风沙运动的电场-流场耦合模型及气固两相流数值模拟

沙尘暴和尘卷风等风沙运动的静电场是空气流场中沙粒间的碰撞摩擦带电及沙粒粒径的分层效应引起的, 本文耦合沙粒摩擦荷电模型和风沙运动气固两相流模型, 提出了离散单元法与计算流体动力学结合的数值方法. 数值模拟计算表明电荷呈中性的沙粒临界直径为300 μm; 在充分发展的水平风沙流中, 细小的沙粒带负电, 较大直径的沙粒带正电, 所模拟的沙粒带电的荷质比及水平风洞试验段的电场强度与实验测量值一致, 验证了风沙运动的电场-流场耦合模型及数值计算方法的合理性. 本文基于沙粒摩擦荷电机理的风沙运动气固两相流模型提供了理解风沙运动静电场产生的一种物理机理.     

惯性颗粒所见流场拓扑结构

本文采用直接数值模拟的方法从颗粒所见的流场拓扑结构这一角度探讨了颗粒在不同拓扑结构下速度统计特性.结果表明,不同惯性的颗粒所见流体的速度特性类似,在Top1和Top2结构中,随时间演化而减少,而在Top3和Top4结构中随时间有波浪性的增长;由于颗粒惯性的差异引起的轨道交叉效应不同,颗粒与颗粒所见流体速度的关联随颗粒增大而衰减加剧,在颗粒与流体相之间的能量传递中,不同拓扑结构明显不同,从颗粒加入时能量由颗粒相向流体传递,各拓扑结构的相对强度为Top2>Top4>Top1>Top3,演化到后期能量由流体相向颗粒相传递,相对强度为Top1>Top2>Top3>Top4;st=1.0和st=10.0的颗粒差别在于演化后期Top2和Top3相对强度的转变.     

流化床锅炉气固流动特性数值模拟研究

流化床内气固两相流动是典型的Euler两相流模型,对其流动特性的研究,一直是多相流领域的热点和难点。计算采用CFD方法对流化床内Euler气固两相流动特性进行数值计算,在流化风速为5 m/s,初始填料高度为5 m,计算时间持续到50 s时,得到了流化床内的流动分布以及压力分布的规律。并且在其它参数不变的情况下,计算比较了颗粒直径为0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm的工况,分析得到了颗粒直径的改变对Euler气固流动特性的影响并总结了相关变化规律。     

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.     

环空后台阶管道内气固两相流动的数值模拟研究

环空管道后台阶突扩流动是空气正循环钻井过程中十分重要的关键部分,直接决定了钻探岩屑是否能够顺利上返地面.本文采用Euler-Lagrange两相流研究方法,气相湍流采用Realizable k-ε模型,固相采用离散相模型(DPM),固相的湍流耗散采用随机轨道模型,对环空后台阶突扩管道内气固两相流动进行了数值模拟研究.得出了气相场大涡演变规律,在此基础上研究了不同粒径时颗粒在流道中的浓度分布规律、运动轨迹,以及速度场分布规律.这为细观框架下研究气固两相相互作用规律提供了依据.     

空间模式下可压缩气固两相混合层流动特性研究

采用Euler-Lagrange颗粒-轨道双向耦合模型对空间模式下含有固粒的二维可压缩混合层流场进行了研究。气相流场采用具有空间三阶精度的WNND格式进行数值模拟,固相方程采用单边三点差分离散。在考虑流场对固粒作用的同时,也计及了固粒对流场的反作用。在对流马赫数为0.5时,研究了颗粒相对密度、颗粒尺寸、Stokes数等因素对粒子运动和流场结构的影响。研究结果表明:在可压缩空间模式混合层中,固粒的Stokes数仍然是主要影响参数之一;相同Stokes数下不同密度的固粒对流场的干扰不同,轻固粒对流场的干扰明显要小。     

椭圆型管束的积灰特性数值研究

椭圆型管作为一种新型的换热元件,在强化传热,减阻和抗积灰性能方面,具有明显的优势,展现出广阔的应用潜力.本文采用ANSYS Fluent软件对含尘气流横掠3×6阵列椭圆管束的飞灰沉积特性进行了数值模拟.结果表明:颗粒的撞击率随换热管的椭圆度增大而减小,而颗粒的沉积率呈现非线性规律,且当椭圆度为1.5D时,其沉积率最小;...     

多组分颗粒稠密气固两相流动的数值模拟

基于气体分子运动理论和颗粒动理学方法，建立多组分颗粒气固两相流等温流动模型。模型考虑了颗粒相各组分颗粒温度的差异、气相与颗粒相以及颗粒相各组分之间的动量和能量的传递和耗散，以及相间作用。建立颗粒相粘性系数、颗粒相压力等物性参数计算模型。模拟计算颗粒相浓度、粒径分布等参数与实测值相吻合。     

颗粒惯性对标量混合的影响

本文采用直接数值模拟的方法,研究了颗粒惯性对均匀各向同性湍流场中被动标量混合特性的影响.结果表明:与无颗粒算例相比,Tp/Tk<1的小颗粒,增大了标量脉动在高波数上的能量,增强了标量耗散率,标量耗散率最大高出了25%;Tp/Tk>1的大颗粒,在初期显著削弱了标量脉动强度,同时也加快了标量耗散率的衰减,标量脉动强度降低了约15%,标量耗散减少了约5%;而Tp/Tk=1的临界颗粒,对标量场混合的影响较弱,标量脉动强度和标量耗散偏差在5%以内;此外,随着颗粒惯性的增大,标量耗散率的概率密度函数向左平移,但分布特征的改变并不显著.     

燃尽风率对新型W火焰锅炉主燃区气固流动特性的影响

针对采用偏心旋流二次风燃烧技术的300 MWe旋流燃烧器W火焰炉,借助1/10冷模试验台,通过三维激光颗粒动态分析仪测量研究了不同燃尽风率下其主燃区内气固流动特性。随着燃尽风率减小,拱下回流区内回流速度不断增加,且回流区尺寸不断增大。随着燃尽风率由25%减小到10%,在分级分区域,颗粒的最大竖直速度由2 m/s增大到4 m/s.燃尽风率由20.3%减小到10%,拱下回流区内气固两相竖直脉动速度明显增大,气固两相湍流强度将不断增大.在乏气和分级风区域,燃尽风率15%下最大颗粒体积流率是燃尽风率20.3%的2至2.7倍,拱上气流下冲深度明显增加.随着燃尽风率减小,下冲颗粒开始折转向上的位置被推迟,下炉膛空间利用率将不断增加.