多相流和湍流模型对平板膜生物反应器模拟的影响

相分布和速度场是浸没式MBR的流体力学特征的核心,这些特征能够通过CFD的多相流模型和湍流模型低成本、高精度地分析。因此,针对浸没式MBR优化结构、缓解膜污染和降低能耗的需求,以MBR流场的快速准确模拟为目标,以国内外3家主要商用浸没式平板MBR为对象,比较了不同多相流、湍流模型对浸没式平板MBR流场、相分布和计算成本的影响,并进行了模拟验证。结果表明,3家国内外浸没式平板MBR的空间构型多根据厂家推荐值设计,其长宽比为1.37±0.63,高径比为0.97±0.23。商用平板MBR的模拟与验证结果表明：①多相流模型对相分布、流场和速度分布的影响比湍流模型更显著,且VOF模型与standard k-ε的模型组合可更为快速准确地模拟浸没式平板MBR的流场特征;②多相流模型选择是计算成本至关重要的影响因素。6核计算时,VOF模型的CPU 时间为mixture模型的5.5~3.2倍,realizable k-ε的CPU 时间为standard k-ε的1.0~1.1倍。     

离心分离型碟式分离机转鼓内部流场数值模拟

针对离心分离型碟式分离机,利用ICEM CFD软件完成转鼓内部流场三维几何模型的建立和六面体网格的划分。选择Fluent软件中的Mixture多相流模型、Realizable k-ε湍流模型和SRF动区域计算模型进行数值模拟。结果表明:离心分离型碟式分离机油水两相分离效果明显,油相出口含油率达99. 96%;油相体积分数分布、压力分布和切向速度沿径向分布符合碟式分离机转鼓内部流场基本理论规律;提升转鼓转速能够显著提高分离机的分离效率,增大水相粒径在一定程度上可以提高分离效率。     

用于多射流撞击式喷嘴的湍流模型比较研究

为获得多射流撞击式喷嘴数值模拟研究中常用湍流模型的适用性和准确性,通过数值模拟分析了常用湍流模型计算的速度场,并与自行搭建的冷态测试实验台上测量的实验数据进行比较。结果表明:S-A模型过高地估计了交叉撞击流和主射流流动的湍流耗散,使得多射流交叉撞击形成的主射流更为平缓且更快衰减为平推流。RNG k-ε模型和标准k-ω模型计算的多射流经过交叉撞击后形成较强的主射流,RNG k-ε模型过度预测了主射流的衰减,而标准k-ω模型对主射流衰减的预测不足。标准k-ε模型、Realizable k-ε模型、SST k-ω模型和RSM模型均能较好地预测轴向速度分布情况,考虑到计算量和计算稳定性,推荐采用标准k-ε模型和Realizable k-ε模型用于多射流撞击式喷嘴湍流流动的数值计算。     

各向异性k-ε湍流模型在Rushton桨搅拌槽三维流场整体数值模拟中的应用

根据搅拌槽内的流动呈各向异性的特点,引入适用于强旋转流场的各向异性k-ε湍流模型,用改进的内外迭代法对有挡板的Rushton桨搅拌槽进行了整体数值模拟.利用文献中对搅拌槽内流场测定结果,给出了适用于Rushton 桨搅拌槽的各向异性湍流黏度系数值.模拟计算得到了搅拌槽内的流场分布和脉动速度分布,并同标准k-e湍流模型计算结果及文献数据进行比较.结果表明,各向异性k-ε湍流模型能成功反映Reynolds应力、湍流动能等湍流特征量,明显优于标准k-ε湍流模型.     

液体射流泵内流场的数值模拟

借助CFDesign 9.0软件平台,基于有限体积法计算连续相控制方程,结合多相流模型中的流体体积模型以及可实现κ-ε湍流模型,对液体射流泵全流场进行了三维数值模拟。     

湍流模型在圆管螺旋流场模拟中的应用与对比

基于计算流体动力学分析软件Fluent,分别采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型及雷诺应力方程模型(RSM)4种湍流模型,对环空圆管内螺旋流单相流体流动进行模拟。重点分析了不同湍流模型计算的速度、速度矢量及涡量场分布,得出在模拟螺旋流道内强旋流方面,RSM具有更为明显的优势。利用量纲一分析方法将数值模拟结果与其他研究者的PIV实测结果对比,验证了RSM数值模拟结果的准确性。从量纲一压力随轴向位置变化曲线来看,环空圆管螺旋分离器虽然结构简单,但依然存在较为复杂的湍流流场分布,如何形成高效、稳定的分离流场是接下来研究的重点。     

气液逆流洗涤器内两相流场的实验研究与数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型和欧拉双流体多相流模型模拟了气液逆流接触洗涤器内的两相流场,将计算结果用实验验证.通过考察两相流速、湍流强度、压降、气含率等参数验证了模型的可靠性,对不同喷嘴结构和操作条件下的泡沫区流场特性进行了模拟分析.结果表明,气液撞击形成的泡沫区湍流强度高,气液两相径向与切向速度较大,轴向速度较小,可用湍流强度大小表征泡沫区的大小.泡沫区占整个洗涤器的体积分数β随气液质量流量比增大先增大后减小,气液质量流量比为0.0096时达峰值;随进液轴/切流量比增大β先增大后减小,流量比为0.66时达峰值.喷口直径为8 mm、切向进液倾斜角为60°时气液传质效果最好.     

焦炭塔高压切焦水射流的CFD仿真及其对塔体安全影响评估

借助CFD软件Fluent和FE软件ANSYS,分析评估焦炭塔除焦阶段提高泵压后的高压切焦水射流对塔体安全的影响。采用标准k-ε湍流模型和适于自由表面流的VOF多相流模型,模拟高压水射流在塔内空气中湍流状况;获得射流压力、速度和二相组分的分布规律,与实验结果相符。分别对在水射流和自重载荷下的焦炭层与焦炭塔的应力强度进行有限元分析。在分析焦炭塔的应力强度时,通过在内壁节点施加非均匀切向力来模拟焦炭重量,从而建立不含焦炭、高效简化的切向力模型。     

分布孔大小对环流反应器内流动影响数值模拟

采用k-ε二方程模型和欧拉多相流模型,对一种气升式环流反应器内的湍流气液二相流进行了全尺寸的数值模拟研究,考察了采用具有不同大小分布孔气体分布器时反应器内气含率和流速分布的细节。模拟结果表明采用小分布孔的反应器内的平均气含率较高,气液二相接触效果较好,对于反应过程有利。计算所得的整体气含率与实测的整体气含率进行了对比,吻合较好。     

焦炉煤气脱硫吸收塔两相流场计算流体力学数值模拟

以商业化软件FLUENT为计算平台,将计算流体力学(CFD)与两相流流动结合起来预测复杂吸收塔内的两相流动情况。计算在三维体系中展开,在满足收敛以及质量守恒条件后,得到了稳态条件下的单相流场,并引入欧拉多相模型和多孔介质模型,对单相流含填料流场和两相流场进行了计算。计算结果表明,使用标准k-ε湍流模型和欧拉-欧拉多相流模型可以模拟出脱硫吸收塔内的复杂流场,呈现出极好的对称性并且流场的各项性质定性正确,可以确定塔结构及操作参数均已达到要求;多孔介质项对于塔内两相逆流的速度差起到了较好的平衡作用,与填料塔中的预期结果定性相符,同时说明该模型可以较好地完成对散装填料的模拟,在计算中表达出其应有的性质。     

湍流模型对钝体燃烧器流场模拟的影响

湍流燃烧过程涉及燃烧反应和湍流在微小时间和空间尺度上的耦合,因此湍流模型的有效性对燃烧器流场CFD模拟的准确性有重要影响。采用5种k-ε类和k-ω类两方程模型和雷诺应力模型模拟了钝体燃烧器内冷流流场,并采用PIV测量方法进行了实验验证。比较和分析数值模拟和PIV实验结果发现,不同湍流模型的模拟结果在诸如速度分布和涡结构上存在较大差别,标准k-ε模型和RNGk-ε的模拟流场最接近本文的实验结果。     

黄磷受磷槽两相流场数值模拟

以计算流体力学（CFD）技术为基础,对受磷槽内黄磷沉淀及液液两相流动进行数值模拟。模拟结果表明,受磷槽内水相流动状态十分复杂,且流动趋势不受进口流量的影响。黄磷累积量随进口量改变而改变,但黄磷流动速度变化较小。欧拉多相流及k-ε湍流模型能够较好地描述受磷槽内黄磷分布状态及流体流动状态,模拟结果具有较高的可靠性。     

气升式环流反应器数值模拟研究进展

气升式环流反应器是一种结构简单,传质、传热效率高的多相反应器,反应器性能受物性参数和结构参数的影响,由于两相和三相流的复杂性,使得其在工业化设计放大和应用过程中存在困难。论述了气升式环流反应器内相间作用力类别和计算模型,对应用于气升式环流反应器模拟计算的简化模型、两相流模型和k-ε湍流模型进行总结,在分析现阶段气液两相流理论的基础上,明确反应器内不同流动形态下相间作用力、气泡的分散机理、气泡对湍流的影响、流动模拟模型的选取标准,能有效提高气升式环流反应器模拟的准确性及模型的普适性,为反应器的设计放大及传质模拟计算提供更加可靠的理论依据。     

环形紫外消毒反应器流场数值模拟

采用计算流体力学软件FLUENT模拟环形消毒反应器的内部流场,选用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型、RSM模型模拟湍流应力,并将模拟结果与PIV实验结果进行对比。研究表明:CFD数值模拟的方法可以有效获得环形紫外消毒反应器的内部流场;其中标准k-ε模型的模拟结果与PIV实验结果最为接近,能更好地模拟环形紫外消毒反应器的内部流场。     

孔盘式液体分布器内液体流动对布液孔出流均匀性的影响

借助包括双欧拉均相多相流模型、VOF界面追踪方法和SST k-ω湍流模型的CFD模型,对孔盘式液体分布器内的流场对布液孔出流均匀性的影响进行研究。首先以单孔流动时的液体流量为标准值,通过与标准值的偏差来评估布液孔的出流不均。根据偏差的大小,可以衡量分布器内流动对布液孔出流的影响。然后结合孔前流动区概念对模拟结果进行分析,发现布液孔出流不均是由分布器内液体流动不均造成的。最后,提出了通过改变进料管位置来优化盘式液体分布器结构。计算结果表明,改变进料管的位置可以避免大规模不良分布,进而提高液体分布器的性能。     

基于Fluent的硫酸钾结晶器实验验证及优化设计

为优化硫酸钾结晶器结构以获得优质硫酸钾晶体,研究了硫酸钾结晶器在搅拌桨作用下的流场分布、流体动力学性能以及混合效率,建立结晶器三维模型,应用Standard k-ε湍流模型和欧拉多相流模型进行数值仿真,揭示结晶器内三维流动形态,研究内部流体流动规律,分析其流速分布,并应用PIV测试数据和混匀时间测定验证了三维湍流数值模拟结果的准确性,最后完成工业结晶器结构优化,将搅拌桨直径由70 cm增至90 cm,高度由100 cm降至67 cm,优化后混合效率和固相颗粒均匀性得到提升。     

三种湍流模型下搅拌釜内气含率特性的模拟

采用计算流体力学（CFD）方法,应用Euler-Euler双流体模型,桨叶采用多重参考系法（MFR）,与考虑气泡聚并与破碎对气泡尺寸影响的群体平衡模型（PBM）相结合,比较了标准k-ε、Realizable k-ε和RNG k-ε3种湍流模型对双层涡轮搅拌釜内气-液两相液相流场、局部气含率及气泡尺寸分布的影响。结果表明：3种湍流模型预测的液相流场流型相似,总体气含率预测值相差不大,均与实验值吻合较好。对于局部气含率,标准k-ε和RNG k-ε模型在桨叶区的预测值偏大,在接近自由液面处三者预测值均偏低,Realizable k-ε模型预测结果与实验值符合最好;对于气泡尺寸,3种湍流模型预测结果均与实验值较吻合,在靠近自由液面处预测值均偏小,气泡尺寸分布与湍流长度分布相吻合。     

三通管内冲蚀磨损的数值计算与试验研究

以三通管为研究对象,采用试验和数值计算相结合的方法,确定了数值计算模型。湍流模型选择RNG k-ε模型,多相流模型选择DPM模型,并分析了三通管内的流场和冲蚀磨损严重部位。结果表明,三通管中冲蚀磨损最严重的位置在入口直管和出口支管相贯处。     

溶气气浮池气液两相流二维数值模拟

采用计算流体力学软件FLUENT对溶气气浮池进行了二维数值模拟,分别对液相单相流动和气液两相流动进行了研究。模拟采用了RNG k-ε湍流模型,气液两相流的模拟采用了欧拉模型。计算得到了溶气气浮池内液相流场情况和气相在溶气气浮池内的体积分数分布,模拟结果与实验结果符合。     

NST分解炉风煤料配合情况的数值模拟研究

根据某公司4000 t/d水泥熟料生产线热工参数测定结果,运用计算流体力学(CFD)数值模拟对其NST分解炉内气流场、煤粉/气流两相流场及其燃烧状态进行分析.其中,对连续相、颗粒相的计算分别采用k-ε双方程湍流模型和离散相模型;对离散相与湍流之间的相互作用采用随机跟踪模型.燃烧计算则采用有限速率/涡耗散模型.模拟结果表...