系统压力对含悬浮颗粒油液的影响研究

油液在运行过程中不可避免地会产生颗粒物,影响油液的正常使用,甚至出现设备故障,因而分析含悬浮颗粒油液的动态特征,掌握在不同压力变化条件下油液及颗粒物的变化规律具有重要意义。利用两相流体理论建立了含悬浮颗粒油液的悬浮流动力学模型,通过特征线法进行了数值求解,将数值结果与实验数据比较,具有较好的一致性;根据所建模型,分析了不同系统压力条件下悬浮流中各相的脉动规律。结果表明,流场中各相参数的脉动幅值随着系统压力的增加而增大;管路始端和终端各相参数的脉动时刻分别位于1/4脉动周期(T)的奇数倍和偶数倍处,管路中段各相参数的脉动时刻则位于T/8的奇数倍处;悬浮颗粒速度会受到油液速度拖曳力作用,其变化趋势与油液速度基本一致,颗粒浓度分布与油液压力的变化趋势完全相反。     

含颗粒污染物的油液均质流的数值分析

含颗粒污染物的油液是浓度很稀、粒径极小的伪均质流,为了掌握颗粒污染物在输送过程中的浓度分布,利用一维扩散方程构建了污染油液的数学模型;通过特征线法数值求解,获得了污染油液中各相的动态特征。结果表明,油液压力和速度沿管长呈脉动规律运动,且随着时间的延长逐渐衰减;颗粒污染物对油液速度具有极好的跟随特性;颗粒污染物的浓度分布也随着油液流速的变化而呈现规律性的变化;在不同运行时间内油液压力沿管长的衰减趋势不同,油液速度沿管长的变化趋势与压力的趋势相反;颗粒污染物速度和浓度分布沿管长与油液速度具有紧密的联系。     

飞机环控系统气固两相流动力特性研究

飞机环控系统目前面临的主要问题之一是大气中颗粒物的危害,一方面影响环控系统的供气品质;另一方面会堵塞、磨损环控系统中的元器件。本文基于气固两相流动数值模拟方法,对飞机环控系统中颗粒物的动力特性进行了研究。通过与飞机环控系统中几条主管路颗粒沉降率的已有实测数据进行对比,验证了离散相模型对颗粒沉降模拟的有效性。在此基础上,对颗粒沉降特性影响因素进行了研究,发现:不同粒径的颗粒物沿管高度方向的速度分布基本一致,但浓度分布却差异显著;颗粒浓度对沉降率基本无影响;不同气流速度下,所获得的固相速度分布型式基本一致,属于极值分布的类型;管长影响出口颗粒浓度分布,管道越长,出口截面上颗粒分布越集中于管底;方管与圆管相比,管线上沉降了更多的颗粒。     

颗粒物对变压器油表面张力的影响研究

根据ISO4406标准,采用均匀设计法,配制了24组含Cu、Fe、Si O2的不同粒径、不同污染度的颗粒污染物油样并对其进行了表面张力测试,得到随着颗粒物含量的增加,油液表面张力值呈现增加的趋势。采用Takagi-Sugeno模糊原理对油液中不同粒径和含量的Cu、Fe、Si O2混合颗粒物与油样的表面张力性能的关系进行了建模。结果表明:根据所建立的不同粒径和含量的Cu、Fe、Si O2颗粒物与表面张力性能关系的T_S模糊模型,获取了验证集的决定系数和均方根误差分别是0.9124、0.016;油中Cu、Fe、Si O2混合颗粒物在粒径为5μm、15μm时对变压器油表面张力的影响较为显著;由于油液分子作用力与颗粒的吸附能出现饱和-动态平衡作用,随着颗粒数的增加油液表面张力的变化较大,油液表面张力的变化量分别为0.067MN/m、0.042MN/m。     

球阀不同开度下自流注水管路流固耦合动力学特性研究

以输流管道、电液球阀等附件组成的自流注水复杂管路系统为研究对象,基于流固耦合理论,利用有限元软件ANSYS建立系统仿真计算模型并研究其动力学特性。由于管路不同位置的动力学特性不同,本文根据所建立的有限元模型计算球阀不同开度对管路同一位置流体的压力和速度的影响,并比较不同位置在球阀固定开度时的流体特性。结果表明:阀前弯头的流体压力随阀门开度的增加而减小,阀后弯头随阀门开度的增加而增大;当阀门开度固定时,管路不同位置的流体压力分别以球阀(固定开度≤50%)、大小头(固定开度为50%)为分界点呈现不同的趋势。根据流固耦合理论计算球阀不同开度下自流注水管路结构的振动情况,结果发现阀门开度为50%时在0.5s比其他开度多出现一次激振,且加速度幅值较其它开度明显增大。     

大速差射流预燃室内三维回流两相湍流的数值模拟

本文由多流体两相流模型、气相湍流κ-ε模型和颗粒湍流代数模型出发,成功地模拟了真实形状大速差射流预燃室中三维湍流回流两相流动,得到了这类复杂的气固两相流中不同纵横截面上气相速度场、颗粒速度场及浓度场和两相湍流度场的分布,并且获得了与实验定性一致的合理结果,揭示了预燃室中气固两相流动与混合的主要物理特征,探讨了大速差射流技术稳焰和强化燃烧的两相流动机理。     

强旋湍流气－固两相流动的颗粒随机轨道法模拟

应用颗粒随机轨道模型，并与一种新的代数Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力模型相结合，对新型煤粉涡旋燃烧炉内强旋湍流气。固两相流动进行了数值模拟。得到了与实验相符合的颗粒相密度分布和质量流分布。计算结果表明，在涡旋燃烧炉内的强旋湍流流场中，外壁附近颗粒浓度最高，颗粒停留时间加长，气－固两相间滑移速度增大。     

大速差射流预燃室内三维回流两相湍流的数值模拟

本文由多流体两相流模型、气相湍流κ-ε模型和颗粒湍流代数模型出发,成功地模拟了真实形状大速差射流预燃室中三维湍流回流两相流动,得到了这类复杂的气固两相流中不同纵横截面上气相速度场、颗粒速度场及浓度场和两相湍流度场的分布,并且获得了与实验定性一致的合理结果,揭示了预燃室中气固两相流动与混合的主要物理特征,探讨了大速差射流技术稳焰和强化燃烧的两相流动机理。     

强旋湍流气－固两相流动的颗粒随机轨道法模拟

应用颗粒随机轨道模型，并与一种新的代数Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力模型相结合，对新型煤粉涡旋燃烧炉内强旋湍流气。固两相流动进行了数值模拟。得到了与实验相符合的颗粒相密度分布和质量流分布。计算结果表明，在涡旋燃烧炉内的强旋湍流流场中，外壁附近颗粒浓度最高，颗粒停留时间加长，气－固两相间滑移速度增大。     

稠密气固两相流各向异性颗粒相矩方法

基于气体分子动力学和颗粒动理学方法,考虑颗粒速度脉动各向异性,建立颗粒相二阶矩模型.应用初等输运理论,对三阶关联项进行模化和封闭.考虑颗粒与壁面之间的能量传递和交换,建立颗粒相边界条件模型.采用Koch等计算方法模拟气固脉动速度关联矩.考虑气体-颗粒间相互作用,建立稠密气体-颗粒流动模型.数值模拟提升管内气固两相流动特性,模拟结果表明提升管内颗粒相湍流脉动具有明显的各向异性.预测颗粒速度、浓度和颗粒脉动速度二阶矩与Tartan等实测结果相吻合.模拟结果表明轴向颗粒速度脉动强度约为平均颗粒相脉动强度的1.5倍,轴向颗粒脉动能大约是径向颗粒脉动能3.0倍.     

两相流显微PIV/PTV系统的开发

开发了一个能同时测量两相流中两相速度和细颗粒尺寸分布的显微PIV/PTV系统,其硬件系统包括大功率连续激光器、显微镜、高速摄像机;软件系统由改进的球形颗粒图像识别算法、各种图像处理算法和各种先进的PIV/PTV算法组成。其中改进的圆弧识别算法能够进行更准确地进行曲线分割而能对充满噪音并相互重叠的颗粒图像给出较好的识别结果。应用该PIV系统,可以在微秒和微米数量级上捕获细颗粒/气泡图像,并能较准确地同时得到两相速度、颗粒尺寸和浓度分布。对焚香可吸入颗粒物进行了速度和尺寸的同时测量,得到了较满意的结果。     

明渠中悬移质的弥散-对流方程及悬浮机理

悬移质泥沙通常构成冲积河流总输沙量的主体, 研究悬移质的悬浮机理具有重要的意义. 以双流体模型为基础, 通过引入弥散速度的概念, 建立了悬移质泥沙的输沙方程以及泥沙扩散系数的本构关系. 应用该方程分析了二维明渠均匀流中悬移质泥沙浓度垂向分布规律, 并与Einstein 和Chien 的泥沙浓度实验资料及经典扩散理论进行了对比. 以此为基础, 分析了紊动扩散、颗粒自身的紊动、颗粒碰撞应力对泥沙悬浮的影响在垂向上的变化, 以及浓度、粒径等对这些因素的影响. 结果表明, 泥沙颗粒在明渠紊流中的扩散是浑水的紊动扩散、颗粒自身的紊动、颗粒碰撞应力3 部分不同机制共同作用的结果, 把泥沙颗粒的悬浮简单归因于水流的紊动是不全面的.     

天然气掺氢在管道流动中的氢浓度分布

天然气掺氢是解决氢气产地与使用地不匹配,进而实现氢气大规模、远距离输送的主要方法。由于氢气的存在会导致在役天然气管道出现氢脆引起安全事故。所以,研究天然气掺氢管路中氢气组分、速度、聚集的规律分析十分必要。本文选用天然气和氢气两种工质,构建T型掺混管路模型和变径管路模型;并基于Fluent软件对T型掺混管路和10种变径掺混管路进行数值模拟研究。结果表明,对于T型掺混管路,在管长是管径35倍处内依然有明显分层,宽度占据1/3管径。对于变径掺混管路,发现变径越靠近掺混中心、直径越窄、高度越低越容易发生氢气富集,氢气摩尔分数最高达到50%～60%,易引起管道的氢脆。研究结果可对天然气掺氢在管道中流动的氢浓度分布和管道变径选取提供参考。     

方管内气固两相流动速度的LDV测量

介绍了气固两相流动的ＬＤＶ测试方法和有关技术，并给出了方管内网栅后气固两相流动的部分测试结果与分析。对于气相，给出了纯净气流（α＝０）、平均粒径ｄｐ＝３５０μｍ的颗粒（α＝０．１２％、０．２１％、０．３３５％）存在时的气流在管内不同断面上时均速度分布情况及不同颗粒浓度时气流速度结构的比较；对于固相，给出了三种不同固相浓度时颗粒在管内不同断面上时均速度的分布情况，并对三种固相浓度时颗粒与气相的速度分布进行了比较。     

亚微米颗粒在汇作用下运动机理的实验研究

当前,城市空气质量的不断恶化,引起了公众的普遍性关注.空气中的悬浮颗粒物,是城市大气环境重要污染源之一,其分布、运动及扩散规律已成为科学领域的研究热点.与连续流体不同,大气中的悬浮颗粒物是离散的,确定颗粒运动的模型是研究大气细微颗粒污染问题的关键.本文拟研究小空间静稳空气中亚微米级颗粒在汇作用下的运动规律,并构建其运动模型.在密闭实验空间中通过燃烧生成亚微米颗粒,利用静电吸附装置模拟颗粒汇,并通过粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)实验和激光多普勒测速仪(lasser Doppler velocimeter,LDV)实验技术测量分析不同空间内亚微米颗粒在大气中的热运动速度和在汇作用下的运动规律,并推导出颗粒物的速度分布经验公式.结果显示:粒子在汇作用下的运动与连续流体汇运动规律类似,但在小空间内颗粒的运动不满足流体连续方程;说明在无气流夹带输运情况下,利用汇作用及颗粒的扩散而发展的颗粒净化技术是可行的.     

二阶矩两相湍流模型中的改进算法

建立了融合SIMPLEC算法在内的考虑了浓度修正影响的颗粒压力修正方程。提出了二阶矩湍流模型下考虑浓度修正值影响的两相湍流流动的算法,并将它和没有考虑浓度修正值影响的二阶矩湍流模型进行了对照。结果表明在二阶矩模型中是否考虑浓度修正影响会不同程度地影响流场的速度以及浓度等参数分布,考虑浓度修正影响的二阶矩湍流模型更能有效地预测稠密两相湍流流动。     

含油轴承表面供油行为与自润滑机理分析

含油轴承是一类重要的减摩自润滑零件,轴承基体中油液的渗流特性对表面润滑性能有重要影响. 建立含油轴承孔隙渗流与表面油膜润滑的耦合力学模型,分析含油轴承系统中油液的渗流特性,探讨轴承表面油液的供油行为与自润滑机理. 结果表明:在含油轴承的收敛区内同时存在周向旋转流、径向伸缩流和法向渗析流,油液在各方向上的流动状况由该向流体压力梯度决定;受油膜压力影响,油液在接触区向多孔基体渗入,在接触区入口部位向多孔表面析出,由此构成了油液渗入和析出的闭环速度流线,增强摩擦界面间的泵吸效应. 油液在法向上的渗析速度随中心膜厚增加而减小,随转速升高而增大,渗析速度越大,对泵吸效应的增强作用越显著,接触区入口的油液也更易进入摩擦界面,保障含油轴承的良好自润滑效果. 研究结果对揭示含油轴承的供油自润滑机理具有重要意义.      

爆轰波管中铝粉尘爆轰的数值模拟

用两相流模型对爆轰波管中的铝粉尘的爆轰波进行了研究。模型考虑了气体和颗粒两相间速度和温度的不同及由于管壁引起的对流热传导和粘性引起的耗散,考虑了由于铝颗粒表面粗糙使得表面积增加的因素。铝颗粒的点火判据使用了新的判据,即铝颗粒在激波后的气流中温度达到铝的熔点且铝全部熔化即被点火。数值模拟了内径为15.2cm的爆轰波管中铝粉尘中爆轰波的传播和发展,得到了爆轰波速度及铝颗粒点火距离,还得到了爆轰流场中物理量的分布。从前导激波面到CJ面处,两相间的速度和温度有明显的差别。还考虑了粒子由于粗糙引起的表面积增加对爆轰波的影响,这个因素对铝颗粒的点火距离的影响较大,对这里计算的铝粉尘爆轰波的速度基本没有影响。结果表明,两相流模型可以较好地描述铝粉尘的爆轰过程,得到具有很粗糙表面、平均粒子直径为3.4m的铝粉尘浓度为304g/m3时爆轰波的速度为1.63km/s,点火距离为3mm,与实验值符合较好。     

雾层两相耦合流场及气溶胶颗粒物的动力学性质

雾层气溶胶系统涉及复杂的动力学演变过程:碰撞、凝并、破碎、冷凝/蒸发、成核、沉积、表面化学反应等.因此,发展雾层与气相流场耦合的Eulerian-Lagrangian两相流模型、颗粒动力学及随机轨道模型,考虑重力、曳力、布朗力、Basset力等对颗粒相的作用.基于SIMPLE和多重Monte Carlo算法求解颗粒群平衡方程,自行开发了FAD程序首先对室内燃烧源细微颗粒物的扩散实验展开数值模拟,计算结果与实验数据吻合较好.将建立的模型和方法数值研究气溶胶污染物在雾环境中的输运过程,分析雾消散阶段颗粒相浓度、平均尺度的时空分布.结果显示:当时间演化至60 min,雾滴的平均尺度减小到初始的65.67％,而气溶胶颗粒最大数目对应的尺度为0.006 μm.     

粗糙颗粒动理学及稠密气固两相流动的数值模拟

考虑颗粒碰撞过程中摩擦作用,给出了粗糙颗粒碰撞动力学.引入颗粒相拟总温来表征颗粒平动和转动脉动能量的特征.基于气体分子运动论,建立颗粒碰撞中平动和旋转共同作用的粗糙颗粒动理学,给出了颗粒相压力和黏度等输运参数计算模型.运用基于颗粒动理学的欧拉-欧拉气固两相流模型,数值模拟了流化床内气体颗粒两相流动特性,分析了颗粒旋转流动对颗粒碰撞能量交换和耗散的影响.模拟得到的流化床内径向颗粒浓度和提升管内颗粒轴向速度与他人实验结果相吻合.模拟结果表明随着颗粒浓度的增加,颗粒相压力和能量耗散逐渐增加,而颗粒拟总温先增加后下降.随着颗粒粗糙度系数的增加,床内平均颗粒相拟总温和能量耗散增加,表明颗粒旋转产生的摩擦将导致颗粒旋转脉动能量的改变,影响床内气体-颗粒两相宏观流动特性.