扩散式气固分离器内两相流动数值模拟

采用RNG k-ε模型、随机颗粒轨道模型对扩散式气固分离器内的两相流动情况进行了数值模拟研究,讨论了流速对分离效率的影响,颗粒分级分离效率,颗粒轨迹,以及多个几何结构尺寸对分离效率和阻力系数的作用情况.数值模拟结果表明该类分离器流场总体成双层流动结构,分离器对4 μm以下的小颗粒分离效率较低,流速对分离效率的作用比较明显,各结构尺寸对阻力系数和分离效率的影响比较复杂,结构尺寸的取值有一定比例范围.     

方形分离器内气固两相流动的数值模拟

本文采用颗粒随机轨道模型，并与ｋ－ε模型及应力代数模型相结合，对方形分离器内的三维气固两相流动进行了数值模拟，气相计算得到了与实验结果基本一致的湍流流场，两相计算得出了与实验基本符合的分离器分离效率曲线。计算结果表明，在方形分离器内的旋风流动计算中，ｋ－ε模型及应力代数模型均得到比较合理的结果，并与实验符合较好；两相流动的计算初步分析了方形分离器的分离性能及分离机理，得到对工程设计有指导意义的结论。     

气力提升系统气液两相流数值模拟分析

污水处理、油田采油、液态金属冷却反应堆和磁流体动力转换器等领域采用气力提升系统有其显著优势.由于不同液体介质与气体介质密度对气力提升系统性能影响较大,因此本文基于Fluent仿真软件,采用欧拉模型、k-ω剪切应力输运湍流模型数值模拟了氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银及空气-水、氩气-水、氮气-水下气力提升系统内气液两相流动行为,分析了系统稳定时提升立管内气相体积分数、提升液体流量、提升效率、提升管出口处液体径向速度的变化规律.研究结果表明:1)氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银系统中,提升管内液体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率越高;2)空气-水、氩气-水、氮气-水系统中,提升管内气体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率峰值越小;3)提升管出口处提升液体径向速度随气体充入量的不断增加而整体波动升高,最终管轴中心附近液体速度较大,管壁附近液体速度较小.本文研究成果为污水处理、气举采油、液态重金属冷却核反应堆和磁流体动力转换器等应用领域的气力提升技术的优化提供科学的理论基础.     

低温气液两相流数值计算

低温工质两相流动在很多场合都存在,研究深冷剂在两相流动时参数的分布有着很重要的作用.文中采用一维均相流模型对液氮循环流动过程进行稳态数值模拟,得到了循环流动过程中液氮含汽率、压力和温度沿管程方向的分布情况,并对由于不同回路条件引起的不同结果进行了分析.     

离心式喷嘴内气液两相流动的数值模拟

求解三维不可压NS方程,并应用VOF方法捕获气液分界面,计算不同压降下离心式喷嘴内的气液两相流动状况,研究了不同压降对喷嘴内流动的影响。计算很好地模拟了喷嘴内的气液两相流动,并得到了出口液膜速度、喷雾锥角以及液膜厚度等参数,数值计算所得结果同试验符合得较好,好于经验公式的结果。     

高速气液两相流液膜卷吸夹带数值模拟研究

本文运用VOF模型对水平管内高速(v_g≈272 m/s,Ma≈0.8)气液两相二维流场进行了数值模拟,研究了高速气流作用下液膜卷吸夹带机理。结果表明,气液界面产生的扰动波是产生液膜卷吸夹带的主要原因,扰动波吸收波前、后液膜内液体并同时在轴向与径向方向发展,最后伸入气相场中的突起部分受到高速气流剪切力而脱离液膜进入气相。在高速气相场中,同时存在两种不同的夹带现象:大波独立沿轴向和径向发展最终断裂进入气相;小波先合并后再脱离液膜进入气相。卷吸夹带之后的区域出现液膜随机分布的特点。     

板式蒸发式冷凝器气-液两相流流动的数值模拟

基于VOF算法,建立了波纹板蒸发式冷凝器的计算模型,考察了气相、板面结构和喷淋水量对液膜流动的影响.结果表明:当空气与水逆流时,会引起雾沫挟带,水膜厚度增加;当空气与水顺流时,水膜厚度会被空气削薄;波纹板结构对液膜的流动形式有重要影响,尺寸较大、凹槽较浅的波纹板有利于水膜的均匀分布;液膜的厚度随着喷淋水量的增大而增加,同时液膜内部振荡加剧,但不影响其流动结构.     

气液两相瞬变流数值计算及试验研究

在气液两相流计算中,人们通常给出气泡在液体中均匀分布的,与工程实际不符的假设,致使计算与试验结果之间相差较大。两相瞬变流计算也常看作均质的单相流来处理．本文由试验求得不同空间系数与波逐关系曲线,取消了均匀分布假设,改进了特性曲线法以适用于非均质的两相流计算,并将计算值与试验值进行比较,结果表明两者吻合得较好。     

气固两相圆柱绕流的直接数值模拟

本文运用谱元方法对气固两相圆柱绕流进行了直接数值模拟。在获得高精度计算流场信息基础上,进行颗粒扩散运动的研究。通过研究颗粒大小对颗粒扩散运动的影响来刻画气固两相圆柱绕流的物理特征。研究时发现,由于圆柱尾流独特的涡结构特征,颗粒在流场中心轴线附近区域的扩散机理主要是决定于吸力作用,该作用会驱使小颗粒卷吸进入圆柱尾部近壁区,甚至与圆柱后壁发生碰撞,这种扩散机理与混合层中颗粒扩散机理明显不同。     

气液两相流体绕方柱流动的数值模拟

本文详细给出了气液两相流动双流体模型下的各控制方程组和相间作用力,通过将气泡引起的紊流与剪切引起的紊流线性叠加给出了气液两相流动的紊流模型。通过给出的边界条件,采用ＩＴＡ－ＩＰＳＡ算法对垂直上升的气液两相流横向冲刷方柱引起漩涡证替脱落的过程进行了数值模拟,得到了流场和局部含气率变化的示意图,数值模拟与试验的结果基本一致。     

离心泵叶轮内气液两相三维流动数值研究

本文采用欧拉模型对离心泵叶轮内气液两相泡状流动进行了数值模拟。分析了叶轮内压力、速度等的分布规律,发现在靠近轮盖侧吸力面入口附近压力较低,气液两相速度较大,气泡容易凝聚而导致含气率较高;靠近轮盘处含气率较低。分析了不同进口截面含气率对叶轮内部两相流动的影响机理,建立了进口截面含气率对内部相态分离及泵外特性的影响关系。     

气液两相流中的声速研究

气液两相流在工业各领域中广泛存在,而声速是描述其声学性质的一个重要参数。本文从流体的体积弹性模量的定义出发,推导了气液两相流中的声速随含气率的变化关系式,即混合流体的Wood声速公式,将其声速的部分计算结果和其他作者的实验数据进行了比较,吻合良好。并通过COMSOL有限元模拟软件得到不同气体分布下圆管谐振腔最低阶模式的共振频率,间接数值模拟研究了含气率对声速的影响。模拟结果与理论计算结果一致,当气液两相流中含气率较低时,声速随含气率的增大急剧减小。本研究结果为确定声速与气液两相流中的含气率间的关系提供了参考依据。     

基于几何重建的气液两相流孔隙尺度模拟

本文基于二维micro CT扫描图像进行数值重构得到三维多孔介质几何模型,采用Shan-Chen多相格子Boltzmann方法(LBM)建立适用不规则几何边界区域内气液两相流动数值模型,在此基础上对复杂多孔介质内的两相流动过程进行孔隙尺度模拟。结果表明,气-液两相流动受限于多孔介质的复杂孔隙结构,气液表面张力、壁面润湿特性以及进出口压差对两相流动特性将产生明显影响。     

旋流式气液分离器内流场的数值模拟

气液分离器作为制冷系统中的关键部件,其分离性能的优劣对系统有着重要的影响。为了研究旋流式气液分离器的分离性能,首先从理论上介绍了旋流式气液分离器的分离机理,列出其主要结构参数,然后基于计算流体动力学(CFD)方法,采用Gambit建模,利用Fluent软件,对旋流式气液分离器进行了模拟仿真,并对进口附近壁面速度场、不同尺寸和进出口截面流场矢量图、纵向剖面气液体积分数分布图等进行了重点分析。仿真结果表明设计是正确、合理的。     

垂直U形管内气液两相流诱导振动模拟

采用ADINA数值方法研究了垂直U形管内气液两相流诱导振动的位移响应和脉动激振力特性,然后考察了雷诺数Re和体积含气率β对激振力的影响规律。结果表明:气液两相内流诱导振动以面内振动为主,表现为两相流诱发激振力的主频与管结构某阶固有频率相近时的共振现象;激振力的脉动特性表现为低β时的窄频带随机波动和高β时的周期性波动;固定β时,激振力的均方根值F~(RMS)随Re的增大而增大,增大速率逐渐增加;同一Re下,F~(RMS)先随β的增大而增加,在β=55%左右时达到最大,之后逐渐降低,最大值出现在泡状流向搅拌流的转变过渡区。     

螺旋管分离器中液固两相流颗粒相分布研究

螺旋管分离器是一种高效低阻的新型液固/气液固分离装置,研究分离器内部相分布特征及影响因素具有重要意义。本文利用Malvern粒度仪和观察窗技术测量了分离器模型中水-砂两相流动的颗粒浓度和粒度分布,并且对具有相似结构和流动参数的平面组合方管液固两相流动进行了数值模拟。研究表明颗粒相分布是离心力、二次流和紊流扩散的综合结果:离心力使颗粒由内弯侧向外弯侧聚集,是实现分离的根本动力,颗粒越大,分离现象越显著;二次流对分离具有双重作用;紊流扩散不利于分离。液速越高,分离效果越好。颗粒平均浓度对浓度分布没有显著影响。     

螺杆螺旋通道内气液两相流流动特性研究

本文以水和空气为工质对螺杆螺旋通道内气液两相流流动特性进行研究,采用可视化的方法对螺杆螺旋通道内流型结构进行观察,观察到通道内不同转角位置处的气液两相流型及其特征。根据实验观测结果,绘制了三个转角位置的流型图,并对各流型特征和流型之间的转换界限进行分析,给出了泡状流向间歇流转变、环状流向间歇流转变的准则关系式。     

螺旋管内气液两相流摩擦压降计算方法新探

通过理论分析与数学推导,提出一种新的适用于管内气液两相流摩擦压降计算的模型。根据该计算模型,对螺旋管内水-水蒸气沸腾两相流摩擦压降实验数据进行关联,发现基于一种螺旋管实验数据所建立的摩擦压降关联式,在螺旋几何参数修正的条件下,能准确地预测相近工况范围内另一种螺旋管内的两相流摩擦压降;与不同学者的实验数据和关联式进行比较,本文关联式呈现出较好的综合预测性能。本文的模型在一定程度上揭示了不同螺旋管内两相流摩擦压降实验结果之间的内在联系,从而拓宽了关联式的适用范围,可以进一步推广应用。     

气固两相三维圆柱绕流的直接数值模拟

本文采用直接数值模拟(DNS)方法研究了气周两相三维圆柱绕流的涡量场和颗粒扩散,并着重讨论了圆柱绕流中卡门涡街的形成和涡结构的转捩过程。同时分析了圆柱绕流中不同Stokes数的颗粒在涡结构作用下的横向扩散。结果显示Stokes数为1的颗粒主要分布在流场大尺度涡结构的外边界,而Stokes数为0．01的颗粒在涡结构的作用下,在流场中充分混合。     

考虑气蚀效应的气液两相冲压发动机数值模拟

针对一种新型水下气液两相冲压发动机,综合考虑了湍流效应、气液两相之间的拖曳作用及传热与传质,利用计算流体力学方法研究了气液两相冲压发动机内流场的流动特性随发动机工作条件的变化规律,重点研究了气蚀效应对发动机工作性能的影响.主要结论为:当航行速度大于32 m/s,气液两相冲压发动机入口附近会产生气蚀并造成严重的总压损失,导致扩张段下游产生流动分离,此时发动机无法产生正推力;通过增大气体质量流率,气液两相冲压发动机内流场的压力将会随之升高,气蚀效应被抑制;提高注入发动机气体的温度,发动机的推力及比冲均增大,但是发动机效率急剧降低.