平口管口处气泡行为特征数值模拟

为研究平口管口处单个气泡行为特征,采用流体体积模型(Volume of Fluid, VOF)方法,数值模拟研究气泡的膨胀脱离过程,对比分析了浸没方式、管径、气体速度、液体密度和表面张力对气泡膨胀脱离时间和脱离直径的影响规律。研究结果表明:在3种不同管口浸没方式下,气泡膨胀脱离时间均随管口气体速度增大而降低,但降低速率逐渐减小;在底部和顶部浸没方式下,气泡膨胀脱离时间和脱离直径随表面张力增大而增加,随液体密度增大而降低;对于侧面浸没方式,气泡膨胀脱离时间和脱离直径随表面张力增大整体呈上升趋势,而受液体密度影响不大。气泡膨胀脱离时间与气泡脱离直径呈正相关。所建立的数学模型能够真实地模拟气泡形成及运动特征,从而提供一个有效的研究方法。     

在常规水洞中模拟气—液两相流的试验

本文介绍利用常规的循环水洞，模拟气－液两相流试验的方法，所获得的初步试验成果证实，在气－液两相介质中最低的声速约为３０％／秒左右，并且在超音超速气－液两相流中也有产生激波的可能，并讨论了深入开展超音速气－液两相流研究的重要意义。     

垂直上升通道内气液两相绕圆柱流动旋涡脱落频率和脉动升力的数值模拟

采用有限容积法，综合考虑了由剪切引起的紊流和由气泡引起的紊流关系式，基于RNGk-ε紊流模型对气液两相绕圆柱流动进行了数值模拟。通过计算发现：对于气一液两相绕圆柱流动而言，旋涡脱落频率随含气率的增大而增大；脉动升力系数先随含气率的增大而缓慢增加，在含气率增大到0．1后增大得较快。并通过实验对模拟结果进行了验证，实验结果与模拟结果较吻合，验证了模拟结果的正确性。     

水工水气两相流的数值模拟

建立了一种新的水气两相紊流数学模型，其中对流速，气体质量分数以及紊动特征量采用了质量加权的时间平均，对雷诺应力采用代数应力方程模拟，对气体质量分数的脉动通量采用涡粘性概念模拟，气体质量分数由其控制方程求解，通过对明渠掺气水流和水垫塘掺气射流的数值模拟表明，计算结果与实验结果符合较好，同时，计算的时间和收敛性也较好。     

重力场下平板边界层内气液两相流动数值分析

通气减阻技术因具有降低能耗和环境污染小等效果,在工程领域内得到广泛关注。为研究重力场中气相在平板湍流边界层内流动演化过程及由此产生的减阻效应,该文耦合连续表面张力(CSF)的VOF多相流模型和标准k-?湍流模型,求解非定常RANS方程,对边界层内气液两相流动进行数值模拟。通过计算结果与实验结果的对比,验证了数值方法的有效性;进而对不同通气流量和来流雷诺数下,气泡当量直径、近壁区空隙率及流动减阻率进行定量分析。结果表明:减阻效应与近壁区空隙率密切相关;来流雷诺数和通气量的提高,均能增强减阻效应。     

管径对垂直上升管内气液两相流流型的影响

以空气和水作为介质,在管径分别为20mm与8mm的垂直上升管内进行了常压下气液两相流流型的实验研究,得到了这两种管径下泡状流、弹状流、乳状流和环状流等流型,得到的绝大部分实验点与Hewitt和Roberts流型图相符合,并根据实验结果修正了流型图的转化边界.对于气液两相流垂直上升流动,环状流发生所需的气相折算速度几乎不随液相折算速度的变化而变化.不同管径条件下,各种气液两相流流型发生的范围和转换趋势基本一致,乳状流向环状流的转换界限基本重叠,而泡状流与弹状流的界限变化大一些.由于弹状流的换热与泡状流的换热完全相同,因此泡状流与弹状流的界限误差对传热而言并不重要,可以忽略管径对Hewitt和Roberts流型图的影响.     

气液两相流中微气泡测量问题的预处理技术

气泡运动是气液两相流动中的基本问题,水利、海洋、环境等工程均涉及微气泡测量问题,且广泛应用于水的净化和污水处理。为确保微气泡测量工作取得良好效果,对单CCD摄影机获得的微气泡视频图像进行背景处理十分关键。对于图像背景处理,首先基于数学形态学的基本理论,选用两种不同算法：① 基于选取不同结构元素的Matlab算法;② 采用滚球法。二者通过实例进行算法比较,滚球法效果较为显著,但仍需改进,于是提出基于聚类分析的图像分割算法,并对该算法提出优化设计,采用黄金分割法进行最优搜索,加快运行速度,节省时间,并更好地实现背景估计,为微气泡测量后期工作奠定了良好基础。     

曝气池中气液两相流数值模拟

应用数值模拟的方法,对曝气池气液两相流运动规律进行了探讨。研究表明:当孔径相同,空气流量越大,紊动强度越大,气液混合越充分,曝气效果越好。对于相同的水深和相同的孔径,流量是影响气泡大小和速度的主要因素。当气体流量或速度增加时,气泡体积增大,气相速度也明显增大。     

气液两相流的工程应用研究

本文应用气液两相流的基本原理,结合工程实践,论述水中喷射气流形成的气液两相流的工程特性和设计计算原理,以及在制备固壁泥浆、浆液搅拌、水中清渣、气泡帷幕防震、防冰、拦鱼、大坝防震等方面的应用前景。     

重力对气液两相横射流的影响分析

该文采用直接数值模拟研究了沿横流方向重力对平板单孔气-液两相横射流的影响规律.基于VOF方法,数值模拟捕捉到了清晰的瞬态气-液界面.研究结果表明:相比于不存在重力的情况,沿横流方向重力的存在会使流场中的气体受到逆横流方向的浮力.浮力有利于气体黏滞于固壁表面附近,具体表现为有重力算例的横截面平均气体体积分数和近壁面平均气...     

长输水管道充水的气液两相流数值模拟

基于缓慢充水过程中管道内气液两相流的流态及其特性,在一系列合理假定的基础上,推导建立了描述充水过程的气液两相流控制方程,给出模型的求解方法和计算流程。采用南水北调工程北京西四环暗涵充水试验数据对模型进行验证,结果表明,数值模型可用于模拟"V"形复杂管道系统缓慢充水过程中管内水流和通气孔气流的两相变化过程。研究成果对长距离输水工程中通气孔、排气阀等调压设施的设计、选型,及后期管道的安全运行、维护管理等具有重要意义。     

长距离无压引水隧洞水气两相流数值模拟

建立了长距离无压引水隧洞水气两相流耦合VOF法的三维标准k-e紊流模型,近壁面采用考虑糙率影响的壁面函数,采用PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法求解非稳态的水气两相流流场。应用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)软件STAR-CD对某长距离无压引水隧洞水气两相流进行了模拟。结果表明长距离无压引水隧洞在隧洞进口处出现水流扰动区,在主支洞交汇处出现水流漩涡区,在隧洞出口处出现水流突变区;分析了隧洞沿程过水面积及气流量的变化规律,结果表明01支洞和02支洞补气不明显,03支洞补气明显;对某水库放水兼放空洞水深实测数据进行了验证对比,模拟结果与实验基本吻合。     

有压管道充水过程水力特性三维数值模拟

运用Fluent软件建立三维模型,对某调水工程中的一段有压管道充水过程的水力特性进行三维数值模拟计算,采用PISO算法分析了管道充水过程中气体压力、水力要素及两相流流态变化情况。结果表明:充水流量的大小会导致管内气体压力的强烈变化;气体压力变化又会影响进口流速。在水体流到管道后部管壁之前,流线均匀,流态较好;之后气液两相彼此相间,流线错综复杂,流态紊乱,湍流能量较强。建议以小流量充水原则对类似输水管道进行试充水操作。     

曝气池中气液两相流的数值模拟与实验研究

曝气在活性污泥处理方法中起着重要的作用，而曝气池中气液两相流流动规律对曝气作用的影响又至关重要。本文通过实验研究了曝气池中气液两相流的流动问题。在此基础上建立了气液两相紊流的流动模型，并采用单位体积方法进行求解计算，经比较表明实测值与计算值吻合较好。     

快速闸门断流的轴流泵起动过程三维数值模拟

针对轴流泵机组起动过程的研究是泵站安全稳定运行研究的重要环节。为了准确捕捉轴流泵机组在起动过渡过程中的动态特性,建立轴流泵机组的全流道三维模型,采用三维CFD计算软件Fluent,利用基于有限体积法的动网格技术,配合VOF多相流模型对快速闸门断流的轴流泵机组起动过程进行了三维瞬态数值模拟,获得了轴流泵机组起动过渡过程中的流态变化及外特性参数的变化规律。闸门开启时间为60s时,机组起动扬程在12s时达到最大值2.76m,为运行扬程的1.28倍。减小快速闸门开启时间能够降低机组最大起动扬程,但同时会加剧回流及闸门处的水流撞击。计算结果表明:动网格技术结合VOF多相流模型可以较好的应用于快速闸门断流的轴流泵机组起动过渡过程数值模拟中,其结果可为泵站水力设计及轴流泵机组的过渡过程研究提供参考。     

固液两相流离心泵磨损机理和叶轮的设计

本文研究了固液两相流离心泵磨损机理，指出离心泵内叶轮出口附近的射流 尾流结构是离心泵内的局部磨损的重要原因。理论分析、试验结果及工业应用表明：采用小叶片出口角β2、少叶片数Z和大出口宽度b2的叶轮能减轻泵的磨损。     

旋喷泵内部流动与能量损失分析研究

介绍了一种极低比转数旋喷泵的结构、工作原理及性能特点。本文选用κ-ε湍流模式采用有限控制体积法对Navier-Stokes方程进行数值离散，运用Simple方法求解，对旋喷泵叶轮在相对坐标系下和转子腔、集流管在绝对坐标系下的内部流动分别进行了全三维粘性数值模拟。通过分析研究内部流动规律．为旋喷泵设计和能量损失分析提供了理论依据。     

挑流消能水气二相流数值模拟

采用VOF法对挑流消能从库区到下游水垫塘进行了全程水气二相流二维数值模拟。模拟了射流的空中轨迹线和水垫塘的自由水面，得到了计算域的流线、压力、流场、紊动能k及紊动能耗散率ε分布，并用物理模型对模拟结果进行了验证，二者吻合良好。说明利用湍流二相流模型及VOF法对空中射流水舌及水垫塘流态模拟是可行的。     

宽顶堰水流数值模拟分析

本文利用紊流模型模拟了带有曲线自由表面的宽顶堰流的紊流流场,采用VOF法来确定自由表面,采用气液两相流计算模型对宽顶堰流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合.模拟结果表明,数值模拟是作为研究水利工程中带有自由表面的水流结构的一个强有力的工具,其结果对物理试验也是一个很好的补充.