辐流式沉淀池固液两相流力学特性数值模拟研究

利用Fluent软件,数值求解Mixture多相流模型,模拟了辐流式沉淀池内固液两相混合流场的水力特性。分析了辐流式沉淀池内污泥浓度场和流线分布随时间的变化,以及沉淀池内不同位置横断面上横向流速和纵向流速的分布规律。模拟结果表明:沉淀池内流线分布形式随时间变化较大,污泥浓度随时间的变化基本稳定;不同位置横断面上流速分布规律不同,越靠近挡板的位置,横断面的流速沿水深方向变化梯度越大,说明流场紊动较强;到沉淀池后部,横断面上流速分布较均匀,沿水深方向变化梯度也较小。     

辐流式沉淀池出口位置优化数值模拟研究

数值求解MIXTURE多相流模型,辅以Realizable K-ε湍流模型封闭时均流方程,研究了不同的出口位置对辐流式沉淀池水力特性的影响.自由水面的捕捉采用VOF(Volume of Fluid)方法,速度与压力耦合求解时使用压力隐式算子分裂(PISO)算法.模拟结果表明:改变出口位置对辐流式沉淀池内的流线分布和流速...     

进口形式对平流式沉淀池水力特性影响的数值模拟

数值求解气液两相流模型,辅以Realizable k-ε湍流模型,模拟了不同的进口形式对平流式沉淀池水力特性的影响.采用有限体积法离散流体运动的控制方程,采用压力隐式算子分裂(PISO)算法求解离散方程;利用VOF法追踪自由水面的位置.经过对模拟结果的分析发现:在平流式沉淀池的进口设计中,当进口布置在进水墙竖直方向中间...     

辐流式沉淀池进口挡板影响的液固两相流数值模拟

采用RNG k-ε两方程紊流模型以及简化的多相流Mixture(混合)模型对进口处不同长度的两种垂直挡板的辐流式二次沉淀池内的液固两相流进行了三维数值模拟,得到了沉淀池内的流场分布、污泥浓度分布、速度分布。速度与压力耦合方程组求解时使用半隐式SIMPLE(SemiImplicit Method for Pressure-Linked Equations)算法。通过对这两种不同挡板池内的水流流场、浓度场、速度场的模拟分析,结果发现:长挡板形式下的辐流式沉淀池内水流流场更有利于污泥快速沉淀,即有利于固液分离,使得出口水质明显提升;同时也说明合理改变沉淀池的结构体形与尺寸,可以改善沉淀池内的流场流态,提高沉淀效果和运行效率。     

固-液两相流黑水管道冲蚀磨损的数值模拟研究

煤气化黑水处理系统管道由于其流体介质高含固体颗粒和腐蚀性介质,且工作在高温、高压差环境中,极易受到冲蚀磨损和腐蚀的耦合作用而失效,影响其服役寿命.采用计算流体力学(CFD)方法数值模拟研究了煤气化黑水处理系统固-液两相流管道的冲蚀磨损行为和机理,以及流体介质速度和固体颗粒粒径对管道冲蚀磨损的影响规律,并分析了盲通管和涡室结构对弯管冲蚀磨损行为的优化改善效果.研究结果显示,煤气化黑水处理系统管线的冲蚀高危区主要分布在弯管外拱和变径管等结构突变区域;管道冲蚀磨损行为与其内部流体的运动和颗粒冲击特性有关;管道的冲蚀率均随着流体速度的增加而加剧,而粒径对弯管和变径管冲蚀率的影响并非单调关系,这与颗粒受力作用有关;弯管优化分析显示,涡室结构可以降低弯管的最大冲蚀率,减缓弯管的冲蚀磨损.     

气固两相混合层二维涡配对的数值研究

采用双向耦合模型中的速度耦合模型,数值模拟了气固两相混合层中涡的配对、合并过程,文中采用拟谱方法对流场进行了直接数值模拟,用Lagrange模型跟踪固粒,结果发现,在双向耦合过程中Stokes数仍然是重要的参数,但不是唯一影响流场的参数,流场的发展还与固粒的体积浓度、固粒的相对密度以及固粒大小等因素有关。固粒抑制流场的发展,阻碍涡的配对、合并,加快了涡量的扩散;小St数的固粒仍然跟随流体运动,大St数的固粒趋向于低涡量区的趋势减弱。     

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.     

二维溃坝绕流的WENO格式数值模拟

WENO(Weighted essentially non-oscillatory scheme)格式是一类新的高精度无振荡差分格式.本文将WENO格式和Runge-Kutta时间离散的思想应用于二维浅水方程组的求解,数值模拟矩形河道中大坝瞬间局部溃倒,下游有障碍物的洪水演进过程,并对模拟结果进行了分析,表明采用WENO格式所建立的高分辨率模型能够有效地模拟溃坝波的演进过程.     

片状随行装药的两相流数值模拟

给出了片状随行装药结构的一维两相流数学物理模型,并对某５７ｍｍ随行装药火炮进行了数值模拟。研究了片状随行装药火炮的膛压、压力波、气固相速度以及空隙率等参量的分布情况。此外,还对比研究了计算结果与实验结果之间的差异。结果表明,该模型的计算骅音符得较好。     

液固两相流冲洗油管道的冲蚀磨损特性数值模拟及分析

以液固两相流冲洗油管道为研究对象,采用Realizableκ-ε湍流模型、随机轨道模型,结合液固两相流冲蚀磨损试验,建立修正的冲蚀磨损数理模型,数值预测典型工况下冲洗油管道内速度、压力、冲蚀磨损率等流动参数分布情况,分析了冲蚀磨损的形成机制.研究结果表明:受曲率半径影响,冲洗油管道冲蚀磨损速率随曲率半径的增加而减小;由于颗粒惯性及管内二次流影响,弯头中间区域外侧壁面和出口直管段内侧面磨损较为严重,三通管件的最大冲蚀磨损率位于孔口处,数值预测结果与失效解剖案例吻合.本文建立的冲蚀磨损定量预测方法,适用于压力管道的风险评定及寿命预测.     

二维槽道湍流数值模拟与白组织特性

从流体力学基本方程出发,讨论了二维槽道湍流的衰减特性,通过对流场施加合适的体积力,采用拟谱方法对二维槽道强制湍流进行了数值模拟.研究了二维槽道衰减湍流的自组织与逆能量级串特性,再现了二维槽道衰减湍流中湍涡的自组织过程,以及不同波数湍流结构所携能量在自组织过程中的变化,并解释了二维槽道湍流平均速度曲线特征以及海洋环流所特有的自然现象.     

二维超声速混压式进气道的数值模拟

本文采用TVD格式求解二维可压非定常Euler方程组,对二维超声速混压式进气道进行了数值计算,首先模拟了后部压力对进气道的影响过程,当进气道的后部压力与入口压力的比值逐渐增加时,进气道内的正激波逐渐往前移动,当比值达到一个临界值,进气道将不起动.其次.通过对R52.1和R54.5两种进气道模型进行计算,对它们的总压恢复进行了对比.通过计算得到了喉道处曲线弧的曲率越大,进气道的总压损失越大,进气道也越难起动.     

薄板坯连铸结晶器中钢液三维流动的数值模拟

采用高 Re数的紊流 K- ε两方程模型 ,且结合壁面函数法对薄板坯连铸结晶器中钢液的紊流流动进行了有限元数值模拟。在数值模拟中 ,考虑了凝固壳厚度分布对流场的影响。在掌握了结晶器内紊流粘性系数分布规律的基础上 ,将流动域在空间进行了分区 ,采用分区选定有效粘性系数的当量层流模型数值模拟了三维紊流流动 ,结果表明 ,当量层流模型可有效的获得与原紊流时均场基本一致的结果 ,但计算效率显著提高 ,为今后工程上计算薄板坯结晶器中的三维流动和考虑流动影响的凝固过程分析提供了实用的方法 ,计算结果也有助于人们对薄板坯连铸结晶器中钢液三维紊流流动特点和与流动有关的板坯质量等问题的理解     

高浓度固-液两相流紊流的动理学模型

采用分子动理学方法,基于固-液两相流液相分子或颗粒相颗粒的Boltzmann方程,对Boltzmann方程分别取零矩和一次矩,则得到高浓度固-液两相流紊流的连续方程和动量方程,再和较成熟的低浓度两相流连续方程和动量方程比较,取低浓度两相流控制方程中较成熟合理的有关项和高浓度时由动理学方法推导出的颗粒间碰撞项,则得到高浓度固-液两相流紊流的最终控制方程:连续方程和动量方程.     

二维振荡叶栅非定常粘性流动数值模拟

采用显式四步Runge-Kutta格式，结合Baldwon-Lomax紊流模型求解Navier-Stokes方程，借助运动网格技术，完成了对二维振荡叶栅非定常粘性流动的数值模拟。为了加速求解过程，引入了变系数隐式残差光顺方法，取得了较好效果。数值结果与已公布的数据有很好的一致性。     

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。     

Y型分支管内气固两相流动的数值模拟

本文采用Euler-Lagrange两相流研究方法,固相采用离散相(DPM)模型,对三种不同夹角的Y型分支管内气固两相流动进行了数值模拟.气相湍流采用Realizable k-ε模型,固相的湍流耗散采用随机轨道模型.模拟结果较好地预估了颗粒在分叉处的流动形态、颗粒在分支管内的运动轨迹,以及重新实现颗粒相流场均匀分布所需的距离.同时发现,随机轨道模型较适于评估分支与主管夹角较大情况下,固体颗粒在分叉处的运动.将分支管内固体颗粒质量分配的数值模拟结果与试验结果比较,发现两者较吻合,相对误差较小.     

梯形断面明渠丁坝绕流水力特性三维数值模拟

采用两相流混合模型,并选取RNG k-ε湍流模型封闭两相流时均方程,对梯型断面明渠非淹没式丁坝绕流水力特性进行了三维数值模拟。采用有限体积法离散计算区域,求解速度与压力耦合方程组时使用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,模拟自由水面时采用了VOF(Volume of Fluid)法。对丁坝后不同的回流长度进行了分析比较,并将模拟结果与实测资料进行了对比验证,结果表明两者吻合较好,相对误差小于8%,说明该模型能够很好地模拟明渠丁坝绕流的水力特性分布规律。     

薄膜结构流固耦合的CFD数值模拟研究

基于弱耦合分区求解策略,在CompaqVisualFortran6．5环境下搭建了薄膜结构三维流固耦合效应的CFD数值模拟平台。程序采用模块化编程思想,主要包含几何建模、流体分析、结构分析和数据交换四个模块。其中几何建模模块采用自行编制的膜结构找形分析程序,流体分析模块采用经过二次开发的计算流体力学软件FLUENT6．0,结构分析模块采用自行编制的膜结构动力分析程序MDLFX;在数据交换模块中,编制了基于薄板样条法的插值计算程序,以实现流固交界面上不同区域网格间的数据传递问题,编制了基于代数法和迭代法的动网格变形程序,以实现流固耦合运算中的动网格更新。基于该软件平台,对单向柔性屋盖和鞍形膜结构屋盖进行了流固耦合数值模拟,验证了方法的有效性。     

Carrousel氧化沟固-液两相水力特性数值模拟

为研究氧化沟内的固-液两相流,本文采用数值计算的方法,以典型的四沟道Carrousel氧化沟为研究对象,通过将污泥沉降速率模型与两相湍流混合物模型耦合,建立了氧化沟固-液两相湍流混合物模型,从而实现了垂向上固-液两相的分离。模拟结果显示:氧化沟内的污泥浓度变化趋势总体呈现出与水流流速变化趋势相反的分布规律,即越接近沟底,污泥浓度越大,流速越小;越接近水面,污泥浓度越小,流速越大。此外,在大弯道处,形成弯道环流,造成了外弯道的冲刷和内弯道的淤积,大弯道内壁处的污泥浓度整体高于弯道外壁处。本研究结果对实际工程中防止或减少沟内污泥沉积,提高氧化沟污水处理效率有一定的指导意义。