水平90°弯管内固液两相流动的数值模拟

为研究90°弯管内固液两相流动特征,采用多相流混合模型对水平90°弯管内水和沙粒固液两相流动进行数值模拟,分析弯管典型横截面上二次流现象,讨论其发展变化对沙粒浓度分布的影响.模拟结果显示:当Re=5×104时,随着入口沙粒浓度升高,弯管出口横截面中心区域混合流体速度趋于更均匀分布,随着入口沙粒直径增大,沙粒快速积聚于管道下侧,形成堆积;当Re数增大到2×105时,在相同沙粒直径下,弯管出口横截面混合流体速度分布变化不大,除管道下侧区域外,沙粒浓度分布变得更均匀.与实验结果对比表明,该模型可用于弯曲管道内固液两相流动特性的有效计算.     

水平90°弯管内固液两相流动的数值模拟

为研究90°弯管内固液两相流动特征,采用多相流混合模型对水平90°弯管内水和沙粒固液两相流动进行数值模拟,分析弯管典型横截面上二次流现象,讨论其发展变化对沙粒浓度分布的影响。模拟结果显示:当Re=5×104时,随着入口沙粒浓度升高,弯管出口横截面中心区域混合流体速度趋于更均匀分布,随着入口沙粒直径增大,沙粒快速积聚于管道下侧,形成堆积;当Re数增大到2×105时,在相同沙粒直径下,弯管出口横截面混合流体速度分布变化不大,除管道下侧区域外,沙粒浓度分布变得更均匀。与实验结果对比表明,该模型可用于弯曲管道内固液两相流动特性的有效计算。     

REAC出口管道结构优化的数值模拟

针对加氢反应流出物空冷器(REAC)出口管道系统的失效案例,分析出口管道系统的冲蚀机理及影响因素.以实际工况下多相流介质的物性参数为基础,对REAC出口管道进行CFD数值模拟,依据管壁剪切应力分布规律进行工程测厚,测得的冲蚀减薄量与仿真结果基本吻合,模拟冲蚀试验进一步验证了数值模拟的准确性.最后,用该方法对等径弯管和盲三通等结构进行模拟,可知采用等径弯管(DN100 mm)代替盲三通(DN100 mm),可有效提高管道的抗冲蚀能力.     

基于流动分析的加氢空冷系统氯化铵沉积规律研究

针对含氯原料油加工引发加氢高压空冷系统管束失效的典型案例,建立工艺过程模型,运用CFD软件对反应流出物空冷器中的第一排管束进行流动场数值模拟,获得空冷器管束壁面的气相分率、多相流流速及壁面的剪切应力的分布规律,提出由铵盐结晶沉积引起的垢下腐蚀是造成REAC第一排管柬顶部失效的主要原因。仿真结果与现场失效案例的比较,验证了模型和结论的正确性,相关结果可为加氢空冷器管束及复杂管道系统的失效分析和优化设计提供依据。     

弯管中液固两相流及壁面碰撞磨损的数值模拟

利用Eulerian-Lagrangian混合模型对弯管内液固两相流在低浓度(初始体积分率为3%～8%)运行时壁面磨损过程进行了数值模拟.计算了流场中湍流速度及压力的分布,并对不同角度弯管壁面处的磨损率进行了预测和比较.模拟结果表明:在弯管为90°时,颗粒分布最为理想,最大磨损率出现在弯管中心角40°～60°的范围内,即该区域固粒对壁面的碰撞频率和强度最大.该结果为弯管内多相流防、除垢技术的工程设计提供了一定的指导作用.     

弯管中多相流冲刷腐蚀数值模拟

高压注蒸汽法是当今稠油油藏开采的主要方式,在注汽管网中流体以气、液、固三相对弯管形成连续的冲刷,造成弯管的泄漏。采用湍流模型、多相流模型、离散相模型及冲刷腐蚀模型,考虑相间的相互耦合,对注汽管网中弯管的流动进行了数值模拟。结果表明,在注汽管线中,随着弯管弯曲程度的增加,液相和颗粒相分布、壁面磨损区域均逐步后移,且数值相应增大;管壁处液相体积分数的增加可有效降低固相颗粒对壁面的磨损腐蚀。     

下排气方形分离器三流场的测定和试验分析

采用五孔球形探针测量了４００ｍｍ＊４００ｍｍ下排气方形发离器实验模型内的气流流场,交配前人的圆形旋分离器和上排气方形分离器结果进行了对比和分析。结果表明流场流呈不对称分布,切向速度外部呈自由涡流动,中心筒外侧没有出现明显的刚性涡区;纵向速度比切向速度小得多;轴向速度在导流锥部分外侧向上,内侧向下,在排气管周围区域为内侧向上,外侧向下。在角区内,存在角涡流动,相关表明,角区流动对分离器的分离效率和阻     

水泥线窑头余热锅炉对流烟道流动特性研究

锅炉烟道流场设计是决定水泥线低温余热锅炉性能的重要因子.针对每年5000 t水泥线余热锅炉的烟道流动,采用标准κ-ε模型对锅炉烟道烟气流动特性、不同受热面布置方式的流场分布不均匀性进行了数值模拟研究.结果表明:锅炉废气引入弯管外侧聚集流动,而其内侧出现负压区;受热面管束可降低锅炉引入弯管所致的流动不均匀性.研究结果对水泥线余热锅炉烟道和受热面设计分析和锅炉运行安全性有重要意义.     

结构参数对Z型管内油气水多相流影响计算研究

管道中的局部构件可以起到改变流体速度和方向的作用,但同时受到流体的巨大的压力和冲击。通过CFD软件模拟了介质为油气水多相流的组合,管道模型为2个改变流体方向的局部构件加立管的Z型组合管道,分析了局部构件在不同弯折角度下,不同的立管长度和流体以不同的初始速度进入Z型管管壁压力的变化以及不同立管长度下的流型图,结果表明,弯管角度增大,弯管外径壁面受到流体撞击的压力减小,作用面面积增大。增加立管长度后,经过弯头的外径壁面压力值降低。且在管中易形成不易被排出管道的断塞流;增大流体入口速度,一定程度会使弯管外壁压力增大明显,在较大速度时增大流体速度,外壁压力变化不明显。     

基于CFD技术的管内流动精细仿真方法

利用数值仿真方法模拟管内流动具有适应性好、高效方便的优势.充分考虑到管道壁面对管内流动的作用,引入湍流双层流动模型分别对近壁面和管道中心流场进行求解.采用增强壁面处理方法描述壁面对流场参数的影响关系,选取了合理的边界条件和计算区域以消除管道物理模型对流场边界的反作用,基于CFD技术发展了一种可对管内流动进行精细模拟的数值方法.通过对典型直管和三维细长管道的计算结果的分析,表明所建立的数值方法准确模拟了管道入口处流场的发展过程,通过对数值计算结果与理论计算结果的对比分析,表明所建立的数值方法正确、模拟精度较高.     

基于Navier滑移模型的聚合物挤出成型有限元模拟

基于聚合物挤出成型过程中壁面滑移机理,采用Navier滑移模型,利用有限元方法对聚合物挤出过程进行了数值模拟。基于微观壁面滑移机理对壁面滑移进行了理论分析,获得了不同滑移系数对熔体的速度、剪切速率和压力的影响规律。研究结果表明:随着壁面滑移系数减小,熔体在模具出口截面的速度梯度减小,熔体出口速度逐渐趋于一致,逐渐呈柱塞流;熔体剪切速率和剪切应力减小,靠近壁面的大分子间出现解缠,或与壁面吸附力减弱,熔体滑移程度增强,熔体内速度梯度减小;熔体流动所受的阻流作用减小,压力降减小,有利于熔体流动。     

直角网格壁函数的二维高雷诺数机翼绕流计算

针对传统直角网格方法无法准确计算高雷诺数下近壁面区域的流场及剪切应力问题，本文基于自主开发的二维直角网格CFD求解器，采用添加壁面函数的方式模拟了高雷诺数下的机翼绕流。数值模型基于直角网格有限差分方法对N-S方程进行离散，整体求解器的精度在空间和时间上分别达到二阶。通过对低雷诺数下圆柱绕流及机翼绕流的模拟计算，验证了此求解器的精度和可靠性。在高雷诺数下利用壁面函数修正近壁面的速度剖面，使近壁面区域的速度分布更符合实际流动。研究结果表明：本文方法能够有效求解二维高雷诺数机翼绕流问题。同时利用商业计算流体力学软件Star-CCM+采用贴体网格对同样问题进行模拟，数值模拟结果表明本文方法的网格需求要大于贴体网格。     

二维微流道电渗-压力驱动流流动特性解析解分析

用Poisson-Boltzmann (P-B)方程、外加电场的Laplace方程和描述电渗-压力驱动流流场分布的N-S方程,求解了电渗-压力驱动流流场的无量纲速度的近似解析解,以及电渗-压力驱动流与压力驱动流壁面剪切力比.定量研究不同电荷浓度、外加电场强度、zeta电势以及单位压降对流场无量纲速度分布的影响。研究表明:对于在较低雷诺数下的微细流道内流动,双电层的电粘效应确实可以引起壁面剪切应力的增大,随着沿程压降的增大,电粘效应的重要性相对减小,但仍然对流动具有较大影响,双电层电粘效应的存在是微细管道内流动特性与传统理论存在差异的原因之一。     

基于流动分析的REAC管束冲蚀破坏预测方法

在腐蚀性多相流管束冲蚀机理研究基础上,提出反应流出物空冷器管束冲蚀破坏预测的CFD数值模拟方法.通过建立多相流体动力分析的物理模型、控制方程及求解格式,结合壁面相态分布规律及边界层流动综合分析方法,获得管束冲蚀破坏的流体动力学参数分布,从而判断易发生冲蚀破坏的位置和发展趋势.数值算例与实际失效管束解剖研究结果对比表明,该方法能有效地模拟腐蚀性多相流介质的冲蚀破坏行为,并可为在役工业管道的冲蚀破坏预测提供数据支撑.     

按两相流动对污水管道输送阻力的理论研究

目前的污水管道设计是在忽略了污水的多相流特性,而将其在管道内的流动视为单相均匀流的情况下,主要采用谢才公式来进行水力计算的.论文将污水视为液—固两相流体,依据相似理论,结合现有液-固、气-固两相流动管道阻力计算的经验公式,提出了更为准确地计算污水在管道内流动阻力的方法和公式.根据典型的生活污水水质资料,用该方法分析计算后可得出明确的结论:污水在管道内流动的沿程损失与清水流动时近乎相等,所以目前在管道设计水力计算中所采用的方法是可行的;污水两相流动时的局部阻力显著地大于清水流动时,在工程设计中不可忽视,尤其是在流量大、弯管多的情况下(如区域排水系统中).     

下排气方形分离器三维流场的测定和试验分析

采用五孔球形探针测量了４００ ｍ ｍ ×４００ ｍ ｍ 下排气方形分离器实验模型内的气流流场,将测量结果与前人的圆形旋分离器和上排气方形分离器结果进行了对比和分析．结果表明流场呈不对称分布,切向速度外部呈自由涡流动,中心筒外侧没有出现明显的刚性涡区;纵向速度比切向速度小得多;轴向速度在导流锥部分外侧向上,内侧向下,在排气管周围区域为内侧向上,外侧向下． 在角区内,存在角涡流动,相关实验表明,角区流动对分离器的分离效率和阻力性能影响很大．     

两相流动对污水管道输送阻力实验的研究

基于气-固两相流动研究成果,经过理论分析,可以得出关于污水管道输送阻力的初步结论．应用实验数据,进行方差分析后可知：固相浓度和固相颗粒粒径对计算污水在管道内流动的沿程损失无显著影响;90°弯管的局部阻力系数ζ与其布置形式（或相邻管段的组合特征）密切相关．     

弯曲动脉中硬化斑块几何特征对壁面剪应力的影响

利用有限单元法在充分考虑生理脉动流作用下对局部斑块化的弯曲动脉进行了血液流动的瞬态流一固耦合计算,并且分析斑块大小(高度)和间距对局部壁面剪应力分布的影响,力图阐明特定条件下的血液流动因素与动脉粥样硬化等动脉疾病的关系.结果表明,降主动脉入口内侧出现的斑块区域,引起了局部壁面剪应力"振荡波动",和斑块区域的上下游低剪应力;同时随着斑决高度、间距的增加,最大壁面剪应力也逐渐增大,这种复杂的壁面剪应力变化将对动脉血管病变的萌生和发展有很大影响.     

加氢裂化REAC的仿真失效分析

通过对典型工况下工艺过程仿真分析、传热计算并结合CFD数值模拟,分析了热高分空冷器的失效形式与管束失效部位,并运用远场涡流检测技术验证结论的可靠性。结果表明：热高分空冷管束的失效主要由高腐蚀性介质下的流体冲蚀造成;热高分空冷系统中液态油相的黏度较低,可以降低溶液的腐蚀性和管壁所受的剪应力;典型工况下距空冷器入口5.8m处溶液的腐蚀性强、管壁受到的剪应力大,是容易出现局部冲蚀减薄的危险区域。     

加氢裂化REAC的仿真失效分析

通过对典型工况下工艺过程仿真分析、传热计算并结合CFD数值模拟,分析了热高分空冷器的失效形式与管束失效部位,并运用远场涡流检测技术验证结论的可靠性。结果表明:热高分空冷管束的失效主要由高腐蚀性介质下的流体冲蚀造成;热高分空冷系统中液态油相的黏度较低,可以降低溶液的腐蚀性和管壁所受的剪应力;典型工况下距空冷器入口5.8m处溶液的腐蚀性强、管壁受到的剪应力大,是容易出现局部冲蚀减薄的危险区域。