离心泵叶轮内密相液固两相湍流的数值模拟

利用作者建立的描述密相液固两相湍流的 KET模型和推导的基本控制方程组 ,在处理壁面边界条件时考虑了颗粒和叶片的相互碰撞作用 ,对离心泵叶轮内密相液固两相流动进行了数值模拟 ,得到了泵叶轮内两相流动的一些规律 ,为液固两相流泵的设计提供了一定的理论依据。     

稠密气固两相湍流流动的实验和数值模拟

基于气固两相流动模型计算循环流化床内稠密气固两相流湍流动,颗粒动理学方法模拟颗粒相湍动能,ＳＧＳ模型模拟气相湍流,采用γ－射线密度计和非等速取样管测量局部颗粒浓度和流率,利用ＦＦＴ方法计算颗粒浓度功率谱密度。模拟计算得到上升管内气相和固相速度和浓度分布等。同时数值模拟与Ｔｓｕｊｉ等和Ｋｎｏｗｌｔｏｎ等试验结果进行了比较,结果表明数值模拟计算与实验结果相吻合。     

密相液固两相湍流流动研究

在ＩＰＳＡＲ算法基础上推导了适用于考虑液度变化影响的密相液固两相湍流流动数值计算的ＤＩＰＳＡＲ算法，并采用低雷诺数模型，对竖直上升管中密相液固两相湍流分别采用ＩＰＳＡＲ算法和ＤＩＰＳＡＲ算法进行了数值计算，计算值与实测值较符合，计算结果的比较表明ＤＩＰＳＡＲ算法能更有效地预测密相液固两相湍流流动     

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.      

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。     

强旋湍流气粒两相流动的PDPA研究

采用相多普勒颗粒分析仪（ＰＤＰＡ）对切向进气，轴向缩口出口的旋风筒内强旋单相和气粒两相流动进行了实验研究，给出了强旋流场中，两相湍流的运动及相互作用规律     

90°弯管内流动的理论模型及流动特性的数值研究

从三维不可压缩雷诺时均Navier-Stokes方程出发,对90°弯曲管道内湍流流动进行数值模拟。网格划分采用六面体网格,湍流模型为RNGk-ε模型,在近壁区采用两层壁面模型进行修正,流场的计算结果与实验数据吻合较好。在此基础上,本文数值研究了来流方向对流场结构和流动特性的影响。得出在弯管流场中发生了分离现象,且随着来流侧滑角的增大,分离区范围增大。此外,随着来流从同一侧滑角变换至同一攻角时,横截面的二次流图像中也从具有两个对称主涡变成只具有一个主涡的现象。     

液固两相槽道流中湍流调制的数值研究

结合雷诺应力模型 (Reynolds Stress Model, RSM) 和混合模型 (Mixture Model) 对槽道湍流向下流动中的颗粒调制湍流问题进行了研究．该模型考虑了颗粒流的动能理论和颗粒对湍流的反馈作用．着重分析了颗粒对湍流的调制作用,以及颗粒参数变量（如颗粒密度和质量载荷）对湍流调制的影响．结果表明：(1)在颗粒抑制湍流的范围内,当颗粒密度小于载流体密度时,湍流强度的改变量与颗粒密度成反比;当颗粒密度大于载流体密度时,湍流强度的改变量与颗粒密度成正比;(2)在一定范围内,颗粒抑制湍流的能力随颗粒质量载荷增加而变强．     

稀相气固两相流90°圆截面弯管流动特性

针对工业中常见的圆截面90°弯管中的稀相气固两相流的流动特征难于观测,以及由此造成的对其流动特性缺乏认识的问题,以天津大学的气固装置具备的实验条件为基础,以压力测量值作为模型有效性的评价依据,建立了适用于圆截面管道的计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模型.针对FLUENT中通过定义反射系数设置颗粒-壁面碰撞关系不能反映实际过程的问题,建立了考虑颗粒与壁面接触过程中的不同运动状态的颗粒-壁面碰撞模型,并引入计算.以此为基础,对不同固气质量比、流量和管道曲率情况下的流动特性进行了研究.发现:两相流体在流经90°弯管后,速度分布的恢复长度与固气质量比、管道曲率半径等有密切关系,曲率半径为2的管道整体压损最小,过小或过大均会导致较大压损,与Mason弯管磨损试验的结论规律相近.     

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.      

冰浆在180°弯管内流动阻力特性的试验研究

对冰浆在水平 １８０°弯管内流动进行了试验研究,并与清水的流动特性进行了比较,得到了其流动局部阻力的计算关联式．     

两相正激波松弛流的数值研究

对气、固两相正激波松弛流动进行了数值研究,方程中考虑了压力梯度及非匀速运动引起的附加质量力。给出了完整的计算方法,对三种不同固相容积比、不同固相颗粒直径和不同马赫数分别进行了数值计算,所得计算结果给出了气、固两相的速度、温度、压力、密度、固相容积比及熵值沿流向分布情况。文章对气、固两相参数在松弛区中的变化规律进行了讨论。     

DEPOSITION OF PARTICLES IN TURBULENT PIPE FLOW

1. Introduction Deposition of particles from turbulent flowing suspen- sions on wall is important in many engineering applications. Examples include fouling of power generation equipment (heat exchanger surface, gas turbine blades, etc.), flue gas clean-up, air-cleaning, deposition of droplets in cooling duct, etc. To predict required maintenance intervals and provide allowance in designing, a quantitative analysis of the deposition rate is necessary. In turbulent pipe flow, the main depositio…     

NUMERICAL PREDICTION OF TWO-PHASE FLOW IN BUBBLE COLUMNS

A numerical model is described for the prediction of turbulent continuum equations for two-phase gas–liquid flows in bubble columns. The mathematical formulation is based on the solution of each phase. The two-phase model incorporates interfacial models of momentum transfer to account for the effects of virtual mass, lift, drag and pressure discontinuities at the gas–liquid interface. Turbulence is represented by means of a two-equation k–ϵ model modified to account for bubble-induced turbulence production. The numerical discretization is based on a staggered finite-volume approach, and the coupled equations are solved in a segregated manner using the IPSA method. The model is implemented generally in the multipurpose PHOENICS computer code, although the present appllications are restricted to two-dimensional flows. The model is applied to simulate two bubble column geometries and the predictions are compared with the measured circulation patterns and void fraction distributions.     

OPERATOR–SPLITTING COMPUTATION OF TURBULENT FLOW IN AN AXISYMMETRIC 180° NARROWING BEND USING SEVERAL k—ϵ MODELS AND WALL FUNCTIONS

This paper describes a finite element implementation of an operator-splitting algorithm for solving transient/steady turbulent flows and presents solutions for the turbulent flow in an axisymmetric 180° narrowing bend, a benchmark problem dealt with at the 1994 WUA-CFD annual meeting. Three k–ϵ based models are used: the standard linear k–ϵ model, a non-linear k–ϵ model and an RNG k–ϵ model. Flow separation after the bend, as observed in the experiment, is predicted by the RNG model and by both the linear and non-linear k–ϵε models with van Driest mixing length wall functions. Good agreement with experimental data of pressure distribution on bending walls is obtained by the present numerical simulation. Results show that there is very little difference between the linear and non-linear k–ϵε models in terms of predicted velocity fields and that the non-linearities mainly affect the distribution of turbulent normal stress and pressure, in analogy to the effect of second-order viscoelastic fluid models on laminar flow. Both the linear and non-linear k–ϵε models fail to predict any flow separation if logarithmic wall functions are used.     

椭圆颗粒在剪切流中旋转特性的数值研究

研究颗粒在流体剪切作用下的运动特性是理解和预测颗粒悬浮流流动行为的关键.当流体的惯性不能忽略时,颗粒的运动往往变得非常复杂.本文采用格子Boltzmann方法对中等雷诺数下椭圆颗粒在剪切流中的旋转运动进行了模拟.首先,研究了雷诺数(0Re 170)的影响,结果表明当雷诺数低于临界值时,颗粒以周期性的方式旋转,角速度最小时对应的长轴方向随着雷诺数的增大而逐渐远离水平方向,而且这一倾角与雷诺数呈分段线性关系;当雷诺数大于临界值时,椭圆形颗粒最终保持静止状态,且静止时的转角与雷诺数呈幂函数关系,雷诺数越大,转角越小,椭圆的长轴越远离水平位置.其次,研究了椭圆颗粒的长短轴之比α(1α10)的影响,结果表明颗粒旋转的周期与α呈幂函数关系,α越大,颗粒旋转周期越小.此外,当α超过临界值时,颗粒也在水平位置附近保持静止状态,此时的转角与α也呈幂函数关系,α越大,转角越小.研究还发现,当雷诺数较大时椭圆颗粒在旋转过程中会产生过冲现象.     

高尔夫球绕流流场数值研究

采用基于Smagorinsky-Lilly亚格子模型的大涡模拟方法模拟了一个直径为42.6 mm, 布有均匀凹坑的高尔夫球的绕流流场, 证实了其尾涡分离点比光滑球的分离点远, 其绕流阻力较小. 模拟了自转速度为100 rad/s的正旋和逆旋的高尔夫球, 发现它们的尾流分布更不均匀, 并因此产生了垂直于来流方向的压力, 压力大小不受自转方向的影响; 并发现带有旋转效应的凹坑高尔夫球受到的阻力系数增大; 自旋对于球的上下面压力有明显影响.     

化学链分级气化燃料反应器气固流动数值模拟

本文基于多相粒子单元法对化学链分级气化燃料反应器（下部为气化反应器,上部为重整反应器）开展了气固流动数值模拟研究,验证了曳力模型、模型参数（法向和切向颗粒–壁面碰撞恢复系数e_wn和e_wτ）对计算结果的敏感性,并确定了合适的曳力模型及模型参数。探究了表观气速和两床接口处狭缝尺寸对颗粒连通量的影响规律,研究结果表明：颗粒连通量随表观气速的增加而增加,随狭缝尺寸的增加而减小。

     

竖直管道中固-液两相流动流态化实验探讨

主要探讨竖直管道中不同颗粒级配、流体流速条件下的固-液两相流动的流态化规律.首先通过量纲分析获得关键控制参数,然后以玻璃珠(粒径:0.25mm~2.0mm)、粉细砂(d10=0:044mm)两种固体和水为实验介质,开展了两相流动流态化实验,考虑流体流速(相对于管道雷诺数介于640~3300之间)和颗粒级配的影响.通过分析发现:具有均匀粒径分布的玻璃珠床,床层膨胀高度随流速的增加而增加,流速与浓度的对数呈线性关系,与Richardson-Zaki公式一致;具有较宽粒径分布的粉细砂,细颗粒随水流逐渐流出管道,剩余颗粒质量与雷诺数呈指数递减趋势.     

节水水嘴起泡器气液两相流数值模拟

为了研究节水水嘴起泡器内部两相流的流动规律,采用Fluent软件对其内部流场进行数值模拟.根据起泡器内部流场的流动特性,采用欧拉两相流模型以及RNG(re—normalization group)κ-ε湍流模型,分析起泡器出口截面气液两相体积分数和速度的分布特点.结果表明:增大入口水流速度可以加快分散出口截面气液两相的分布,缩短流体流动的稳定时间;整流网具有分散流体,降低流速的作用;错开整流网相邻层之间的网格可以改善出口截面的液相分布;本模型中整流网采用三层网格达到较好的出水效果.