关于多相流

一、引言各种不同物态的物质(或同为液态的不同物质)混合时,如果它们之间存在着界面,则它们分别称为混合介质的相。由二相或二相以上(至少有一相是流体)的物质所组成的流动系统通常称为多相流动系统。      

多相爆轰与生产安全

多相爆轰或称非均相爆轰一般是指燃料液滴或固体粉尘分散在气态氧化剂中所形成的可燃混合物的爆轰。气-液或气-固可燃系统的爆轰称为双相爆轰,同时含有燃料液滴、固体粉尘与气态氧化剂的可燃系统的爆轰称为三相爆轰,通称为多相爆轰。与凝聚炸药的爆轰相比,多相爆轰具有以下特点: 1.与凝聚炸药的集中爆炸相反,多相系统是分布 ...     

爆轰理论与实践

爆轰是一个带有化学反应的冲击波传播过程.能够传播爆轰过程的系统可以是气相、液相、固相或者气-液、气-固和液-固等混合相.人们通常把液、固相的爆轰系统称为炸药.炸药的爆轰当然是十分重要的,但是,气相及混合相的爆轰也是很重要的.例如天然气与空气的混合物,金属 ...     

离散型湍流多相流动的研究进展和需求

离散型多相流动,指气体-颗粒(气-固)、液体-颗粒(液-固)、液体-气泡、气体-液雾以及气泡-液体-颗粒等两相或三相流动.这种类型的多相流动广泛存在于能源, 航天和航空, 化工和冶金,交通运输, 水利, 核能等领域.本文阐述了离散型多相流动的国内外基础研究,包括颗粒/液滴/气泡在流场中受流体动力作用力的研究, 颗粒-颗粒,液滴-液滴,气泡-气泡之间以及颗粒/液滴和壁面之间碰撞和聚集规律的研究,颗粒-气体和气泡-液体湍流相互作用的研究, 和数值模拟的研究,包括多相流动的雷诺平均模拟、大涡模拟和直接数值模拟的研究进展.最后, 归纳了目前尚待研究的需求.      

气液二相流研究概述

气液二相流研究液体和气体(或蒸气)两相介质共存条件下的流动特性。二相体系可以是液体中含有气体或(蒸气)泡或者气体,(或蒸气)中含有液体微滴,也可能因其中气泡或液滴的聚并,两相间形成更复杂的分布状态。气液二相流是自然界、日常生活中常见的现象,在许      

旋转直管内气固或液固两相流动浓度分布

本文针对旋转直管内气固或液固两相流动，建立了经过适当简经处理的颗粒无量纲运动方程，得到了稳定状态下直管内颗粒的浓度分布公式，从而为气固两相流风机或液固两相流泵的颗粒浓度分布研究打下了基础。     

不同重力下90°弯管内气液两相流流型及流动特性研究

研究了不同重力条件下90°弯管内气液两相流流型分布形态及流动特性. 通过建立90°弯管内气液两相流流动的三维数学物理模型,采用VOF 方法,对10-6g₀, 10-4g₀, 10-2g₀, 1g₀ (g₀= 9.8m/s2) 重力下的90°弯管内气液两相流流型分布特征、截面空隙率、滑速比及气相尾部最大斜向角进行了比较分析. 研究结果表明:所建立的模型能够正确模拟不同重力条件下90°弯管内气液两相流流型和截面空隙率,并得到气液两相弯管二次流与单相二次流的不同特性. 随着重力水平的提高,90°弯管对气相流型的影响作用减弱,气相整体向弯管内侧积聚靠拢,弯管对尾部的斜向作用减弱.      

水平管气液两相间歇流含气率研究

对大直径水平管内气液二相流动进行了实验，实验结果表明大直径水平管与小直径水平管具有不同的气液二相流动特征。分析和提出了适用于大直径水平管内间歇流液弹含气率模型，其计算值与实验值非常接近。     

中国力学学会第五届全国多相流,非牛顿流,物理化学流学术会议简介

中国力学学会第五届全国多相流,非牛顿流,物理化学流学术会议于２０００年１０月３１日到１１月１日在武汉华中科技大学召开．本次会议是过去１９７９年在成都召开的第一届会议,１９８２年在北京召开的第二届会议,１９９０年在杭州召开的第三届会议,１９９３年召开的第四届会议,以及１９９７年在北京召开的第一届国际会议的继续．参加本届会议的代表来自国内力学,工程热物理和热能,化工,冶金,石油,水利等行业共４０人左右,发表论文３１篇,其中气固和液固流动８篇：气液和液液流动９篇,非牛顿流７篇,渗流７篇． 在气固和液固…     

辐流式沉淀池进口挡板影响的液固两相流数值模拟

采用RNG k-ε两方程紊流模型以及简化的多相流Mixture(混合)模型对进口处不同长度的两种垂直挡板的辐流式二次沉淀池内的液固两相流进行了三维数值模拟,得到了沉淀池内的流场分布、污泥浓度分布、速度分布。速度与压力耦合方程组求解时使用半隐式SIMPLE(SemiImplicit Method for Pressure-Linked Equations)算法。通过对这两种不同挡板池内的水流流场、浓度场、速度场的模拟分析,结果发现:长挡板形式下的辐流式沉淀池内水流流场更有利于污泥快速沉淀,即有利于固液分离,使得出口水质明显提升;同时也说明合理改变沉淀池的结构体形与尺寸,可以改善沉淀池内的流场流态,提高沉淀效果和运行效率。     

多相流体动力学的应用与发展

多相流体动力学是一门研究多相系统流动规律的新兴力学分支。虽然两相流动原理的应用一直可追溯到公元前Archimedes的蒸汽炮,但是它作为一门新兴学科,主要是在近三十年内发展建立起来的。目前,一些先进工业国对多相流动的研究已进入深入(微观、瞬态)、全面(课题多样化)的阶段。有关多相流研究的各种文献已近万篇,仅两相流测试方面的各种报告就达数千篇,有 ...     

微重力气液两相流动与池沸腾传热

综述了近年来中国科学院微重力重点实验室(国家微重力实验室)完成的一系列微重力气液两相流动与池沸腾传热方面的地基实验、飞行实验和理论研究等方面获得的主要成果.在微重力气液两相流动方面,提出了半理论Weber数模型用于预测微重力条件下气液两相弹-环状流转换,并采用Monte Carlo方法,针对气泡初始尺寸对泡-弹状流转换的影响进行数值研究.通过俄罗斯"和平号"空间站与IL-76失重飞机实验,获得了微重力下的气液两相流型图,与此同时在地面利用小尺度毛细管模型模拟了微重力气液两相流动特征.实验测量了微重力气液两相流压降,并基于微重力流动特性建立了一个泡状流压降关联模型.在微重力池沸腾传热方面,利用我国返回式卫星完成了两次空间实验,其中,第22颗返回式卫星搭载铂丝表面R113池沸腾实验采用控制温度的稳态加热方式,而实践8号育种卫星搭载平面FC-72池沸腾实验则采用控制加热电压的准稳态加热方式.同时,还进行了地面常重力和落塔短时微重力条件下的对比实验研究.观察到丝状加热表面微重力时轻微的传热强化现象,而平板加热表面微重力核态池沸腾低热流时传热强化、高热流时传热恶化.微重力实验中观察到气泡脱落前存在横向运动现象,据此分析了气泡行为与传热之间关系,并提出了一个预测丝状加热表面气泡脱落直径的半理论模型.旨在对相关领域的进一步发展和空间两相流系统的应用提供数据及理论支持.     

七方程可压缩多相流模型的HLLC格式及应用

针对Saurel和Abgrall提出的两速度两压力的七方程可压缩多相流模型,改进了其数值解法并应用于模拟可压缩多介质流动问题.在Saurel等的算子分裂法基础上,根据Abgrall的多相流系统应满足速度和压力的均匀性不随时间改变的思想,推导了与HLLC格式一致的非守恒项离散格式以及体积分数发展方程的迎风格式.进一步,通过改变分裂步顺序,构造了稳健的结合算子分裂的三阶TVD龙格-库塔方法.最后通过几个一维和二维高密度比高压力比气液两相流算例,显示了该方法在计算精度和稳健性上的改进效果.      

垂直上升气液环状流流动参数的数值计算

提出了一个新的气核-液膜耦合模型来求解垂直上升气液环状流在充分发展段的流动参数.本模型考虑了液膜、气核以及它们之间的相互影响和作用.模型中基本的气核区域和液膜区域的质量和动量方程由Fluent6.3.26进行求解,而液滴方程以及相界面上的夹带和沉积作用通过用户自定义接口函数UDF(User Defined Functi...     

准直管磨料射流中各相介质在管内的流动机理与实验研究

介绍了准直管磨料射流的工作原理和特点,准直管磨料射流在准直管内的流动属于气（汽）、液、固多相混合介质的瞬变流动,分析了磨料在多相流体介质中的受力,推导了多相流体介质在准直管内有阻运动时的磨料运动方程式,提出了各种损失的经验计算方法,研究表明,气（汽）、液流体介质和磨料介质在准直管中的速度和密度是逐渐变化的,在０．４～３ｍ管长范围内磨料速度基本保持不变,短管时采用细磨粒,长管时长采用粗磨粒。     

沙粒粒径在水平水流中对湍流调制及减阻效应的影响作用

运用基于欧拉-欧拉方法的混合欧拉多相流模型结合雷诺应力湍流模型,对较大雷诺数下的水平固液两相湍流进行了数值计算,主要考察了以Kolmogorov尺度(约为2v/ur)为临界值的细小沙粒颗粒在5％的固相体积分数下对湍流场的调制及其减阻效应.研究发现,无量纲颗粒直径dp+≤2的小颗粒减小了固液两相湍流的雷诺应力,并且三个方向上的速度脉动也被不同程度地削弱;而dp+=4的大颗粒使缓冲层区域的雷诺应力稍增大,在增强法向速度脉动的同时对流向脉动有抑制作用,并且值得关注的是,较大颗粒的存在导致缓冲层中的部分区域出现了流变现象.在减阻方面,较小的颗粒(dp+≤2)有大致相同的减阻表现,而大颗粒(dp+=4)已经失去了减阻性能,总体上看,在所研究的情形下微颗粒的减阻性能随着其粒径的增大而降低.     

垂直向下管内两相流泡状-弹状流型转换研究

建立实验系统,在维持管道出口压力为0.2MPa的条件下,对内径分别为15mm、25mm、40mm、65mm的垂直向下管内空气-水气液两相流动进行了实验研究,获得了两相流泡状-弹状流型分布。实验研究发现:管径对于泡状流与弹状流流型特征有较大影响,并且进一步影响流型转换边界,随着管径增加,泡状流-弹状流的流型转换边界向折算气速减小的方向移动。基于理论推导及实验数据,建立了垂直向下管内气液两相流泡状流-弹状流流型转换预测模型,该模型对本文实验工况条件下的垂直向下管内空气-水气液两相流流型转换具有良好的预测效果,预测模型的计算结果与实验数据之间的误差小于10%。     

研究多相介质运动的意义、内容和方法

本文从连续介质假设、守恒方程、本构关系和固壁上的边界条件等方面的分析出发，指出二相流体动力学虽是流体力学的一个分支，但在研究内容上与流体力学有较大差异，从分析二相流特点与稀薄气体、稠密气体、非平衡流动和可压缩流动特点之间的相似性出发，指出二相流研究可借鉴相关学科的研究成果和研究方法。本文用弛豫时间概念解释了二相混合物与均相混合物在运动特征上的差异，以及在描写运动的方法上（双流体模型和单流体模型等）的相应差异。最后以风沙运动、泥沙运动和泥石流运动为例，说明在二相流研究中突出主要因素进行合理简化的重要性，并指出：对于不同类型的二相流、对于具有不同流动参数的同类二相流、对于同一二相流的不同区域或不同的研究目的，简化的方法都会有所不同。     

气固两相流动的湍流脉动扩散数学模型及其应用

本文提出了气固两相流动的湍流扩展数学模型，本模型用k-ε双方程模型求解气相湍流场，并根据气流脉动的频谱、能谱曲线提出了随机富工级数来模拟气相脉动速度，用拉氏方法描述颗粒的运动，故称为脉动频谱随机颗粒轨道模型。本文还给出了本模型在气固多相射流和流化床内应用的实例。     

一种新型螺旋内槽管的气液固三相流数值模拟研究

针对一种新型螺旋内槽管,采用先进的计算流体力学(CFD)数值模拟方法,对管内的气(天然气)-液(水)-固(水合物)三相流流动特性进行了模拟研究。模型采用欧拉-欧拉-欧拉三流体模型结合颗粒动力学的理论,考察了不同的表观速度(0.3 m/s,0.5 m/s,0.7 m/s),水合物粒径(500μm,750μm,1000μm),气泡大小(10μm,100μm,1000μm),螺距(400mm,800mm),螺纹头数(12,20)及螺纹旋向对于管内三相流动特性的影响。通过数值计算,由于气液固三相间的密度差,在螺旋内槽的作用下,水合物和天然气在管中心位置聚集,同时管壁处的含量减小。流体表观流速和气泡越大,壁面处的水合物和天然气的体积分数越小;由于天然气的密度小于水合物和水的密度,天然气更多集中在管中心,越靠近管壁含量越少;颗粒的粒径越大,壁面处的水合物含量越少,而对于天然气的分布则影响不大;螺距越小,螺纹头数越多,螺旋流强度越大,气液固三相分离效果越好,壁面处的水合物和天然气的含量越小;同时,螺纹旋向的改变对于三相的分离效果影响较小。