二维气固两相混合层中固粒对流场影响的研究

采用双向耦合模型对含有固粒的二维气固两相混合层流场进行了研究。流场采用拟谱方法直接数值模拟,固粒采用颗粒-轨道模型,在考虑流场对固粒作用的同时,考虑固粒对流场的反作用。结果发现固粒的浓度和Stokes数对流场影响明显。固粒的作用使涡量扩散加快,并阻碍流场的变化,减弱了流场中拟序结构的强度,缩短涡的生存期;固粒在流场中的分布规律与单相耦合所得结果相似。     

血液流动模拟方法对比分析

对现有主要血液流动模拟方法进行了对比研究.以单个直血管为研究对象,分别用牛顿单相流模型、非牛顿单相流模型、液固两相流剪切稀化模型、液固两相流颗粒动力学模型和血液两相流修正模型计算了血液流场,然后对比了五种模型模拟得到的血液动力学参数:血液流速、红细胞体积分数、流体粘度和壁面剪切应力.结果表明:血液组成和粘度方程的选择对血液速度场计算结果有明显影响;流体本构方程和升力公式对壁面剪切应力计算结果均有明显影响;液固两相流颗粒动力学模型计算得到的血液粘度远偏离正常的血液粘度,模型不适用于模拟稳态血液流动;血液两相流修正模型可以较准确模拟红细胞在血管内的径向分布及其影响.研究结果可为今后相关研究中血液模拟方法的选择提供指导.     

在两相粘性跨音速喷管流动中簿层方程的一种隐式求解方法*

本文略去沿流动方向的粘性,将任意曲线坐标系中无量纲化的N-S方程简化为薄层方程.采用隐式近似因子分解法求解气相控制方程,采用特征线法跟踪颗粒,然后获得两相跨音速湍流充分耦合的数值方法.其中,颗粒尺寸是分级的,用参考平面中的拟特征线法处理喷管的粘性亚音速进口边界条件,湍流采用代数模型.该计算方法应用于火箭喷管两相粘流计算,并预估了固体火箭发动机的推力和比冲,计算与试验结果吻合很好.文中还讨论了不同颗粒尺寸、不同颗粒质量百分数和颗粒尺寸分级等对流场的影响,分析了颗粒、二维径向分速和粘性对发动机比冲的影响.本文的方法具有节省机时的优点,尤其是对颗粒尺寸分级的计算,效果更为显着.     

气固两相流动系统基本特征的大规模模拟

运用基于颗粒运动分解思想的硬球模型模拟了气固两相流动系统的基本特征，讨论了操作条件对其的影响，其模拟结果表明：与国际上现有 用型模型相比，基于颗粒运动分解思想的硬球模型具有更为真实的优点，它能够定性而形象地复现气固流化系统的实验特征。     

在两相粘性跨音速喷管流动中薄层方程的一种隐式求解方法

本略去沿流动方向的粘性，将任意曲线坐标系中无量纲化的Ｎ－Ｓ方程简化为薄层方程。采用隐式近似因子分解法求解气相控制方程，采用特征线法跟踪颗粒，然后获得两相跨音速湍流充分耦合的数值方法。其中，颗粒尺寸是分级的，用参考平面中的拟特征线法处理喷管的粘性亚音速进口边界条件，湍流采用代数模型。该计算方法应用于火箭喷管两相粘流计算，并预估了固体火箭发动机的推力和比冲，计算与试验结果吻合很好。中还讨论了不同颗     

粉尘气体中激波绕射的数值研究*

本文针对稀相气固两相体系,选取双流体耦合模型,综合运用算子分裂技术和高精度高分辨率数值方法,研究了激波在粉尘气体中沿90°拐角的绕射特性,揭示了固相颗粒及其物性改变对激波绕射特征和波后流场结构的影响.     

螺旋型旋风分离器两相流场的数值模拟

对螺旋型旋风分离器进行了两相流场的三维数值模拟．气体流场通过求解三维N-S方程得到,湍流模型采用了雷诺应力模型．计算结果表明,旋风分离器内部的流场分为两部分:螺旋通道内比较稳定的流场和筒体中心区域的复合涡结构流场．对颗粒运动轨迹的计算表明,颗粒在入口处的初始位置对颗粒分离有比较显著的影响．同时得到了不同入口速度下颗粒的分级效率曲线,并给出了气体流量对旋风分离器性能的影响,结果显示:气体流量的增加会提高分离效率,但同时导致压力损失的急剧增加．     

高浓度悬浮固粒对射流界面的粘性稳定性影响

该文首次利用双流体模型和扰动速度势理论,推得含高浓度悬浮固粒的射流界面粘性稳定性方程和对应的固气扰动速度比值方程．通过数值计算,得到了不同雷诺数及固粒属性的射流界面粘性稳定性曲线和对应的固气扰动速度比值曲线．在分析和比较所得的粘性稳定性曲线的基础上,得到了流场雷诺数及固粒特性对射流界面粘性稳定性影响的结论．同时,通过分析所得的固气扰动速度比值曲线,得到了流场雷诺数及固粒等效斯托克斯数对固粒跟随气流的扰动 性能的影响的结论．这些结论是首次在计入气流的粘性的条件下得到的,不同于文献［８］和文献［１０］相关的囿于无粘情形的研究,对于两相射流发展的认识和工程实际中实施对两相射流场的人工控制有重要意义．     

带激波的一维非定常两相流动的数值模拟

本文将处理带激波的单相气体非定常流动问题的两种高分辨数值方法(随机取样法和二阶GRP有限差分法)推广应用于气固悬浮体(亦称含灰气体)两相情况,计算了含灰气体激波管中两相激波特性、波后流场结构及气固两相流动参数随时间的变化.数值结果表明:这两种方法均能给出带有尖锐间断阵面的两相激波松弛结构.二阶GRP方法在计算精度和机时耗用等方面优于随机取样法.     

宾汉流体稠密两相湍流流动中的二阶矩模型

建立的Bingham流体稠密两相流动的二阶矩-颗粒动力论湍流模型（USM-theta模型）既体现了两相的作用,又体现了屈服应力所引起的附加项,并提出了USM-theta模型下考虑浓度修正值影响的两相湍流流动的算法．利用该模型对圆管内Bingham流体的单相湍流流动、稠密液固两相的湍流流动进行了计算,并和五方程湍流模型进行了比较,结果表明该模型的预测效果更好．利用USM-theta模型对含颗粒的Bingham流体的两相湍流流动进行了模拟,随着屈服应力的增加,Bingham流体相与颗粒相在管道中心附近的主流速度减小．液固两相湍流和Bingham流体两相湍流的计算结果表明屈服应力引起的附加项对流动有很重要的影响．     

两相流中柱状固粒对流体湍动特性影响的研究

对含柱状固粒的两相流场,建立了包含柱状固粒对流场影响的流体脉动速度方程,在求解脉动速度方程的基础上,经平均得到流体的湍流强度和雷诺应力.将该方法用于槽流湍流场的求解,并与单相流实验结果进行了比较.计算中变化柱状固粒的参数,给出了固粒的体积分数、长径比、松驰时间对流场湍动特性的影响,说明粒子对流场的湍动特性起着抑制作用,其抑制的程度与粒子的体积分数、长径比成正比,与粒子的松弛时间成反比.     

水平环空井筒内流体携砂影响因素研究

基于流体动力学和液固两相流流动理论,建立了砂粒在环空液体中运移的流动模型.在忽略固相颗粒在液相中微观运动状况的基础上,通过数值模拟的方法,研究岩屑在不同流动参数下的运移规律,揭示砂粒在流体流动中的运动规律.研究结果表明,流体粘度和入口流量两个参数对固液两相流动中岩屑的运移影响较大.入口流量和流体粘度增加,流体对岩屑的携带作用增强,且携带的颗粒直径也变大.     

气液两相流动数学模型在同心式泡沫发生器优化中的应用

为了给冲砂洗井泡沫的制备和关键工艺设备研制提供理论基础,应用气液两相流动数学模型对泡沫发生器内部流场进行模拟计算.通过改变出气管顶端的倾角和出气管至入口变径腔距离来分析泡沫发生器内部速度和压力对流场影响,得到更科学合理的泡沫发生器结构参数.     

含悬浮固粒射流界面稳定性研究

利用气固两相耦合模型,理论推导出含悬浮固粒射流的稳定性方程,通过数值计算得到了两相射流稳定性特征曲线、固气扰动速度比值幅值曲线及固气相位差曲线,进而得到了关于固粒对流场中扰动增长和传播的影响及失稳过程中固粒扰动特性的结论。这些结论对于两相射流发展的认识和工程实际中实施对两相射流场的人工控制有重要意义。     

悬移质与推移质分层管流的阻力特性

本文着重探讨管道中悬移质与推移质分层流动的阻力特性.文中提出,粗颗粒、高浓度的两相流动中,颗粒间的碰撞力对颗粒的悬浮和运动起着重要的作用.在这个理论基础上,导出了阻力系数公式,并得到验证.试验证明,扩散理论不足以描述这类流动.粗颗粒的悬浮运动是否增耗水流的能量,主要取决于碰撞力与紊动力之间的对比消长.在高浓度情况下,粗颗粒悬移质明显地增大了水流的能量损失.推移质的存在将使两相流动的阻力损失显著增大,其增阻率与水流条件及颗粒特性之间存在有一定的函数关系.     

液固两相圆柱绕流尾迹内颗粒扩散分布的离散涡数值研究

基于离散涡方法求得的非定常水流场和颗粒的Lagrange运动方程,数值模拟了稀疏液固两相圆柱绕流尾迹内颗粒的扩散分布．获得了流动的涡谱与3种不同St数颗粒（St=0.25,1.0,40）在流场中的分布．通过引入扩散函数来定量表示颗粒在流场中的纵向扩散强度,并计算得到了不同St数颗粒的扩散函数随时间的变化．数值结果揭示出了液固两相圆柱绕流尾迹中的颗粒扩散分布与颗粒的St数和尾涡结构密切相关:1) 中小St数(St=0.25～4.0)颗粒在运动过程中不能进入涡核区,而在旋涡结构的外沿聚集,且颗粒的St数愈大,其越远离涡核区域;2） 在圆柱绕流尾迹区域内,中小St数(St=0.25～4.0)颗粒的纵向扩散强度随其St数的增大而减小．     

颅内动脉瘤两相血流动力学分析及PIV实验研究

为了探索血液动力学因素对颅内动脉瘤的影响,分析动脉瘤的形成、生长和破裂与血流动力学的关系,为治疗颅内动脉瘤提供技术参考和研究方法.数值模拟部分:依据个体化脑部动脉瘤患者的CT三维重建模型,从计算流体力学的角度出发,将血液假设为血浆和红细胞组成的两相流流体进行瞬态数值模拟.并且与经典牛顿流体与非牛顿流体进行对比.实验部分:利用与数值模拟相同的边界条件进行PIV流场可视化分析.得到一个心跳周期内的血液动力学参数分布情况和相同条件下实验结果.与牛顿流体和非牛顿流体相比,两相流在特征点的血液流速波动更为复杂;在壁面剪切力分布更加不"平滑",红细胞的粒子速率和沉积对颅内动脉瘤有着至关重要的影响,两相流更符合真实血液流动.实验结果证明血液流动会在动脉瘤内部形成低速旋涡区域,并且随着时间的变化旋涡中心不断转移,与数值模拟结果相吻合.     

双向流固耦合作用下狭窄左冠状动脉内两相血流分析

基于血流与血管壁间双向流固耦合作用,将血液设为两相流体,运用计算流体力学方法对左冠状动脉内血流进行瞬态数值模拟.研究了一个心动周期内典型时刻下左冠状动脉内血流分布特性,并与Newton(牛顿)血液和两相血液模型对比,分析了两相血液和流固耦合作用对血流特性的影响.结果表明,左冠状动脉左回旋支远段和钝缘支近心端外侧分布了低速涡流区,该区域内壁面切应力和红细胞体积分数均较小,为动脉粥样硬化的形成与发展提供了合适的生理环境.左冠状动脉分叉处管壁形变量较大,引起管壁内膜功能发生紊乱,促进了粥样硬化斑块的形成.3种血液模型对比可知,红细胞的流动特性对血流速度及壁面切应力等血流动力学特性影响较大,双向流固耦合模型更符合真实的血液流动情况.     

风沙二相流动的三流体模型

本文来用连续介质观点研究风沙运动，这一工作的关键在于如何正确地模化颗粒相的应力．通过对气－团二相流研究中常用的双流体模型的分析，我们发现此模型在研究风沙运动时有相当的缺陷，即使是研究最简单的风沙流──定常二维充分发展的流场也是如此．基于此，我们提出了将向上、向下运动的颗粒用两种拟流体来表征的三流体模型．相对于双流体模型，三流体模型较好地反映了流场的内部结构及边界状况对流动的影响，而且固相应力的主要部分也可用应变量显式表示．对近似求解相当有利．最后，本文给出了三流体模型的风沙流运动方程组并讨论了相应的边界条件的提法．     

隐式TVD格式在气液两相爆轰数值模拟中的应用

为研究FAE(燃料-空气炸药)爆炸参数规律,运用二维轴对称气液两相方程组模型,针对其中的气相方程组采用高分辨率的隐式TVD格式,液相方程组采用MacCormack格式,较好地对FAE气液两相爆轰产生的爆轰波的发展和传播过程进行了数值模拟,计算结果与国内外的研究结果符合良好.