固液两相流离心泵内颗粒运动规律的数值研究

针对分析固相参数对颗粒在流道内运动规律影响的问题,对不同固相参数工况下流道内颗粒运动轨迹、固相速度分布和颗粒雷诺数分布规律进行了研究,对颗粒直径以及颗粒浓度对颗粒运动规律影响进行了归纳。应用RNG k-ε湍流模型以及离散相模型进行了离心泵内部固液两相流场数值模拟。研究结果表明,颗粒与蜗壳碰撞的次数随着直径和颗粒浓度的增大而减少;叶轮流道内,颗粒与叶片发生碰撞的位置在叶片工作面;流道内的固相速度随着直径的增大整体会有减小的趋势;蜗壳和叶轮流道内两相分离严重,两相滑移速度较大。     

影响螺旋滚筒装煤性能的因素分析

为研究多因素影响下螺旋滚筒的装煤性能,通过对煤炭颗粒的运动进行分析,建立了螺旋滚筒装煤的数学模型;基于煤样测试结果结合莫尔-库伦强度理论,对煤壁离散元模型中相关粘结参数进行设置,建立螺旋滚筒装煤的离散元模型。通过数值模拟得到装煤过程中煤炭颗粒的运动分布,对不同统计区域内煤炭颗粒质量统计得到了螺旋滚筒截割过程中的装煤率变化规律。对具有不同结构和运动参数的螺旋滚筒装煤过程进行了四因素四水平正交试验,分析了不同因素对滚筒装煤性能的影响权重,其中螺旋升角的大小对其装煤效率的影响最大,牵引速度和截割深度次之,滚筒转速对装煤率的影响最不显著。研究结果为螺旋滚筒的结构设计及其装煤性能提高提供了一种新的方法。     

颗粒流撞击壁面的离散元模拟

为了解决催化裂化装置中催化剂颗粒的磨损、撞碎等问题,首要解决催化剂颗粒的运动特性问题,为此将离散元数值模拟的技术应用到催化剂颗粒撞击壁面的模型中,简化了催化剂颗粒撞击壁面的模型为颗粒流撞击壁面模型,开展了颗粒流撞击壁面的离散元分析;建立了颗粒流中随机标记颗粒的速度与时间、位移与时间的关系,及整个颗粒流的动能与时间的关系;追踪了标记颗粒的运动轨迹,解释了颗粒流撞击壁面产生不规则分布的原因;提出了分段区间随机取样求得壁面平均应力的方法,在不同入射速度下对壁面产生的平均应力大小进行了对比分析。研究结果表明,入射颗粒流的速度对壁面应力的影响呈不稳定性,不同的入射速度影响壁面的平均应力大小,且在一定范围内入射速度越大,壁面的应力越大。     

烟气转换阀流场特性及颗粒随机轨道的数值模拟

运用计算流体动力学（CFD）方法对烟气转换阀中的离散两相流场进行了数值模拟。在考虑气相与颗粒固相之间相互作用的前提下,对气相采用带旋流修正的k-ε模型,对颗粒固相采用随机轨道模型,成功地模拟出颗粒的运动轨迹。计算结果表明：阀体内的流场分布可分为4个区域,每个区域内的压力和速度分布存在明显不同的特征;另外,颗粒粒径、颗粒在入口的初始位置对颗粒运行轨迹和时间有很大的影响。该方法为阀体结构的优化设计提供了理论依据。     

一维振动式滚磨光整加工颗粒流场的离散元模拟分析

为研究一维振动式滚磨光整加工中不同振幅、频率、筒宽下的颗粒流场分布及运动特征,基于离散元法对滚磨光整加工过程进行数值模拟与分析.研究发现:加工过程中,颗粒群可根据颗粒位置分为上中下三层,上层颗粒速度波动较大,且在一段时间后,颗粒速度会处于动态平衡状态;中层和底层颗粒速度始终在一定范围内波动,且具有周期性;不同层域的颗粒开始运动后都会有爬升,一段时间后处于动态平衡,上层颗粒的爬升值最大,底层颗粒的爬升值最小;随着频率和振幅增加,颗粒的爬升高度增加;筒宽越宽,爬升高度越小.     

斗轮挖掘机取料过程的离散元仿真分析

采用离散元法对WUD 400/700型输煤斗轮挖掘机的取料过程进行数值模拟,分析了颗粒的运动形态与速度分布、不同进给速度对取料效率的影响、不同铲斗几何结构对工作载荷的影响。结果表明:离散元仿真切屑体积的变化趋势与理论切屑体积的变化过程相符,证实了仿真模型的正确性;当斗轮转速为5 r/min时,斗轮挖掘机分层分段取料作业的最优进给速度为0.35 m/s;椭圆曲面铲斗的工作载荷σP明显小于圆弧曲面铲斗的σP,铲斗前壁的σP小于后壁的σP。本研究显示离散元仿真是分析输煤斗轮挖掘机取料过程的一种有效数值手段,可为斗轮挖掘机进给速度的合理选择、铲斗几何结构的有效改进提供参考。     

离心压缩机内固粒运动规律与冲蚀磨损的数值模拟

针对离心压缩机叶轮的冲蚀磨损问题,利用FLUENT中离散相模型、质量冲蚀率模型,对压缩机内部不同粒径的固体颗粒的运行轨迹、运动速度、偏聚浓度及造成的叶片冲蚀率的分布进行了数值模拟。结果表明:粒径为5~20μm的绝大部分的固体颗粒流经大叶片压力面附近流道;固体颗粒在运动到叶片前缘过程中速度迅速升高,在压力面腹侧会有所减小,后缘处重新升高;大叶片后缘根部固体颗粒浓度高、运行速度快,冲蚀磨损严重,且固体颗粒直径越大对大叶片压力面造成的冲蚀磨损越严重。     

混凝土泵送中管壁磨损过程的离散元模拟研究

建立了混凝土离散元模型,并通过L箱流动实验校核了该模型,得到了计算参数。采用该模型及得到的参数对混凝土泵送过程进行数值模拟,其中,以颗粒对管壁的冲击力和平均力表征壁面磨损程度,对泵送过程中管壁磨损过程进行研究。分析了泵送速度、弯管角度等因素对管壁磨损分布的影响,预测了最易磨损位置。结果表明：弯管管壁磨损随着泵送速度的增大而增大,随着弯管角度的增大而增大,模拟结果与实际泵送过程中观测到的最易磨损位置吻合较好。     

风沙跃移运动的数值模拟

根据纳维-斯托克斯方程,分析风沙流的特征和风沙运动的基本规律,推导出流体相控制方程。采用离散单元法和硬球模型对单颗沙粒碰撞规律进行分析。微观上通过建立风沙运动颗粒碰撞的数学模型,如跃移颗粒在空间上的碰撞等,得出颗粒的运动规律,同时模拟出颗粒的受力状况、沙粒速度随高度的变化规律以及输沙量随高度的分布状况。     

基于离散元法的曲轴滚磨光整加工机理分析

提出一种曲轴滚磨光整加工工艺。将离散元法应用于曲轴滚磨光整加工分析,通过三维EDEM软件建立曲轴滚磨光整加工动态模型,对料箱内磨料颗粒系统的运动过程进行可视化仿真。通过分析加工过程中磨料颗粒的位置、速度以及磨料颗粒对曲轴的接触力,探讨同一周期内不同位置磨料颗粒系统速度场分布对加工效果的影响,分析磨料颗粒系统平均速度随加工时间变化的规律,研究磨料颗粒系统与曲轴之间的平均接触力,这对于提高曲轴滚磨光整加工技术具有积极的意义。     

液动压悬浮抛光中磨粒与工件表面作用的数值模拟研究

针对液动压悬浮抛光固-液两相流中固相磨粒与工件表面撞击的过程中,对磨粒以不同的速度和不同的角度撞击工件表面后残余应力沿工件深度方向的分布规律进行了研究,利用ABAQUS软件建立了单颗磨粒撞击工件表面的三维有限元模型。对磨粒流撞击工件表面时的速度场进行了输出,利用PFC/3D软件建立了磨粒流撞击工件表面的三维离散元模型。研究结果表明:随着撞击角度和速度的增大,在工件表层形成的压应力场会增大,沿深度方向残余应力值急剧下降,磨粒流中磨粒间的撞击对磨粒撞击工件表面的速度场影响不大。     

基于EDEM的立轴破碎机转子对物料粒径加速效果的研究

运用离散元方法,分析颗粒在相对坐标系下的运动行为轨迹,采用离散元软件EDEM仿真各粒径物料在新型转子中加速,并进行动力学分析,综合物料加速过程中速度和受力变化,表明颗粒在加速过程中受摩擦力、离心力和颗粒间挤压力的综合作用,并随粒径的变化而变化,粒径越大,相对运动连续性越差,且冲击磨损冲击板越剧烈,30mm左右粒径时,加速过程平稳有效.     

基于离散相模型的旋风分离器内部流场数值研究

针对旋风分离器内部流场的研究,采用数值模拟的方法模拟了分离器内固体颗粒的运动轨迹。通过分析不同粒径及入口速度对旋风分离器内固相颗粒运动轨迹的影响,探索了颗粒在旋风分离器中运动的物理机理,随后对旋风分离器的灰斗长度进行了优化。结果表明:颗粒在旋风分离器中运动轨迹比较复杂,且同时受到入口速度和粒子半径的影响,相同粒径颗粒在不同入口速度下运动轨迹不同,且小粒径颗粒较容易受到入口速度的影响,旋风分离器在标准灰斗长度下的分离效率及分离性能最好。模拟结果可为工程实际应用提供一定的理论指导。     

三维流固两相流的颗粒群轨道柔性模型

将离散单元法(DEM)拓展到三维流固两相流的数值模拟中，提出了颗粒群轨道柔性模型。即在Euler坐标系中表达流体连续相，在Lagrangian坐标系中运用离散单元法表达颗粒离散相，同时考虑颗粒和流体的双向耦合作用，对三维管道中的气固两相流的建模和典型实例进行了可视化的数值模拟。     

立体网状静电传感器空间灵敏特性研究

提出一种全新的立体网状静电传感器,以克服现有静电传感器对流场内速度分布无法测量的不足。通过建立立体网状静电传感器的三维仿真模型,利用有限元分析法获得了立体网状静电传感器的灵敏度空间分布规律,并对其动态灵敏度进行了分析。结果表明:立体网状静电传感器具有局部敏感特性,对于管内颗粒分布比较敏感。而且由于其极棒间相互交错的特性,可以探测到颗粒的运动方向;传感器的动态灵敏度可以反映带电颗粒在各个极棒间的空间位置及其速度,即带电颗粒距离极棒交织点越近,速度越快,动态灵敏度越大。最后通过重力输送颗粒实验,证明理论分析的结果与实验结果一致,从而为立体网状静电传感器实现颗粒流动参数测量提供了理论依据。     

基于PFC3D的平煤装置建模与平衡分析

为优化平煤装置的结构参数,采用PFC3D离散元软件对平煤装置进行仿真和分析。通过使用PFC3D离散元软件对装载煤粒车厢进行建模,并利用该软件中的HISTORY命令追踪分析模型的平衡状态,保证了平煤装置结构的优化能在一个平衡的离散元车厢模型中进行。     

中心给粉旋流燃烧器气固两相流动的数值模拟

电厂采用的煤粉燃烧技术应达到稳燃、低污染、防结渣及防高温腐蚀的要求。中国电厂燃用煤的煤质偏差,煤种多变。在燃用这些煤的时候,锅炉的稳燃能力较低。针对这些问题,提出中心给粉旋流煤粉燃烧技术。由于燃烧器的气固流动特性对燃烧器的性能有很大的影响,利用可实现的k-ε和Lagrangian随机轨道模型对中心给粉旋流燃烧器的气固两相流动进行数值模拟,并将计算结果和三维相位多普勒测速技术(Phase-Doppler anemometry,PDA)试验结果进行详细比较,计算值和试验值速度分布的趋势基本相同。计算和试验结果表明,在轴向方向产生了回流区,切向速度分布出现典型的Rankine涡结构,中心线附近区域的径向速度小。当颗粒的轴向速度衰减为0之后,颗粒的运动方向发生偏转,开始向后上方运动。颗粒迂回型运动轨迹延长了煤粉在回流区中的停留时间。     

基于CUDA技术的振动筛离散颗粒运动仿真

在以往筛分过程中,对筛分效率和透筛率的计算均采用传统的和基于概率统计的方法。本文基于离散元理论,采用CUDA技术,利用GPU高并行度、多线程、强大计算能力和极高存储器带宽的特点,模拟大规模颗粒在筛分过程中的运动情况。在此基础上,寻找对离散元数值计算的可行方法,并改进程序,使其能高效地模拟颗粒运动,为相关结构的改造提供依据。     

超声空化对细微流道中固体颗粒的运动特性研究

针对细微流道中的多相流调控问题,研究超声空化效应对微流道内固体颗粒运动特性的影响。利用Fluent有限元技术对空化气泡溃灭的过程进行模拟,得在超声声压作用于近壁区的气泡时,气泡凹陷、破壁、溃灭的演变过程,并对其周围流场的速度矢量分布进行研究,仿真结果显示,空化气泡溃灭能够产生射向壁面的高速微射流,其最大速度达到28m/s,进而确定细微流场观测实验的最优参数;利用高速摄像机对细微流道中气泡的演变过程进行观测实验,并与仿真实验结果进行对照,观测实验结果表明,利用超声空化效应能够实现对固体颗粒向流道壁面运动的有效引导,为实现细微流道的流场调控、提高加工精度等问题提供理论支持。