以往经验系数不准确导致的各种误差,为稠密气固两相流动的数值描述提供了重要依据.     

DG方法求解可压缩气固两相流动

给出求解双向耦合可压缩气固两相流的间断有限元方法,对所得到的气固两相流方程组不需要采用分裂的方法离散,对气相、颗粒相方程及其对流部分和源项可以统一处理,两相都采用基于近似Riemann解的数值通量.数值模拟低压含尘激波管内的两相非平衡流动,并与平衡流、冻结流的结果进行比较.分析颗粒相的存在对气体运动的影响,及激波后松弛区域内两相间相互作用规律.发现颗粒质量比决定两相平衡后的最终状态,而颗粒直径决定两相流从非平衡到平衡的过渡过程,即不同尺寸颗粒对应的驰豫时间、松弛距离不同.结果表明：本文提出的计算方法对求解可压缩气固两相流是可行的,为研究复杂的气固两相流动问题奠定了基础.     

Numerical simulation of instantaneous flow structure of swirling and non-swirling coaxial-jet particle-laden turbulence flows

A subgrid scale two-phase second-order-moment (SGS-SOM) model based on the two-fluid continuum approach is presented for the analysis of the instantaneous flow structures of swirling and non-swirling coaxial-jet particle-laden turbulence flows. Since the interaction between the two-phase subgrid scale stresses and the anisotropy of two-phase subgrid scale stresses is fully considered, it is superior to the conventional subgrid scale model on the basis of single gas phase or together with their similar forms for the particle phase for not taken these characters thoroughly into account. The swirling numbers s=0.47 and s=0 of coaxial-jet particle-laden turbulence flows (measured by M. Sommerfeld, H.H. Qiu, Detailed measurements in a swirling particulate two-phase flow by a phase Doppler anemometer, Int. J. Heat Fluid Flow 12 (1991) 20-28) are numerically simulated by large eddy simulation using this model, together with a Reynolds-averaged Navier-Stokes model using the unified second-order-moment two-phase turbulence model (RANS-USM). The instantaneous results show that the multiple recirculating gas flow structure is similar to that of single-phase swirling flows; but the particle flow structure contains less vortices. Both SGS-SOM and RANS-USM predicted that the two-phase time-averaged velocities and the root-mean-square fluctuation velocities are validated and are in good agreement with the experimental results. It is seen that for the two-phase time-averaged velocities both the models give almost the same results, hence the RANS-USM modeling is validated by large eddy simulation. For the two-phase root-mean-square fluctuation velocities the SGS-SOM results are obviously better than the RANS-USM results.     

Analysis of Two-Phase Cavitating Flow with Two-Fluid Model Using Integrated Boltzmann Equations

In the present work, both computational and experimental methods are employed to study the two-phase flow occurring in a model pump sump. The two-fluid model of the two-phase flow has been applied to the simulation of the three-dimensional cavitating flow. The governing equations of the two-phase cavitating flow are derived from the kinetic theory based on the Boltzmann equation. The isotropic RNG$k-\epsilon-k_{ca}$ turbulence model of two-phase flows in the form of cavity number instead of the form of cavity phase volume fraction is developed. The RNG $k-\epsilon-k_{ca}$ turbulence model, that is the RNG$k-\epsilon$ turbulence model for the liquid phase combined with the $k_{ca}$model for the cavity phase, is employed to close the governing turbulent equations of the two-phase flow. The computation of the cavitating flow through a model pump sump has been carried out with this model in three-dimensional spaces. The calculated results have been compared with the data of the PIV experiment. Good qualitative agreement has been achieved which exhibits the reliability of the numerical simulation model.     

鼓泡床内气固两相流的变尺度格子气模拟

基于格子气自动机的建模思想,建立气固两相流的变尺度格子气模型,用微观层次的气固作用规则描述两相流的宏观行为.二维流场空间被离散成两层不同尺度的正六边形网格,固体颗粒和气体粒子分别在各自的网格上运动;在格子气自动机基本规则基础上设计气固相作用规则和附加演化规则;确定模型宏观物理量的统计计算方法,并根据相似原理建立模型物理量与真实物理量之间的转换关系.用建立的模型对鼓泡床内气固流动行为进行模拟,通过比较发现,变尺度格子气模型的模拟结果与文献中的实验结果和双流体模型的模拟结果吻合较好,且平均相对误差更小,表明建模方法的正确性和模型的有效性.     

工业中粉体颗粒的荷电机理及数值模拟方法

工业过程中粉体颗粒不可避免地会相互摩擦碰撞而荷电. 荷电颗粒的存在可能会危害正常的工业生产过程, 也可能对工业过程起促进作用. 因此, 荷电粉体颗粒及其特性受到了广泛的关注, 但目前对粉体颗粒的荷电机理依然缺乏透彻的了解, 尤其是在气固两相流动中的粉体颗粒荷电现象. 事实上, 工业中存在的粉体颗粒的运动都受到流体的影响, 是典型的气固两相流系统, 流体对粉体颗粒的作用使粉体颗粒接触的荷电现象变得更为复杂, 因此从两相流动的观点来研究粉体颗粒荷电的物理本质就显得越来越重要. 本文介绍了工业过程中的几种不同类型的粉体颗粒荷电行为, 回顾了颗粒的荷电机理与描述颗粒荷电的数学模型. 对于工业过程中颗粒的荷电现象及颗粒在多相流体中的动力学行为, 介绍了研究颗粒受流体影响时荷电特性的数值模拟方法. 本文旨在对粉体颗粒的荷电机理、应用以及研究方法进行梳理与探讨, 为正确认识工业过程中粉体颗粒的荷电现象并加以控制利用提供理论借鉴.     

Heat transfer in tubes with periodic draft under supercritical conditions

The temperature mode of a wall was studied experimentally for sub-and supercritical pressures of water in tubes with turbulence stimulators; these data were compared with similar results obtained for a smooth tube. An increase in heat transfer inside a turbulizing tube was revealed for a single-and two-phase water flows. Correlation dependencies for determination of heat transfer coefficient in a single-phase flow inside a tube with turbulence stimulators were obtained.     

应用单相流量计测量油水两相流

为探讨单相流量计用于液液两相流参数测量的可行性和有效性,本文对文丘里管、涡轮流量计和椭圆齿轮流量计用于油水两相流测量的响应特性进行了实验研究.文丘里管和涡轮流量计的实验管径为15 mm,25 mm,40 mm,椭圆齿轮流量计的实验管径为25 mm和40 mm.油水两相流总体积流量范围为1～5 m3/h,油含率范围为15%～85%.实验结果表明,文丘里管在高油含率时测得的油水两相流流量比实际流量偏大4%～5%.涡轮流量计的测量误差随油含率升高呈现增大的趋势,最大测量洪差小于5%.椭圆齿轮流量计用于油水两相流测量时相对测量误差小于1.0%且基本不受油含率影响.