90°弯管内湍流流动的数值模拟

进行了90°弯管内湍流流动的数值模拟实验。结果表明,切向速度在开始旋转阶段内侧的速度增大、压力减小,外侧速度降低、压力增大;当转过60°截面后,外侧的速度增大、压力减小,内侧速度降低、压力增大。弯管内流体旋转产生的离心力导致压力分布的变化,使得弯管内流体产生垂直于主流切向速度的轴向速度和径向速度,形成了二次流。90°弯管流场是主流切向速度与二次流的叠加,呈现出复杂的三维流动特性。     

弯管内流场的数值模拟及方法分析

以180°圆形弯管为例,对弯管内流场的数值模拟方法进行了研究。分别采用k-ε模型,RNG k-ε模型和雷诺应力模型对弯管内流场进行计算,并将计算结果与试验测量结果进行了对比。结果表明:弯管内流体旋转产生的离心力导致了压力分布的变化,使得弯管内流体产生较强的涡流。在近内壁区中间位置,3种模型的计算结果与实验测量基本一致;在上半部分的1/2处,雷诺应力模型与标准k-ε模型的精度较高;在中心区,3种模型的计算结果与实验测量接近一致,但在弯管的进出口区域,雷诺应力模型的计算精度较高。近外壁区,3种模型的计算结果均反映了主流切向速度的变化趋势,但以雷诺应力模型计算精度最高。3种模型均反映了180°圆形弯管流场的主流切向速度的基本特征,但在一些速度变化较大,流场具有各向异性的局部区域,雷诺应力模型具有较高的预测精度,而标准k-ε模型与RNG k-ε模型存在着一定的局限性。     

折流式旋转床气相流动的CFD模拟

采用计算流体力学(CFD)方法对折流式旋转床气相流场和压力分布进行了模拟,研究了折流式旋转床转速、进气量对转子外侧和内侧气相流场的影响,并用实验数据对模型进行了验证.结果表明,模拟结果与实验数据相对误差在9%以内;气体由转子外侧进入转子内时,流速明显改变,切向速度占总速度的76.1%~99.9%,轴向速度和径向速度均较小.随气体流量和转速增大,切向速度明显增大.气体流出转子内侧时,动圈附近存在一个最低压力和一个最高压力,产生了逆时针旋转和顺时针旋转2个漩涡.两漩涡交界处气体流动较剧烈,靠近转轴处气体存在回流,但速度较小.     

弯管内三维湍流场的实验研究

采用激光多普勒测速仪(简称LDV)对U型弯管流场进行了测量,得到切向速度与轴向速度的分布。进而证明了流体在弯管内流动受弯管壁的限制,被强制沿弯管作适体的圆周运动而产生惯性离心力,表现出压力不均匀分布流体的速度。轴向速度的存在也证明了在U型弯管湍流流场中,存在着较为强烈的二次流。     

高温条件下旋风分离器内气相流场的数值模拟

通过FLUENT 6.1流体计算软件,采用改进的各向异性的RSM模型,对直径300 mm的蜗壳式旋风分离器,在入口气速20 m/s条件下,对293~1273 K的气相流场进行了数值模拟. 模拟结果与实验数据吻合较好,表明温度变化对旋风分离器的流场有较大影响,尤其是对切向速度影响很大. 旋风分离器内气相流场的切向速度随温度的升高而降低,同时强制涡区扩大,沿轴向的衰减增大,两者的关系式为 . 当温度超过1000 K,切向速度降低幅度趋于减小. 由于温度升高导致气流的旋转强度下降而使下行的轴向速度略有降低,上行的轴向速度略有升高. 温度变化引起气体粘度和切向速度的变化而影响旋风分离器的分离性能,当温度达到1273 K时,气体粘度增大使切割粒径dp50T增加1.58倍,而切向速度降低使切割粒径dp50T增加1.23倍,切向速度与气体粘度的作用是同等重要的.     

旋风分离器排气管结构优化数值模拟研究

为验证新型分离器(其结构特点为排气管带有扩展角β)的可行性,采用雷诺应力模型对不同扩展角旋风分离器的流场进行三维数值模拟研究。结果表明:新型分离器内各截面上不同扩展角对应的内旋流切向速度分布基本一致,而外旋流的切向速度随着扩展角的增加而逐渐减小,但变化幅度不显著,且随着扩展角的增加,内旋流与外旋流之间的速度差减小,降低了内外旋转流动的摩擦损失;新型旋风分离器在4个截面上,Ⅱ区域和Ⅳ区域内的轴向速度随着扩展角的增加而减小,携带颗粒的气流停留时间增加,有利于颗粒的分离,且其轴向速度峰值之差减小,气流在旋转运动过程中的能量损失减小;在Ⅳ区域内,其回流速度随着扩展角的增加而减小,降低了内旋流的涡团能耗;短路流动和湍动能随着扩展角的增加而增大,只有排气管扩展角β为5.7°时的流场分布较为合理;其静压力损失随着扩展角的增加而降低。     

90°圆形截面弯管内流动的大涡模拟

以90°圆形截面弯管为研究对象,以水为介质对管内流场采用4种模型进行数值模拟,并与实验值对比.结果表明,在Re=13000~60000条件下,大涡模拟模型在弯管区的时均速度和压力降与实验值吻合较好,Re 60000时下弯管区不同角度横截面处流场二次流有2个主涡,位置由对称半截面附近逐渐向弯管内侧发展,同时形成一个由弯管壁面和管中二次流综合诱导引起的马蹄涡;弯管段静压力分布显示,45°横截面弯管内、外两侧的压力差最大,此角度是流体出现流动分离现象的临界角度.     

基于SSG模型的旋转流场特性分析

以磁力搅拌器旋转产生的旋转流场为研究对象，运用雷诺应力输运模型——SSG模型对流场分布特性进行数值模拟。借助PIV、HSV技术对旋转流场切向速度和轴心气核形态开展研究。得出不同转速条件下旋转流场的切向速度和气核形态分布规律。将数值模拟结果与实验结果进行对比，结果表明：当磁性转子转速为900 r/min时，中心处切向速度为0.161 m/s，边壁流体切向速度为0.028 m/s，随着转子转速增加至2 100 r/min时，中心处切向速度为0.477 m/s，边壁流体切向速度为0.043 m/s，切向速度实验值和数值模拟值最大偏差为4.7%，数值上呈现出了较好的一致性。将数值模拟得出的不同转速条件下的气核分布形态与HSV实验所得结果进行对比，得出当磁性转子转速为900 r/min时，气核深度最大差值是2 mm，偏差为4.2%；转速为1 440 r/min时，最小差值为0.3 mm，偏差为0.5%，具有较好的一致性。     

进口尺寸对旋转流场分离特征的影响

力旋流器进口尺寸的设计是提高分离精度的一种有效方法。长期以来,对旋流器进口尺寸影响分离性能的认识主要来自工程实践经验,鲜见从旋转流场和分离机理的角度进行系统性分析的报道。采用计算流体力学方法进行旋转流场模拟,并考察进口尺寸缩小后的压力分布特性、三向速度分布和二次涡流结构。研究结果表明：进口尺寸缩小后切向速度数值的上升趋势明显,同时轴向速度和径向速度数值上相对变化较小,管内离心强度显著增高的同时保留了主要的分离结构。而且柱段流体,尤其是远离进口一侧的流体旋转更为充分,轴向速度双峰结构也更为明显。从上述角度来看,进口尺寸缩小后的流场分布情况更加有利于分离。但是,进口尺寸的缩小会加剧旋流管内的二次涡流运动,增大进口处射流的卷吸作用,使流场更加不稳定,从而对分离产生不利影响,因此分离粒度不可能随着进口尺寸的缩小无限制地降低。另外,进口尺寸缩小后,局部损失增大,且二次涡流运动加剧,导致旋流管的能耗会有一定的增加。     

180°矩形弯管流场的实验测量和数值模拟

引言 弯管广泛应用于化工、石油、水利、发电等工业领域,如离心式压缩机的流道、离心泵的流道、流体输送管道的转向等.弯管流道内的流体流动不同于一般直管流道的流体流动.由于流体在弯管流道中受到管道曲率的影响,流动时产生指向弯管外侧的离心力,导致压力分布发生变化,进而引发切向速度分布发生变化.     

基于DDPM模型的气力输送弯管冲蚀模拟

通过稠密离散相模型(Dense Discrete Phase Model, DDPM)和标准k-ε湍流模型探究了气力输送弯管的冲蚀情况和颗粒运动情况。数值模拟结果表明,颗粒流经弯管时,会撞击弯管外侧壁面的中部,导致此处弯管的冲蚀速率最大,冲蚀形貌呈现“V”型。在流体曳力和颗粒惯性力的共同作用下,弯管的冲蚀速率随气体速度的增加而增加,随管道压力的增加而减小,随弯管半径的增大而减小,由冲蚀角度考虑应尽量选择方位为竖直管道A的气力输送弯管,其冲蚀速率相对竖直管道B减小8.5%。     

水平90°弯管内盐泥浆输送压力损失研究

为得到盐泥浆在水平弯管内输送过程中的压力分布规律，探究管道直径、输送速度、输送浓度对压力损失的影响，对盐泥浆在水平弯管内的流动状态进行三维数值模拟，采用仿真与实验相结合的方式，分析了管道直径、输送浓度和输送速度对弯管段压降的影响。结果表明：弯管段压力损失随着管道直径的增大而减小，随着浆体流速的增加而增大，随着输送浓度增加而增大。设计正交实验发现各因素对弯管段压力损失影响大小顺序为：管道直径>输送速度>输送浓度。     

自转螺旋扭带管内三维流动与传热数值模拟

建立了内置自转螺旋扭带管的三维流动模型,采用RNG k-ε湍流模型对管内流场进行了数值模拟,得到了流体的流动和传热特性.研究表明：自转扭带管内的流动是复杂的三维螺旋流动.流体在扭带与管内壁环缝区域的轴向速度比光管的大;流体在与扭带宽度等直径范围内的切向速度随半径的增大而增大,流体在扭带与管内壁环缝区域内也存在明显的切向速度,但随半径的增大而减小;而光管内流体的流动只有随机的切向运动,且其切向速度要比扭带管内的切向速度小2个数量级;扭带管流体的径向速度和湍流度也比光管的大.扭带管内流体近管壁区域轴向、切向、径向速度和湍流度的加大,强化了管内的对流传热,其表面传热系数大于光管.另外,速度场的模拟值与激光测试值进行了比较,二者吻合较好.     

对称多入口型旋风分离器的数值模拟

利用Fluent软件提供的RSM模型,使用Simplec算法,对对称多入口型旋风分离器进行数值模拟。通过模拟,分析旋风分离器内的切向速度场、轴向速度场及压力场的分布。结果表明,对称性的结构有助于对称流场的形成,从而保持流场的稳定;切向速度分布有着明显的驼峰特征,轴向速度分布分为上行流、下行流区域,压力为顺压分布。     

两种不同入口结构旋风分离器内涡核摆动的对比

为了探究入口结构对旋风分离器内涡核摆动的影响,采用雷诺应力模型(Reynolds stress model,RSM)对两种不同入口结构旋风分离器内旋转流动进行了气相流场的数值模拟。结果表明,切向速度在截面上呈现明显的非轴对称现象,主要表现为等值线分布不对称,零值所在位置与几何中心不重合,零值靠近壁面的一侧,切向速度较大,零值远离壁面的一侧切向速度较小。直切式旋风分离器内部偏心比(|Δr|/D)多在0.025～0.050,而蜗壳式旋风分离器内部偏心比则多在0.000～0.025,偏心程度明显下降。蜗壳式旋风分离器在90～270°截面和180～360°截面上的旋转中心偏移轴线值(|Δx|和|Δy|)的平均值均减小,蜗壳式旋风分离器偏心距(|Δr|)的平均值相对于直切式减小23.5%。     

90°弯管冲蚀磨损的数值模拟研究

利用FLUENT软件中的DPM模型,对含少量固体的90°液体管道内的冲蚀磨损情况进行了数值计算,得到了90°弯管中冲蚀磨损最严重的部位,并且流体对弯管的冲蚀磨损速率随着弯管中流体速度的增大而呈线性增加,随着弯管中颗粒含量的增加而呈线性增加,且弯管的最佳弯曲半径为R=1.5D或R=2D。     

短接触旋流反应器导叶位置对气相流动的影响

采用雷诺应力模型对不同导叶位置下的短接触旋流反应器内气相流动进行数值模拟,并且用组分输运方程研究了气体在旋流反应器内停留时间的分布规律,分析了导叶位置对反应器内气相停留时间分布、气相流场以及排气管入口短路流的影响。结果表明:不同导叶位置的旋流反应器排剂口处气相停留时间分布曲线相似,而混合反应区内气相停留时间分布曲线仅在时间轴上发生微小偏移;叶片离反应器入口越远,混合反应区内切向速度越小,而排气管下方分离反应区内外旋流切向速度显著增大及准自由涡范围减小;叶片与排气管入口距离减小可以降低附近短路流率,减小催化剂的“跑损”,但也增大了排气管内气流旋转强度,造成不必要的能量损耗增大。     

大长径比直筒型旋风分离器内部流动特性研究

为了探究大长径比直筒型旋风分离器内部的流动特性,采用雷诺应力模型(RSM)对单入口蜗壳式旋风分离器进行数值模拟,从瞬态流场和动态特性两个方面分析不同轴向位置的切向速度分布。同时,运用RMS分析了湍流脉动速度偏离时均速度的程度。结果表明,在瞬态流场中,切向速度等值线在截面上分布不对称,呈现明显的非轴对称现象;主要表现为切向速度零值的所在位置与几何中心不重合,零值偏移的一侧,切向速度较大,偏离的一侧较小。此外,切向速度的动态变化属于高速脉动状态,具有准周期性特点,通过优化结构或操作条件可以改变涡核频率,降低工业震动。在分离空间上部区域,流动不稳定性较大,湍流脉动较强,速度波动范围较大。随着轴向向下,流体能量逐渐耗散,速度脉动逐渐减小。RMS数据表明运动流体从入口段进入旋风分离器,流动不稳定性逐渐增大,达到一定程度后,不稳定性逐渐变小,直至较为平稳。     

RSM与LES模拟旋风分离器流场动态特性的对比分析

为评价雷诺应力模型(RSM)与大涡模拟(LES)两种方法计算旋风分离器动态流场的精度,利用FLUENT14对旋风分离器内气相动态流场特性进行数值模拟及分析,考察了两种方法计算得到的瞬时切向速度分布、切向速度脉动强度及切向速度频谱特性。计算结果与热线风速仪(HWA,Hot-wire anemometer)测量的切向速度数据进行无量纲对比表明,在时均切向速度上,LES的模拟结果比RSM的准确性高;在瞬时切向速度上,LES预测的瞬时切向速度可以反映旋流摆动造成的切向速度的波动特性,呈现出接近实验测量值的高频速度脉动变化;而RSM难以预测瞬时切向速度的波动变化,仅给出低频小幅值的波动。因此采用LES预测旋风分离器流场能够捕捉动态信息,揭示流场的动态特性。     

锥段长度对微型旋流分离器内流场影响的数值模拟

采用CFD软件FLUENT对3种不同锥段长度的微型旋流分离器中的液相流动规律进行数值模拟.模拟结果表明,随着旋流器锥体长度的增加,旋流器内切向速度降低,径向速度减小,轴向速度增大,压降减小,分流比增大.适当加长旋流器长度可获得较佳的分离性能,然而过分增加旋流器长度,分离性能反而会降低.