超临界水循环流化床两相流动特性的数值模拟

超临界水循环流化床是一种非常有应用前景的新型煤气化制氢反应器。本文基于双流体模型和颗粒动力学理论建立了超临界水循环流化床提升管两相流动特性的数值模型。考虑了两种曳力模型及湍流与层流模型对数值模拟结果的影响。研究结果表明EMMS曳力模型比Gidaspow曳力模型更适用于二维提升管两相流动的数值模拟,并发现层流模型预测的准确性优于湍流模型。基于上述模型,对比分析了气固与超临界水循环流化床提升管的流动特性,获得了表观流速对固相体积分数、颗粒轴向速度的影响规律。     

基于修正的RNGκ-ε模型的水翼空化数值模拟

基于全空化模型,提出了修正RNGκ-ε模型,并对NACA0015水翼的非定常空化流场进行了数值研究。基于标准RNGκ-ε模型和修正的RNGκ-ε模型,在8°和20°两种冲角及Re=3×10~5的条件下,针对不同空化数,分别预测了翼型周围的速度场、翼型表面的空穴形态以及非定常空化时空泡的演化过程。和试验结果对比,两个湍流模型都能较好地捕捉翼型周围的大空泡团,其中,标准的RNGκ-ε模型能较好捕捉翼型头部的空穴,修正的RNGκ-ε湍流模型能更好地模拟翼型表面的空穴形态、空泡脱落过程及其产生的回流。     

不同湍流模型对热等离子体射流模拟的影响

本文应用大气压等离子体射流传热与流动的三维数学模型,在相同初始条件下,计算得到了采用不同湍流模型时氩等离子体射流对称轴线上的温度、速度及空气质量分数分布,并与文献中同等条件下的实验结果进行了比较,结果表明采用标准κ-ε模型和Realizableκ-ε模型时与实验结果相差较大,而采用RNGκ-ε湍流模型时模拟结果与实验数...     

超临界水流化床床床层与壁面间传热特性研究

本文基于颗粒动理学理论建立了流化床中的欧拉双流体模型,采用了单气泡沿壁面运动物理模型,从颗粒分布特性、温度分布特性和瞬时传热特性三个方面对超临界水流化床和气固流化床的床层与壁面间传热特性进行了对比研究。研究表明,相同条件下,相对于气固流化床,超临界水流化床中气泡的直径和上升速度都较小;超临界水流化床中床层与壁面间的传热系数与颗粒浓度呈反相关关系,而对于气固流化床则是正相关关系;并且不同于气固流化床,超临界水流化床床层与壁面间传热系数在颗粒浓度较低处对表观速度变化比较敏感。     

不同湍流模型对圆射流数值模拟的讨论

采用FLUENT软件,选择Spalart-Allmaras模型,标准κ-ε模型以及RNG κ-ε模型对气体无限空间淹没湍流圆射流进行了数值模拟,并将计算结果与理论分析及实验测量方法所得结果进行比较.结果表明,三种模型都能较好反映射流规律,但计算数值与理论值和实测值有所差异,标准κ-ε模型的模拟效果最好.     

球形和泪滴形凹陷涡发生器传热实验和数值计算

凹陷涡发生器是一种高效的燃气轮机涡轮叶片冷却结构,本文对分别具有球形和泪滴形凹陷涡发生器阵列的表面传热与流动性能开展了实验和数值计算研究。本文分别采用Standardκ-ω,SST和Reliazableκ-ε三种湍流模型计算了凹陷涡发生器表面湍流传热与流阻性能,并与实验结果进行了对比,确定了Standardκ-ω是研究凹陷传热和流动最精确的湍流模型。通过该研究,获得了球形和泪滴形凹陷涡发生器在雷诺数范围8500~60000内的传热及流阻和流动特性。该实验研究表明,与光滑通道内湍流流动相比,球形凹陷传热性能提高约60%,摩擦因子增加约70%;泪滴凹陷传热性能提高约90%,摩擦因子增加一倍左右。泪滴形凹陷表现出更好的传热性能和综合热性能。     

DN板通道传热阻力特性的实验和数值研究

本文分别采用了实验和数值模拟两种方法对DN板通道的阻力特性和传热特性进行了研究。本文的实验采用了稳态实验法,数值模拟分别采用了三种典型的湍流模型(LBKE、SKE和SST)。结果显示,平均努塞尔数Nu随雷诺数Re增大而增大;表面换热因子j和阻力系数f随雷诺数Re的增大而增大。拟合得到了该型DN板的传热阻力特性关联式。同时,对数值模拟结果和实验结果进行了对比分析,对比发现,当Re2000时,三种模型对DN板换热能力和摩擦阻力的预测值均偏高;当Re2000时,LBKE模型和SST模型对DN板的换热预测值与实验值吻合较好,但三种模型对DN板通道摩擦阻力系数的预测值均偏低。     

二气门汽油机缸内冷态流场的大涡模拟

通过修改发动机多维CFD计算程序KIVA-3V,建立了内燃机缸内冷态流场的大涡模拟(LES)计算模型。利用此模型对二气门汽油机进气与压缩过程中缸内流场进行了详细分析,并与κ-ε、RNGκ-ε模型进行了比较。结果表明与采用κ-ε、RNGκ-ε模型计算时相比,采用LES计算时显示了更为复杂的湍流结构。同时,采用LES计算时除能得到有序的大尺度涡团结构外,还能捕捉到大量不规则的小涡团结构,而采用κ-ε、RNGκ-ε模型进行计算时,基本上捕捉不到不规则的小涡团结构。     

湍流参数对凝汽器数值模拟的影响

通过对一凝汽器的二维数值模拟,研究了湍流黏性系数和湍流扩散系数对凝汽器流动与传热特性的影响。结果表明,湍流参数的取值,对凝汽器不凝结率的计算影响较大,对壳侧压降也有一定影响。在凝汽器数值模拟中,采用两方程的RNGκ-ε模型米确定湍流参数,在管束区内部形成湍流参数较大的区域,能更准确描述凝汽器内的复杂流动。与常湍流参数的...     

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。     

不同湍流模型对燃气透平静叶及动叶叶顶传热预测精度的研究

本文研究了不同湍流模型对燃气透平静叶、动叶叶顶和机匣传热的预测特性,分析了SSTγ-θ模型在不同湍流强度、湍流尺度和雷诺数下对C3X静叶传热系数的计算精度。结果表明:SSTγ-θ模型对静叶传热系数的预测精度明显优于其它两方程湍流模型;SSTγ-θ模型的计算结果在本文所研究的湍流强度和雷诺数范围内与试验结果能够很好吻合;不同湍流模型计算的叶顶和机匣传热系数分布规律与试验结果相似,SSTγ-θ模型的预测结果在叶顶及机匣的大部分区域与试验结果最为吻合。     

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.     

锯齿型通道湍流流动和换热的自维持振荡

采用RNG k-ε湍流模型对锯齿形通道内流动和换热进行了数值模拟。对以时均方程法模拟得到的流场、温度场以及U-V相图、Nu-θ相图进行了分析。研究表明,在本文计算的Re范围内,数值计算结果仍能反映出周期性通道内流动和换热的自维持振荡特性,无量纲速度U,通道平均Nu数随时间作周期性振荡,并且振荡幅度、频率随Re数的增大而增大。     

超临界压力RP-3起始加热段传热恶化数值研究

使用开源流体动力学程序库OpenFOAM对竖直圆管内超临界压力RP-3对流传热进行数值模拟,研究重点为起始加热段的传热恶化现象。本文选择k-ε-v~2-f和k-ωSST两种低Re数湍流模型进行计算并与实验数据进行对比,讨论了两种模型对于高壁面热流条件下传热恶化现象的预测能力.通过对流场及温度场的分析对起始加热段传热恶化现象给出机理解释,最后考察了变物性及浮升力的影响。结果表明:k-ωSST模型无法模拟传热恶化;k-ε-v~2-f模型能够定性描述起始加热段内壁温的迅速升高。由流体密度变化及重力引起的浮升力作用是导致起始加热段传热恶化的重要原因。     

球形颗粒在超临界水中自然对流传热特性研究

超临界水流化床反应器可以有效气化湿生物质并且高效产氢。超临界水流化床反应器工作的表观流速比较低,颗粒与流体之间的自然对流换热是主要的传热方式.本文通过Boussiesq模型和真实物性流体模型模拟研究了层流条件下单颗粒与超临界水在拟临界点附近的自然对流换热.由于物性变化的影响,颗粒表面附近呈现高速度梯度、高表面涡量和高温度梯度的现象。临界水导热系数和比热的变化对拟临界区的自然对流传热起主导作用,Grashof数和平均Nusselt数在对数坐标下为线性关系。     

二维U型弯管流动中湍流模型的性能研究

采用FLUENT中8个湍流模型以及曲率修正后的模型对U型弯管中的二维流动进行了模拟,详细对比了两个雷诺数10~5和10~6下速度、湍动能、湍流剪切应力、摩擦系数和静压力系数的实验和模拟结果。研究发现,当Re=10~5,Realizable k-ε模型、Spalart-Allmaras模型、RNG k-ε模型能准确模拟出流动分离的位置;当Re=10~6,所有模型预测到的分离位置都滞后。曲率修正对SKE以外的湍流模型预测性能基本上没有改善;SKE模型对曲率修正的影响最为敏感,对速度、湍动能、内壁面处的摩擦系数的模拟结果都有一定的改善。     

超临界水中颗粒受Stefan流影响的数值模拟研究

超临界水气化(SCWG)技术由于其清洁及高效性而具有广阔的应用前景,反应过程中颗粒表面的Stefan流动不可忽略。本文主要开展在雷诺数10～200范围内的不同Stefan流方向以及强度对超临界水绕流固定球形颗粒的曳力以及传热过程影响的研究,同时对颗粒周围的流场以及速度和温度边界层进行了分析,结果表明,随着内向Stefan流强度的增大,曳力系数与努塞尔数均呈现增大的趋势,速度与温度边界层的厚度均呈现减薄的趋势;随着外向Stefan流强度增大,以上结论呈现相反趋势。     

旋流杯燃烧室流场的数值与试验研究

本文在任意曲线坐标系下对旋流杯环形燃烧室冷态和两相燃烧全流程流场进行数值研究。采用RNG k-ε湍流模型,EBU-Arrhenius燃烧模型和六通量辐射模型模拟湍流燃烧过程;采用颗粒轨道模型模拟两相流动。为了验证数学模型与计算方法,本文还采用PIV测量燃烧室火焰筒内冷、热态流场,利用温度耙测量燃烧室出口温度径向分布,所得的计算值与试验数据符合较好,表明所用的各数学模型合理、计算方法可行,所得研究结果可为该类燃烧室的优化设计提供有用的依据。     

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...     

高密度CFB提升管内气固两相曳力修正模型及冷态实验验证

通过实验和模拟方法考察了高气速,高固体通量循环流化床提升管内B类颗粒的流动情况.根据EMMS(energyminimization multi-scale)理论提出了改进的曳力修正表达式,同时与传统的曳力模型如Gidaspow,O'Brien-Syamlal,Koch-Hill-Ladd的计算结果进行了比较.结果表明:使用本文提出的修正曳力模型的计算模拟结果与实验值得到了较好的吻合.