高气液密度比的传热相变复合模型

为研究两相流动中热量传递机制,基于格子Boltzmann热模型及大密度比模型,将相变源项引入到控制两相密度分布函数中,来描述温度场对气液相变的影响,提出了一个可以描述气液密度比达到2778的传热相变复合模型。通过对压力速度分布函数的回归修正克服了气液密度比过大造成的数值不稳定问题。模拟了溴化锂水溶液中双气泡的上升运动过程及周围的温度场分布,研究发现：双气泡上升时,碰撞前上方气泡温度高于下方气泡,碰撞时,两气泡间液桥打开,发生热量传递,气泡内部温度变得均匀;双气泡体积先减小再增大,碰撞时体积达到最大值,在融合成一个气泡后体积逐渐缩小,最终趋于稳定;初始气泡的体积越大,气泡上升过程中的速度越大。     

液-固流化床中单个变形气泡的上升速度

以气泡在上升运动过程中的受力分析为基础,建立了描述单个变形气泡在液－固流化床中上升速度的理论模。应用该模型分别对球形和球帽形气泡在液－固流化床中的上升速度进行了计算,并将计算民在不同的床内压力,温度与颗粒相体积分数下气泡上升速度的实验测量数据进行了比较。     

搅拌反应器内气液两相流的CFD研究进展

搅拌式气液反应器因其操作灵活、适用性强等优点,在过程工业中应用广泛.综述了采用计算流体力学CFD技术对搅拌反应器内气液两相流动行为的数值模拟研究.Euler-Euler双流体模型作为主要方法用于描述气液两相流动,在其基础上耦合相对简单的气泡数密度函数模型或复杂的群体平衡模型,可较为准确地预测搅拌反应器内气泡尺寸和局部气含率及其分布规律.CFD模拟结果可用以分析和评价不同搅拌桨叶、搅拌桨组合和气体分布器的气液分散性能,对气液反应器的结构优化和过程强化提供了有效手段.     

高温气体穿越液池过程气液传热传质数值分析

建立气液二相间动量、热量及质量同时传递数学模型,数值模拟了高温气体穿越液池气液直接接触热质传递规律。模型中考虑了气泡破碎、聚合以及冷却水蒸发等因素的影响。数值模拟获得了液池内气液二相温度变化规律,探讨了液池内表观气速、气泡尺寸以及进入液池气体温度等因素对液池内气液二相温度分布特性的影响。计算结果与实验值吻合较好,验证了模型的可行性。数值模拟结果表明:高温气体在进入液池后,首先经历一个剧烈的气液热质交换过程,存在一个较大的温度梯度变化,而随后气体温度变化趋于平缓;随着液池内表观气速的降低,池内气体温度降低;最大冷却水蒸发速率和最高气体温度均出现在靠近下降管出口的区域。     

不同出入口条件下气液喷射器喷射性能的数值模拟

针对气液喷射器传统二维几何模型和模拟中未考虑温度导致气液相变的不足,建立三维几何模型,导入考虑时间、温度影响的气液相变UDF程序,用CFD软件模拟气液喷射器喷射性能.40000 s条件下有相变的模拟结果与实际情况符合较好.改变气液喷射器出入口气液相的速度和压力条件,得到气液喷射器轴线速度、压力、温度、引射比及气液相体积分数等参数.结果表明,随液化天然气(LNG)入口速度增加,气液喷射器引射比增大,合理的LNG入口速度能使喷射器内各相体积分数及引射比趋于稳定,有利于喷射器正常喷射;随混合出口压力增加,引射比减小,LNG体积分数增大,过大的出口压力会导致气液喷射器内喷射偏斜、扩散室出口气相闪蒸汽(BOG)液化现象,不利于喷射器正常喷射.液相入口速度11~12 m/s、混合出口压力0.101~0.304 MPa时,气液喷射器喷射性能最优.     

气固流化床内鼓泡行为的离散颗粒数值模拟

采用离散颗粒数值模型探讨了气固流化床内多个气泡的运动规律. 数值计算考虑了颗粒与气体的相互作用以及颗粒间的相互作用,颗粒与气体的相互作用采用Gidaspow阻力修正公式,颗粒间的相互作用则采用硬球碰撞模式描述. 给出了一种在二维非结构网格下精确计算颗粒体积分数及两相全隐耦合求解颗粒速度的方法,同时,在硬球模型中对颗粒碰撞事件采用散列表的处理方法,大大提高了计算效率. 数值计算结果表明,由于多个气泡的相互作用而导致气泡的横向运动显著,气泡运动轨迹与气泡形状依赖于流化床内静压力的分布,气泡总是选择压力小、压差梯度大的路径上升,这一现象与气液分离流中气泡的运动规律类似.     

吹气发泡法制备闭孔泡沫铝发泡过程的三维数值模拟

吹气发泡法制备闭孔泡沫铝的过程实质上是搅拌流场中复杂的两相流动过程,应用计算流体力学方法分析由倾斜轴倾斜叶片引起的发泡熔池内气液两相强旋湍流流动过程. 在双流体模型基础上引入多重参考系法描述搅拌两相流场,通过分析相间相互作用及湍流模型进行封闭. 解气泡数密度函数的输运方程来分析气泡聚合和破碎引起的气泡尺寸变化. 应用体积积分的方法,计算平均及局部气含率及气泡直径. 考察了桨叶转速及气体流率对气泡直径及其分布的影响. 结果显示,气含率随桨叶转速和气体流率增加而增大;气泡直径随气体流率增加而增大,随桨叶转速增大而减小.     

微反应器内入口结构对Taylor气泡形成过程的影响

采用计算流体力学方法,考察了微通道入口结构、气液比及两相混合速度对Taylor气泡形成过程的影响,模拟结果与可视化实验符合良好。与单纯流体体积法相比,水平集法(level set)和流体体积法(volume of fluid)相耦合的方法(coupled level set and volume of fluid method,CLSVOF)可获得更精确的气液界面,且CLSVOF法结果与实验结果更符合。数值模拟结果发现,通道入口结构及气液比对气泡长度、气泡生成频率及气泡体积有很大影响。气液比恒定,不同通道入口结构,两相混合速度对气泡长度有不同影响。     

微反应器内入口结构对Taylor气泡形成过程的影响

采用计算流体力学方法,考察了微通道入口结构、气液比及两相混合速度对Taylor气泡形成过程的影响,模拟结果与可视化实验符合良好。与单纯流体体积法相比,水平集法（level set）和流体体积法（volume of fluid）相耦合的方法（coupled level set and volume of fluid method,CLSVOF）可获得更精确的气液界面,且CLSVOF法结果与实验结果更符合。数值模拟结果发现,通道入口结构及气液比对气泡长度、气泡生成频率及气泡体积有很大影响。气液比恒定,不同通道入口结构,两相混合速度对气泡长度有不同影响。     

不等粒径流化床的软球模拟

基于颗粒轨道模型,提出了粒径分别服从均匀分布与正态分布的软球方法,其中流体运动用Navier-Stokes方程描述,颗粒运动服从牛顿第二定理.模拟了不等粒径流化床中的气泡和节涌现象,并分别研究了表观气速、颗粒刚度系数、粒径分布不同时,固相颗粒的速度分布规律.其研究结果表明：分布板结构和表观气速对气泡行为有一定影响,随表观气速的增加,气泡形成、上升、破裂的速度加快;并且刚度系数越大,颗粒轴向速度随时间衰减越快;宽粒径分布的颗粒轴向速度大于窄粒径分布的颗粒轴向速度.     

三相循环流化床中气泡上升速度的实验研究

开发了一种新型的光纤探头多相流气泡测试系统,可用于气－液两相和气－液－固三相体系中气泡参数的测定。应用此系统研究了三相循环流环化床中不同径同位置气泡的上升速度分布,气泡上升速度均值的径向布以及操作条件对这现任中分布的影响。     

气-液-固三相逆流化床热量传递研究

在内径0.152 m,高2.5 m的气-液-固三相逆流化床中系统研究了热量传递特性特性。获得了气体和液体速度及聚乙烯和聚丙烯颗粒密度对内置加热器与床层间热量传递系数的影响规律。研究结果表明密度相对高的聚乙烯颗粒的逆流化床的热量传递系数比密度相对低的聚丙烯颗粒的逆流化床的热量传递系数大;随着气体速度的增加,热量传递系数增加。然而,随着液体速度增加,热量传递系数具有最大值。在热量传递系数达到最大值时对应的液体速度随着颗粒密度或气体速度的增加而降低。     

国外简讯

气—液—固流化床中气泡特性的分布本文在内径76.2毫米的塔内研究了顺流气—液—固流化床中气泡的行为。采用3毫米、6毫米或这二种颗粒混合的玻璃球,并利用一种新的双电阻探头测试气泡的大小和上升速度。实验得出在气—液—固流化床中气泡性质的分布可分为三种流动区域:扩散气泡流动区域;聚并气泡流动区域和节涌气泡流动区域。气泡上升速度强烈地依赖于流动区域。在节涌流动区域气泡上升速度呈现出最宽的分布,依次是聚并流动区域和扩散流动区域。用双电阻探头测得气泡尺寸的分布能表示成对数—正态分布。平均气泡尺寸也强烈地     

微旋流混合器中液体混合特性CFD-PBM数值模拟

微旋流混合器是一种由微旋流气浮演化而来的设备，可以强化物料的混合与传质。文中研究利用CFD-PBM计算模型，研究微旋流混合器内气液两相分布，考察微旋流混合器内流体颗粒粒径分布及变化特性。分别以空气和液相作为气液两相，研究不同气、液相入口流速下的流场形态与相关流体力学参数。结果表明：通入气相会诱导设备内部产生新的循环流动形态，增强宏观混合，直径大于4.0 mm的气泡无法在内筒中的旋流环境中稳定存在，并随着旋流速度逐渐减小，气泡发生聚并，最终演化为4.0—10 mm直径的气泡流出。增加液相入口速度可以增加整体流动速度，同时增加气相体积分数，气相体积分数最高可达到18%。随着气相流速增加，在微旋流混合器内筒下端形成连续空腔。     

鼓泡塔反应器气液两相流CFD数值模拟

对圆柱形鼓泡塔反应器内的气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,模拟的表观气速范围为0.02～0.30 m•s^-1; 模拟采用了双流体模型,并耦合了气泡界面密度单方程模型预测气泡尺寸,该模型考虑了气泡聚并与破碎对气泡尺寸的影响。液相湍流采用考虑气相影响的修正k-ε模型,两相间的动量传输仅考虑曳力作用。模拟获得了轴向气/液相速度分布、气含率分布、湍流动能分布以及气泡表面面积密度等,对部分模拟结果与实验值进行了定量比较,结果表明模拟结果与实验结果吻合较好。     

档板流化床中最大气泡尺寸和上升速度的测定

研究流化床的过程中,往往采用气泡模型和两相模型。这些过程的流动、传递和化学反应的转化率一般都可以和气泡的特征量,主要是气泡大小和上升速度关联起来,所以前人研究了各种条件下气泡的生长、长大、运动以及分布的规律。在档板流化床中,由于流化床中加设了水平内部构件,增强了气泡相和浓相之间的气体交换,减少了气相返混及延长了气泡在反应器中的停留时间,为此改善了气固接触。相间交换系数亦与气泡流上升速度和气泡大小有关。所以研究气泡的行为,特别是研究气泡的上升速度和气泡大小的关系是极为重要的。     

流体振荡器气泡碎化特性数值模拟

为了探究流体振荡器中气泡碎化特性，采用重整化群(RNG) k-ε湍流模型和流体体积函数(VOF)多相流模型研究流体振荡器中的气液两相流。通过数值模拟分析了气泡在流场中的变形和破碎行为，考察不同流动参数对气泡破碎的影响。同时进行可视化实验，用实验结果验证了模拟的准确性。结果表明,流体振荡器可作为一种新型气泡发生装置。振荡频率越高，流体振荡器中的气泡碎化效果越好；随着液速增大，气泡变形程度加剧，破碎概率增加，生成子气泡也越多；剪切应力和涡流碰撞是导致气泡破碎的主要机制；射流振荡促使气泡向振荡腔壁面偏移，气泡初始直径越大，水平偏移量越大，越容易发生破碎。     

下降管内热质传递的数值模拟及结构改进分析

为了研究气化炉激冷室下降管内气液两相的流动特性,对下降管内热质传递过程进行模拟研究。通过VOF模型捕捉气液界面变化,采用蒸发冷凝模型计算相变传质速率,采用Rossel and辐射模型获取辐射作用对气液两相换热的影响,研究了下降管渣口型式及内径改变对下降管气液两相的影响。结果表明：高温气体从下降管进口到出口,温度逐渐下降,液相沿下降管形成一层液膜,且液膜厚度逐渐减小;渣口型式从宝塔型变为阶梯型后,下降管内径增大,下降管内高温区域相对增大,进口处的温度梯度减小,上下部分液膜厚度差略大;负荷越高,下降管内高温区域越大,出口温度也越高。     

双T型微通道气液液三相流型分布数值研究

近年来微尺度气液液三相流因其独特的流动传递特性,成为各领域的研究热点。气液液三相流动流体成分多,自由度较高,这也使得流型和分散尺寸的调控成为研究的基础和难点。为了研究双T型微通道内气液液三相体系特征流型的分布情况,对不同流速及通道入口尺寸条件下的三相流动进行了数值模拟,采用流体体积函数(VOF)模型,以辛烷为连续相,水和空气为分散相。首先考察了在辛烷入口尺寸为0.1 mm,单相流速调控下的流型演变,得到了以JG+JO为横坐标,JW为纵坐标的三相流型分布图。结果表明,当辛烷入口尺寸缩小到0.05mm时,复乳型液滴被"含有气泡的液液平行流"替代;三相交替流型特征明显,两级通道后的气泡、液柱尺寸分布也呈一定规律发展。     

竖直上升气液泡状流数学模型封闭的研究

竖直上升管气液两相流广泛应用于相变传热、核反应堆等工业过程。本文以竖直上升气液两相流为研究对象,运用欧拉双流体模型,针对表观液速为0.45m/s、表观气速分别为0.015m/s和0.1m/s的泡状流数值模拟过程中的升力、壁面润滑力、湍流扩散力、气泡诱导湍流（BIT）等封闭模型,开展数值模拟比较研究。模拟发现：①低气速泡状流中,升力和壁面润滑力的同时加入能够改善壁面附近的气含率,气泡在这两个力作用下在径向上达到一个相对平衡,得到与实验气含率类似的壁面峰,模拟的液相速度较合理;低气速时,BIT的影响可以忽略。②高气速泡状流中,BIT对气-液两相流的模拟结果影响比较明显,湍动耗散源项的加入能使液速分布的模拟结果得到改善,Troshko模型相对Sato模型更能反映气泡诱导湍流对液相湍流的作用。③高气速时升力的引入使气含率产生壁面峰,加入湍流扩散力能使峰值略微降低,但仍没有解决高气速时引入升力出现的气含率壁面峰问题,说明在径向上湍流扩散力还不足以抵抗升力。