深海采矿矿浆泵的设计方法研究

针对深海采矿矿浆泵尚无成熟的设计方法,基于垂直管道水力输送理论,文章提出了矿浆泵设计参数的理论公式,并对不同工作水深及矿石体积分数下的输送系统进行了分析;采用数值模拟方法分析了几何参数对泵性能的影响。分析结果表明:将体积分数为5%~10%的多金属结核从1 000m和6 000m海底提升至海面所需泵的扬程分别为78.04~130.05m和440.63~735.17m,考虑装备制造的技术能力,矿石体积分数宜控制在8%以下;叶轮叶片数推荐值为4~5,以满足扬程和效率的要求;适当增大叶片进口角可改善泵的抗气蚀性能。最后,通过试验验证了数值分析方法的准确性。     

叶片式混输泵气液两相流及性能的数值分析

利用Fluent计算软件在多重参考坐标系下采用欧拉方法的双流体湍流模型计算螺旋轴流式叶片泵内高含气状态下的三维气液两相流场.通过对泵内绝对流速、叶轮相对流速、静态压力、气液两相分布及其相间滑移速度矢量的分析,探讨了气液两相介质在泵内的流动规律.结果显示离心力的作用使叶轮内液相主要在轮缘附近流动,而气相则聚集在轮毂附近;泵导叶内气液两相分离状况有较明显改善.通过与泵性能实验结果对比,验证了文中方法对气液两相叶片式混输泵计算分析的有效性.     

泵外防气装置沉降部分数值模拟

部分油田在深井泵开采期采用注气驱油,油井的油气比较高。减少高含气抽油井中气体对泵工作影响的有效措施是在泵的入口处安装气锚(泵下防气装置和泵外防气装置),使油流中的自由气在进泵之前分离出来,通过油套环形空间排到地面。针对井下气锚分气机理及分气效率进行了探讨性研究,采用计算流体动力学软件FLUENT,对泵外防气装置沉降部分的气液两相流动进行数值模拟,研究了气锚的长度、油气比对分离效率的影响,并优化出分离效果最佳的沉降段长度。     

固液两相流泵的研究现状分析

本文分别从内特性、外特性两方面对国内固液两相流泵的研究进展进行分析。在内特性研究中分别介绍了泵内固体相流动规律的研究和泵内两相流的常用数学模型,外特性研究主要是探索过流部件几何参数对泵性能的影响规律。文中还给出了对固液旋流泵内部流场进行了全流道三维数值模拟结果。     

煤粉燃烧两相流的数值模拟

由于煤粉燃烧受热面区域的气固两相流场测量难度大,为预测煤粉燃烧炉内部流场与两相流浓度场分布规律,以FLUENT为平台,建立了煤粉燃烧炉模型,用PDF来定义燃料成分,气相湍流流动采用标准的k-ε方程模型,气相为无滑移边界条件。颗粒相采用随机轨道模型。利用有限差分法来离散微分方程,对控制方程的求解采用SIMPLE算法。得到了燃烧炉内部温度场,煤液化率的分布规律及煤粉的颗粒轨迹。揭示了挥发分释放与燃烧的过程,剖析了焦炭的燃烧机理,为煤粉在分解炉内的优化燃烧提供了重要的理论参考依据。模拟结果有助于煤粉炉改造和节能。     

近海风力机的两相流数值模拟

以风力机常用翼型NRELS809为研究对象,建立了水平轴风力机的整体模型。根据海上风力机高湿度环境特点,采用空气和水蒸汽及空气和水的两相流模型模拟海上工况,对模型进行数值计算,得到叶片绕流的速度分布和压力分布,并对比了两相流和单相流的变化。结果表明：气流流过叶片后均存在速度亏损,并在1倍风轮半径后趋于稳定。风轮叶片在两相流工况下能得到较高的功率系数,对叶片的强度要求、材料要求较高。     

液气射流泵内部流场的数值计算

通过闪频仪观测,泵内部流动可分为分层流、液滴流和泡状流.为了简化模拟和计算,将计算区域分为部分喉管和扩散管两块.对液气射流泵喉管内部射流流动,建立抛物型流动方程组,采用控制容积法将方程组离散,并用TDMA法求解;对扩散管内部泡状流,采用双流体模型建立液气两相流方程组,混合有限分析法离散,压力耦合半隐式方法(SIMPLE)求解.数值模拟获得液气射流泵内部流速分布.计算预测的射流碎裂位置与试验观测结果一致;壁面压力分布计算值与试验值吻合较好,趋势相近.计算结果能够较好地反映液气射流泵外部水力性能,为液气射流泵的优化设计与运行提供参考.     

液体—固体粒子两相流流动特性的数值模拟及计算

运用液体－固体粒子两相流理论及计算流体动力学ＳＩＭＰＬＥ方法，对液－固两相流动特性进行了分析和研究，在此基础上建立了物理模型和数学模型，编制了计算程序，并以空心全在压力筒内产生破裂的现象为实例进行了数值模拟计算，结果表明，本文的理论研究方法，数值计算方法及计算程序是正确可靠的，不仅为液－固两相流动的研究提供了了手段，还进一步研究三相流动打下了良好的基础。     

摩托车化油器腔体内部两相流动的数值模拟

针对摩托车化油器的工作原理,应用ｋ－ε两方程湍流模来描述气相场,并在欧拉坐标系中用非交错网格的ＳＩＭＰＬＥ算法求解;液相场在拉格朗日坐标系下用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ算法求解,气－液两相的耦合采用ＰＳＩＣ法;最后对节气门全开、半开及经济工况下的流场进行数值模拟,得出了流场变化规律。     

双流道泵固液两相流的数值计算与分析

基于Fluent软件中的Mixture模型,采用Simplec算法和RNGκ-ε两方程湍流模型对双流道泵内固液两相流进行了数值计算和分析;计算结果显示颗粒进入叶轮后,直接撞击后盖板,大部分颗粒沿叶轮工作面和后盖板前进,最终从叶轮出口末端流入压水室;颗粒在压水室内有沿壁面运动的趋势,但不会在压水室逗留,可以沿流道顺利流入发散管,少部分从叶轮经隔舌直接流入发散管。同时,仿真结果表明:在同一体积浓度下,粒径的变化对压力场的影响比较小,但对固液两相的离析影响较大,粒径越大颗粒越容易聚集,且运动速度也越大。     

基于CFD的离心泵关死点流动性能分析

 流体动力学数值计算（CFD）被广泛用于研究离心泵内部的流场和外特性预测,在设计工况下计算准确性较高,近年在流体机械领域的研究中占有重要位置。然而针对关死点工况离心泵流场的CFD 模拟,现有研究都是采用极小流量作为边界条件,难以得到水泵关死点的真实流动性能。本文采用完全零流量的边界条件,以常用的IS125 型管道离心水泵为例,借助于瞬态CFD 流场计算技术,进行关死点及其附近工况的非定常流场数值模拟和性能预测,并得到实测结果的验证。研究结果发现,在非设计工况尤其是关死点和小流量工况下,叶轮每个通道内具有不同的流场分布和过流能力,导致水泵性能参数出现较大的脉动现象。在关死点工况下,蜗壳隔舌所承受的流动冲击最为严重,靠近蜗壳上游的叶轮通道是排水状态,而靠近蜗壳下游的叶轮通道则是吸水状态。本文提出的关死点和小流量工况下离心泵流场计算方法能较为有效的预测该工况下泵的扬程和轴功率,得到的叶轮流道过流能力大小的结论,具有一定的学术和工程价值。     

内,外破裂的特性研究及数值模拟分析

运用气－液两相流理论及改进的计算流体力学ＳＩＭＰＬＥ方法，将已有的内破裂数值模拟及计算模型扩展到内、外破裂的数值模拟分析，并对广泛的内、外破裂压力的组合进行了模拟分析，从而拓展了预报的范围。     

深井开采回采顺序数值模拟优化研究

采用大型矿业软件Datamine构建了冬瓜山矿的地表、岩层、矿体及块段模型;研究了Datamine块段模型与Flac3D计算模型的数据结构、耦合模式及方法,成功地将块段模型转换成数值计算模型.针对冬瓜山深井缓倾斜矿体复杂的开采技术条件,并考虑日产万吨生产能力和主要回采次序要求,设计了两种可行的回采顺序模拟方案,开展了冬瓜山深井开采回采顺序的数值模拟优化研究,分析了不同方案应力、位移和塑性区的分布规律,提出了优化的回采顺序方案.     

水平井压裂单缝和多分支缝中携砂液流动规律数值模拟

压裂过程中携砂液的注入是为了防止地应力将已压裂出的裂缝重新闭合,裂缝中携砂液的流动是典型的固液两相流。关于垂直井裂缝中携砂液的流动已有众多学者对其进行了研究,然而关于水平井单裂缝和分支缝中携砂液流动的二维或三维数值模拟几乎未见研究。采用混合物湍流计算模型,对携砂液在二维水平井单裂缝和三维水平井分支缝中的流动进行了模拟计算。模拟结果得出:水平井单裂缝中的铺砂形态与垂直井单裂缝中明显不同,水平井单裂缝中的铺砂前缘会形成一个"砂包"向前推进,并且在入口处向缝内展布的铺砂浓度不会快速地下降。在保持其他参数不变的情况下,随着携砂液入口速度的增大,裂缝中的铺砂高度逐渐增大;携砂液入口颗粒浓度越大其他位置的铺砂浓度也越大;携砂液颗粒密度越大铺砂分布范围越小,而铺砂浓度大小基本相同。楔形裂缝中的携砂液相较于矩形裂缝更容易填充满整个裂缝;楔形裂缝中向前推进的"砂包"比矩形裂缝较低。分支缝主缝中砂堤区厚度大于单缝中的厚度,而分支缝主缝中悬浮区的厚度远小于单缝中的厚度。随着支缝与主缝夹角的增大,分支缝主缝中铺砂范围逐渐减小。当夹角为90°、120°时,沙粒在支缝与主缝的连接处产生堆积,导致主缝在第一个连接处后方区域的铺砂浓度明显减小。     

气力输送的数值模拟研究

对气相湍动能采用修正的κ-ε二方程模型,颗粒相湍动动能采用颗粒动力学方法,发展建立了气力输送的数学物理模型和计算方法,就垂直管中圆柱坐标系下二维悬浮稀相和密相动压气力输送过程进行了初步数值研究,所得结果(包括管压降、气固速度分布、一定输送量下最佳经济速度等)与文献实验结果吻合,为进一步用该法研究气力输送打下了基础.     

高压锅炉给水泵内部流动特征数值仿真

为了在性能试验前预测高压锅炉给水泵的水力性能,在并行计算机系统上应用计算流体动力学（CFD）技术,实现了高压锅炉给水泵整机三维流场数值仿真,计算采用雷诺时均N-S方程以及RNGκ-ε湍流模型．仿真和性能预测结果表明,部分过流部件内部出现局部强烈的漩涡运动,堵塞了流道面积,导致局部流动损耗增加．所以泵的初始模型的扬程、轴功率和效率未达到设计要求,研究结果可以指导部分过流部件结构优化设计,从而改善高压锅炉给水泵的水力性能．     

轴流泵模型汽蚀特性的数值模拟

利用ANSYS CFX11.0软件,采用标准k-ε湍流模式封闭雷诺应力项,使用匀相多相流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对轴流泵模型的汽蚀特性进行三维定常数值模拟,计算得到的流量-必需汽蚀余量（net positive suction head,NPSH_r）曲线与试验结果趋势一致.另外,分析了工况和NPSH对轴流泵汽蚀特性以及泵内汽蚀形态的影响.     

移动带系统升力实验与数值研究

对空载时移动带系统所产生升力进行实验测量和数值计算,两者得到的升力相差很小,表明所使用的数值计算方法具有可行性,并利用数值计算分析移动带系统与车型的关系.结果表明:对于不同车型,移动带系统给车身升力系数测量带来的影响均在0.040左右.风洞实验可利用该关系对测量结果进行修正.     

泵及泵用作透平时的数值模拟与外特性实验

针对泵及泵用作透平时的内部流动规律等问题展开了研究,并建立了一种开式泵用作透平时的实验台,同时对一单级单吸离心泵的正反工况进行了外特性实验研究,从而得到了相应比转速的泵在正反工况下的外特性曲线,进而验证了泵在反运转时可用作透平且具有较高的效率.采用全流场和结构化网格技术对泵及泵用作透平时进行了数值计算,计算结果与实验结果吻合良好;对泵及泵用作透平时的内部速度场和压力场进行了分析.