液固流化床流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,结合k-ε模型模拟液相湍流流动和颗粒动理学方法模拟颗粒流动,考虑流固相间作用曳力和虚拟质量力,建立两相流动模型方程和本构关系。模拟结果表明入口速度和曳力模型对液固流动都有一定的影响。选用不同的曳力模型,对模拟结果中固含率的径向分布影响较大,甚至改变了固含率径向分布趋势,同时分析了虚拟质量力对液体-颗粒流动分布的影响。     

蒸汽-冷流体接触冷凝流动的数值模拟

介绍了关于蒸汽-冷流体直接接触冷凝流动与传热的数值计算模型与部分研究结果。用Level Set方法确定蒸汽-冷流体接触界面的位置和形状,建立了对蒸汽和冷流体普遍适用的动量、能量和质量守恒方程,在能量和质量寺恒方程中增加了部分项用于计算蒸汽冷凝所产生的影响。用有限差分法在交错网格上离散控制方程,用Runge-Kutta法-五阶WENO组合格式求解Level Set输运方程,用压力修正的迭代Projection方法求解动量方程,而用SIMPLE方法求解温度控制方程。对算例的计算结果表明,本文所建立的数值计算模型能反映物理现象的宏观特性。根据计算结果,分析了本文模型的优缺点,并指出了今后改进的方向。     

环形布膜式垂直管内制冷剂R113降膜流动特性研究

为研发高效余热蒸发制冷装置,采用RNG k-ε模型和VOF模型数值研究环形布膜式垂直管内制冷剂R113流动分布和不同喷淋密度对液膜分布和液膜厚度的影响。研究结果表明:在基本工况下,R113液膜流动沿管长方向呈现从平稳到波动的变化过程,出现平稳段、波动段和震荡段三种不同流动形态;管壁表面的液膜厚度随喷淋密度的减小而减小,在喷淋密度减小到一定值时,圆管壁面出现局部"干斑"现象。     

微细通道内蒸发薄液膜区壁面滑移及微流动特性

基于扩展Young-Laplace方程和动力学理论研究微通道中蒸发薄液膜区固液界面附近流动和传热特性,考虑压力特征、壁面滑移和温度跳跃建立物理模型.利用边界层近似,提出一种计算固液界面吸附微液层热阻的方法,导得固液界面的热阻和温度.数值模拟结果表明,壁面微流动会降低毛细压力梯度,增加壁面热阻,降低液相过热度,恶化液膜铺展和传热性能,在薄液膜区不可忽略.阐明壁面微流动含义,指出滑移系数与吸附流动微液层厚度的关系.     

竖壁液膜流壁面热流率对流动影响的实验研究

本文用相空间重构的方法,对竖壁薄液膜流动的液膜厚度时间序列进行了重构,并用分维数对奇怪吸引子的动力特征进行了描述,由此描述了壁面热流率对竖壁薄液膜流动特性的影响。     

倾斜波动壁面上液膜表面波演化特性的影响

对倾斜波动壁面上流体表面波的演化规律进行了研究. 考虑壁面形状为正弦波动壁面的情况, 分析液膜流动的线性稳定性, 并研究不同倾斜角度下扰动波波形随时间的演化情况及流经不同壁面形状时扰动波的波形变化. 对整体的波形结构分析可知, 随着时间的演化, 扰动波的演化过程呈现为更大波长的近周期变化规律, 与平板上的流动结构对比发现波动情况变得更加复杂; 当液膜流经波动壁面时, 扰动波在空间上不再呈现规律性变化, 且随着壁面倾斜角度的增加, 扰动波的振幅逐渐增加; 在相同的壁面倾角下, 波动壁面上的扰动波振幅大于平板壁面的扰动情况, 且波形扭曲程度更明显; 随着Re的增加, 扰动波振幅逐渐增加, 其对应波形的扭曲程度加深, 且随着壁面振幅的增加, 静态波振幅及扰动波振幅均随之增加, 对应的行进波周期不变. 最后, 分析了壁面倾斜角度对流动稳定性的影响.     

双面液膜反转耙型导流器液膜流动的数值模拟

现有液膜反转方案都只利用一半的传热面积,本文介绍了一种双面液膜反转方案,用耙型导流器连接上下波纹板束.耙型导流器交叉地将上波纹对板两侧液膜引导到下波纹对板的对面,双面液膜反转后液膜的均匀性对于在下板束的波纹板上的传热传质效率十分关键.作者利用VOF法建立了液膜在耙型导流器单元上的动态气-液两相流CFD模型,并进行了模拟计算.导流器单元中的流场数值模拟结果显示溴化锂溶液液膜流过导流器时在重力和表面张力作用下从导流舌中间和沿圆弧缺口边分成三股流体流下并逐步扩展汇合,在较短时间内实现液膜分布均匀化,表明耙型导流器结构可以胜任双面液膜反转对液膜均匀性的要求.     

矩形微通道中环状冷凝的数值模拟

建立了一套恒热流边界条件下矩形微通道内环状冷凝过程的一维稳态模型,进行了数值计算,并将数值模拟结果与正三角形中的冷凝过程进行了比较.研究显示,在不同截面的微通道中,液相毛细半径和流速的沿程变化趋势都是相似的.同条件下,矩形通道的冷凝段长度大于正三角形通道.在矩形微通道中,通道入口蒸气压力和水力直径越大或者接触角越小,则冷凝段长度越长.     

粗糙壁面上湍流边界层的直接数值模拟

本文采用多重直接力内嵌边界法计算流体与粗糙壁面之间的相互作用力,直接数值模拟了粗糙壁面上湍流边界层的流动状况。粗糙壁面则通过流向和展向分别叠加正弦函数的方法产生。研究发现,峰值较大的位置优先诱导产生出涡结构,并且加大了涡结构的倾斜角度。此外,较大峰值处的粗糙度所产生出的"喷出"和"扫入"事件更加强烈,其对外层的作用范围也就更大。同时粗糙壁面的峰值大小对于雷诺应力的输运也起着至关重要的作用。     

倾斜壁面附近上升气泡的直接数值模拟

本文利用基于Front Tracking的3D直接数值模拟方法对高粘度流体中倾斜壁面附近上升的气泡进行了直接数值模拟,以研究气泡与壁面相互作用以及壁面附近气泡运动的机理.在不同的壁面倾斜角(10°,30°和50°)下针对Eo数分别等于0.7和10的两种典型工况计算了气泡的变形、运动轨迹和上升速度并与实验进行了对比.发现倾斜壁面使得气泡被压扁,在较大的倾斜角下气泡不对称变形程度更大、由此导致的流场不对称性也更大,表明壁面垂直方向的速度受到抑制是壁面引发升力的原因.对于不同的倾角,气泡最终都会沿着倾斜表面滑动,而且倾角越大,气泡中心越接近壁面.气泡的上升速度则随着倾角的增大而单调减小,同实验结果的对比吻合良好.     

随时间变化的非平整壁面对液膜表面波演化特性的影响

本文对非平整壁面上的液膜表面波演化过程进行了研究. 针对非平整壁面随时间变化的特性, 采用小参数摄动法对控制方程和边界条件进行求解, 推导出波动壁面上液膜表面波的扰动方程, 采用导数展开法对其进行求解, 并选取简谐波形状的壁面进行数值研究. 对波动壁面下不同参数的影响规律研究可得, 当壁面频率较小时, 静态波与行进波的波长比较相近, 促进表面波之间的合并, 且壁面频率、壁面振幅及Re数的增加, 均会使表面波的振幅明显增大; 对比波动壁面与非平整壁面可得, 在相同位置处, 随着时间的演化, 非平整壁面上表面波呈周期变化, 而波动壁面上表面波呈波长更大的近周期变化; 壁面振幅和壁面频率的降低, 均会使两种壁面结构下的表面波振幅减小, 但所形成的表面波形有所不同, 即波动壁面引起的表面波可看作波动壁面结构与非平整壁面引起的表面波叠加而成.     

波纹竖壁上低雷诺数饱和蒸发液膜流动的研究

对饱和蒸发状态下的低雷诺数的液膜在小波幅正弦型波纹壁面上的自由降落进行了理论分析.通过无量纲化、引入流函数、采用摄动展开对数学模型进行处理,得到了这种情况下液膜流动的分析模型,计入了饱和蒸发压力的影响,得到了近似分析解.讨论了壁面波纹的波幅、波数、液膜表面张力和蒸发压力对液膜波动的影响.     

湍动流化床内气固两相流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,颗粒动理学方法模拟颗粒脉动流动和κ-ε双方程模型模拟气相湍流流动,考虑气固两相间耦合作用,数值模拟湍动流化床内气固两相流动行为,获得颗粒浓度和颗粒速度分布.计算结果表明湍动流化床呈现下部密相区、上部稀相区的颗粒分布特性.在密相区,沿床径向方向颗粒浓度在床中心处低、壁面逐渐增高;在稀相区颗粒浓度分布较均匀.沿轴向方向颗粒浓度呈底部浓度高、顶部浓度低的"S"型分布.     

厚液膜──冷凝回流中的一种特殊现象

在西安交通大学建立了模拟压水堆小破口失水事故的高温高压冷凝回流实验系统．实验表明在倒U型管的冷凝回流中主要有三种流动型式：稳态回流，不稳定回流，同向流动．在不稳定回流中作者首次发现了厚液膜，而在前人研究中均认为为液柱．本文对此现象进行了解释，并进行了计算分析．     

球形液膜动态特性的研究

对球形液膜内气体沿细管排出过程中，球形液膜的动态特性进行了模拟和验证。     

基于人工神经网络的滴膜共存冷凝传热模型的研究

为了研究影响滴膜共存冷凝传热特性的因素,如滴膜区间面积比、滴膜相对位置、表面分割方式,表面过冷度等对冷凝传热的特性共同作用,本文应用人工神经网络技术,建立表面分割数、滴膜区面积比、凝液环数、表面过冷度与强化传热比之间的综合评价预测模型。结果表明,基于Matlab语言的人工神经网络模型具有较高的预测准确率及泛化能力,能够很好的评价和预测不同条件下的冷凝传热特性。     

碎片云问题的三维欧拉数值模拟

针对材料超高速碰撞产生碎片云问题进行了多介质弹塑性流体力学欧拉方法数值模拟,介绍了所采用的数学模型、材料模型及相应的计算方法,模拟了铝球超高速碰撞铝板和斜铜柱高速撞击铝板形成碎片云的实验现象。进行了不同碰撞速度下模拟的碎片云形状和实验结果比较,利用经验公式对数值模拟的板靶开孔尺寸进行了分析。数值结果与实验结果、经验公式结果比较,说明多介质弹塑性流体力学欧拉方法能够较好地模拟超高速碰撞产生的碎片云问题,验证了数值方法的有效性。     

管线中气—液两相流动数值模拟

石油、天然气开采和输运过程中大量使用管道输运。在天然气的输运过程中，常常会有凝析成份析出，构成气液两相流动。在海洋、沙漠边际油藏开采中，为了节省投资和运行费用，也倾向于采用油气混输方案。气液混输技术在石油工业中有着重要的发展前景。为了发展具有我国自主知识产权的稳态、非稳态管线气—液两相流动数值模拟软件，我们使用双流体模型，建立了一维气—液两相流动的非线性数学模型，并使用时间相关法求解了非线性方程组，对若干算例进行了数值模拟。     

欧拉计算程序实现非均质炸药冲击起爆的数值模拟

爆轰的数值模拟研究多采用Lagrangian方法，这是因为Lagrangian网格随质点运动，介质之间的界面用滑移面来描述，故能精确地计算介质的界面。但在遇到网格扭曲和网格变形时，计算往往无法继续进行，这时就要用到网格重分等技术，这无疑增加了人为干预和计算误差。Eulerian方法能计算大变形问题，但不能精确地描述物质的界面，对于模拟平面撞击实验，爆轰波在单种介质中传播，对物质界面几乎没有要求。所以，Eulerian方法在模拟此类问题较Lagrangian方法具有明显的优势。     

含表面活性剂液膜去湿过程的数值模拟

对存在壁面滑移的含非溶性表面活性剂薄液膜在固体表面的去湿过程,采用PDECOL程序对描述其演化过程的液膜厚度和表面活性剂浓度方程组进行数值求解.基于液膜表面扰动波形的变化,分析各参数对去湿特性及液膜稳定性的影响规律.研究指出:Marangoni数M较小时其效应使液膜失稳区缩短,而M较大时液膜失稳区间无限延伸,稳定性降低;毛细力数减小使液膜失稳区间缩短,减至一定程度后可有效抑制去湿现象的发生;滑移效应对演化过程的影响与M有关,M较小时滑移使液膜失稳区间缩减,使扰动增长率增大,M较大时这一影响并不显著;随平衡液膜厚度增大,液膜表面的扰动程度减小,但扰动区间显著增大.相对于外源性表面活性剂而言,内源性情形的失稳区间更小,液膜稳定性更强.