基于组分输运模型和RNG k-ε模型的浑水异重流数学模型研究及其应用--研究生论坛稿件

基于组分质量守恒理论,将浑水异重流的运动过程看成是含沙浑水中的泥沙这一组分在水体中的传输过程,建立组分方程,与考虑了平均流动中的旋流流动情况的RNGk-ε方程组进行耦合求解,利用目前广泛使用的商用FLUENT软件进行数学模型计算,并采用室内模型试验进行论证。结果表明:该数学模型可以有效模拟浑水异重流的潜入和前锋运动过程,为深入研究水库、湖泊及河流入海口浑水异重流问题提供了新的途径。借助此模型模拟了水库内汛期浑水异重流运动情况。     

两步计算模式下的三门峡水库异重流模拟

摘 要：针对传统的水深平均异重流模型在实际应用中获取上游边界条件的困难,提出了两步计算模式下的水库明流与异重流耦合模型。浑水明流段与异重流段交替运算,利用潜入点弗汝德数与体积比含沙量的关系作为判别条件确定异重流段的上游边界位置与相应水沙条件,在设置下游边界条件时使用极限吸出高度公式计算异重流出流流量。采用该模型计算了三门峡水库两次异重流的形成、发展与消退全过程。模型预测的异重流潜入位置与观测结果一致,对库区内三个监测断面的异重流到达时间做出了较为准确的预测。计算的清浑水层交界面高程和含沙量过程与实测结果相符,模拟结果反映出浑水水库发生时异重流排沙效率降低的现象。因此该模型可用于水库异重流过程模拟和排沙方案设计。     

水沙两相流ASM模型在浑水异重流计算中的应用及模型试验研究

挟沙水流与清水相遇时,由于前者的密度比后者大,在条件合适的时候,挟沙水流就会潜入清水底部继续向前流动,形成浑水异重流,是泥沙运动的一种特殊形式。本文基于水沙两相流理论,将含沙浑水作为一相均匀流体处理,引入相间滑移速度的概念,建立混合相连续方程、动量方程、第二相的体积分数方程和相间相对速度方程的ASM（Algebraic Slip Mixture）两相流模型,并耦合求解水动力学计算的标准k-ε方程组。本文还介绍了针对异重流研究设计的多相流试验水槽及模型试验方法,对ASM模型计算的结果进行试验验证并分析模型适用条件。结果表明：该模型可以对异重流潜入,前锋形态及推进速度进行有效模拟;对Re数大于2000及含沙量高于1kg/m3的异重流条件可以进行较精确的模拟。研究为深入了解水库、湖泊及河流入海口水沙异重流问题提供了新的途径。     

底部倒灌异重流运动特性试验研究

以三峡水库支流库湾广泛存在的倒灌异重流为背景,构建室内物理模型,以入流量、初始水位、温度差3个主要影响因子,设计系列工况对底部倒灌异重流运行特性进行模拟试验研究,分析异重流头部移动速度、交界面高度、头部厚度等主要水力学要素的变化过程及受入流量、初始水位、温度差的影响规律.研究表明底部倒灌异重流头部移动速度沿程呈线性递减,头部交界面沿程呈线性升高,头部厚度沿程呈线性递减.异重流运动稳定后,同一断面处,异重流头部速度随入流量、初始水位及温差的增加而增大,交界面高度随入流量及初始水位的增大而升高;异重流头部厚度受初始水位变化影响最敏感,随初始水位升高而增加.     

浑水异重流与沉淀设备选型

浑水异重流是沉淀设备中水流的基本特征,不仅存在于高浊度水沉淀池中,也存在于一般浊度水的沉淀设备中．不同型式的沉淀设备,对浑水异重流的适应性不同．平流沉淀池由池末端表面集水,能较好地适应浑水异重流的特性,其中上向流斜板(斜管)沉淀设备对浑水异重流的适应性最好,其次是平向流斜板,下向流斜板适应性最差．     

DD分解炉改变生料进口位置的数值模拟

针对一实际尺寸的分解炉建立数学模型进行煤粉燃烧与碳酸钙分解耦合的数值模拟,并改变生料进口位置进行了对比研究。其中,对连续相采用Euler坐标系下的k-ε双方程湍流模型,对颗粒相的运动轨迹采用拉格朗日坐标系下的离散相模型(Discrete Phase Model)进行计算,对煤粉燃烧及碳酸钙分解过程采用组分运输模型(Species TransportModel)结合涡耗散概念(EDC)模型进行模拟,并采用P-1辐射模型来计算气体和颗粒之间的辐射换热。研究结果表明:与生料进口位于三次风进口正上方相比,当生料进口位于三次风进口侧上方时更为合理:煤粉的燃烧状况更理想,燃烬率达到86%;碳酸钙的分解率更高,预测值为92.9%。     

考虑干支流倒回灌的小浪底水库异重流模拟

小浪底水库支流众多,支流库容占总库容的41.3 %,干支流倒回灌对干流洪水演进和库区淤积过程有重大影响,为此本文提出了考虑干支流倒回灌影响的水库一维明流及异重流耦合模型。推导了不同类型倒回灌引起的水沙控制方程附加项,并提出了相应的水沙耦合形式的浑水明流与异重流控制方程。针对不同的倒回灌形式提出相应的倒回灌流量计算方法：对于干流水位涨落引起的干支流倒回灌,提出了零维水库法在使用有限体积法的数学模型中的实现方法;对于异重流向支流的倒灌,采用考虑支流底坡影响的异重流倒灌流量公式计算。将这两种方法与已建立的水库一维明流与异重流耦合模型结合,模拟了2006年小浪底水库调水调沙实验的完整过程,对库区内水位下降、上游段冲刷及人工异重流形成与发展均做出了较为准确地模拟。模拟结果显示,干支流倒回灌过程对于异重流厚度变化过程和调水调沙出库沙量有显著影响,对于汛前泄水阶段库区水位下降速度也有一定影响,支流淤积在一次异重流过程淤积总量中可达43.5%。相对于简化干支流倒回灌过程的计算方法,该模型对异重流排沙比的预测效果更好,证明其有助于实现更加科学合理的调水调沙方案设计。     

金沙江下游溪洛渡与向家坝水库浑水异重流研究

金沙江 是长江的主要产沙区,其泥沙主要产生在下游雅砻江汇口至屏山区间。溪洛渡与向家坝水库是金沙江下游重要的巨型水库,水库蓄水后可能形成异重流。为通过调度手段利用异重流排沙,有必要对两水库的异重流运动规律进行研究。本文采用水沙两相流ASM模型,对两水库不同调度方式下的异重流产生条件进行模拟和预测,探讨了异重流前锋运动规律。研究表明：溪洛渡与向家坝水库在正常蓄水位发电运行条件下均难以形成稳定运动的异重流,而在汛期运行时,一定的流量范围内,当入库浑水含沙量突增1.0kg/m3以上时,会形成异重流,异重流的前锋运动速度与含沙量线性相关,与河床比降无明显关联,该结论对异重流调度的决策有一定的支持作用。     

水库异重流潜入运动数值模拟及影响因素

针对水库异重流的运动特性,采用变密度流方程结合RNGk-ε紊流数学模型建立了剖面二维湍浮力流模型,并对入库水沙条件对异重流潜入的影响进行分析.结果表明,模型能较好地模拟异重流的下潜过程,反映泥沙浓度场与流场的强烈耦合.引入的进口密度弗汝德数较好地反映了入库进口水沙条件,异重流潜入的特征参数潜入点水深、异重流厚度、无量纲潜行时间参数均随着进口密度弗汝德数的增大而增加,计算结果能为水库水沙调度提供定性参考.     

内燃机工作过程三维两相反应流数值模拟

针对内燃机缸内工作过程三维两相反应流动问题开发了一套数值模拟程序.对气相流动采用Euler方法求解,用有限体积法离散控制方程组,采用SIMPLEC算法求解压力速度耦合.而对液滴相采用离散液滴模型(DDM),通过Lagrange方法求解.对液滴追踪采用了一种快速的颗粒追踪方法,考虑了液滴相与气相的完全双相耦合情况,采用Spalding模型描述液滴蒸发,同时采用涡破碎(EBU)模型计算化学反应速率.对TBD620发动机工作过程进行了数值模拟,数值计算结果分别与理论值和实验值吻合良好,压力峰值处误差在2％以内,验证了程序的可行性,并通过不同网格模型证明了程序的网格独立性.     

单锥旋流器分离过程的三维数值模拟

使用FLUENT软件中的多相流欧拉分析方法,结合雷诺应力湍流模型,实现单锥型旋流器内油水分离过程的三维数值模拟并预测其分离效率。该模拟可用于分散相的体积率超过10％、湍流具有各向异性结构的一般广义情形。模拟展示了油水两相由开始的均相来流如何在单锥旋流器内逐渐分离、聚合、迁移的过程。本文对旋流器分离性能的预测得到了实测结果的验证。     

SK型静态混合器对原油混合特性影响的数值模拟

静态混合器作为一种新型高效的混合设备,因具有混合效果好、操作简单等优点而被广泛应用于工业生产。将SK 型静态混合器引入原油储罐中,以解决原油密度分布不均匀的问题。利用FLUENT软件,对其三维不可压缩流场进行了数值模拟;采用Eulerian多相流模型,模拟了SK型静态混合器中流体的速度场、密度场、温度场以及压力场。结果表明,在SK型静态混合器的螺旋叶片作用下,原油沿着叶片做方向相反的螺旋运动并呈周期性变化;通过叶片的切割、剪切和旋转作用,原油在出口处几乎混合完全,说明SK型静态混合器具有较好的混合效果,且压力损失较小,可降低能耗成本。     

Numerical Simulation of the Gas-solid Two-phase Flows in a Precalciner

The gas-solid two-phase flous of the precalciner were simulated by different multiphase models,such as mixture model,the Enderium model,including mixture and dispersed,and discrete phase model（DPM）,The results of the different multiphase models were analyzed and compared.showing the rationality of the diffusion and mixture of the cenment raic meals and coal poroder some extent Moreover,the results also shose the rationality of the given inlets parameters of actual process of the precalciner.     

头发流体模型中碰撞处理的新方法

针对传统的插值头发簇方法不能表现头发细节的问题，本文为每一根头发建立质子-弹簧模型，渲染阶段不产生发丝。考虑到计算效率，本文提出了一种拉格朗日法与欧拉法的嵌套结合法，用来处理头发间的自碰撞；将头发整体看作不可压缩的流体，欧拉法将流体划分为表现速度与密度的小栅格，在每个小栅格内进行速度计算；拉格朗日法处理其中每个质子的受力作用，两者进行有机结合进行质点速度计算及位置更新。实验表明利用本文的方法能实时高效地模拟动态的头发。     

旋流筛板式流化床流化特性的数值模拟

利用计算流体力学CFD软件,采用欧拉气固多相流模型进行计算,模拟研究了带有旋流筛板的气⁃固流化床内在不同操作气速下（0.44~1.14 m/s）FCC颗粒的流化特性。通过对床层颗粒固含率瞬时变化、不同时刻速度矢量的分布、操作气速对颗粒固含率的影响和颗粒固含率随轴向高度的变化分析,研究了流化床内气泡形成、发展和破裂的过程。模拟结果表明,计算值和实验值吻合较好,与自由床平均误差为13.4%,与筛板床平均误差为7.59%;模型能够较好地预测不同操作气速下固体颗粒的流化特性,模拟床层内气泡形成、成长和破裂的发展历程;旋流筛板上部区域有喷射现象,形成固含率较低的喷泉区;旋流筛板的加入能够将大气泡破碎形成小气泡,具有破碎气泡、强化气固混合的作用。     

基于Petri网的多Agent系统设计与实现

以面向对象Petri网OPN为语义基础,从软件体系结构的角度,建立了一种直观的多Agent系统模型MASM,可以形象地描述Agent的内部结构和动态行为。为了缩小形式化模型与系统实现之间的差距,基于MASM设计了一个多Agent系统开发工具箱MASDT,提供了多Agent系统的基本实现框架。利用MASM对智能加油站系统进行建模和分析,并用MASDT开发了智能加油站系统原型,证实了所提出的一系列理论和方法对于实际系统开发具有一定的指导意义。     

水下喷气推进高速射流场数值研究

为建立航行体点火初期尾部流场结构的预测方法,并揭示水下燃气喷射非定常流场与推进航行体运动的相互关系,以简化的潜射火箭为研究模型,采用流体体积法（VOF）两相流模型结合动网格方法对系留状态和运动状态下的燃气喷射流场进行数值模拟,分析了两种状态下燃气喷射形成的复杂流场结构.结果显示,喷气推进航行体在水下发射时,喷口附近形成复杂的流动结构和演化过程,并伴有较大的压力脉动产生;航行体加速运动导致的边界变化对燃气喷射流场产生较大的影响.     

考虑裂隙的多孔介质中对流扩散现象的仿真模拟

为研究裂隙多孔介质中的对流扩散现象,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法从孔隙尺度下模拟了裂隙中孔隙水的流动过程,仿真实现了考虑裂隙时溶质穿透多孔介质的真实运移过程,并提出一种简化处理的两流区模型对穿透过程加以描述.计算中首先采用SPH方法求解纳维斯托克斯方程,建立能考虑复杂多孔颗粒边界的二维流场模型,并基于此模型进行了溶质穿透三种不同裂隙宽度的多孔介质的仿真实验.随着介质中裂隙宽度增大,裂隙区域流速与基质区域流速差增大,穿透曲线中早期穿透和拖尾现象越明显;采用两流区模型能够描述这一现象,但一般化的模型难以得到精确解,因此提出一种简化处理办法,并给出了该简化模型的解析解.结果表明,该简化模型能够很好地描述裂隙多孔介质中溶质的运移规律,并可反演得到裂隙流中对流扩散的相关参数.     

气浮选对含油污水沉降分离流场特性的影响

以溶气气浮沉降工艺为对象,基于多相流混合模型数值模拟描述了含油污水气浮选沉降分离过程中的压力场分布、粒子运动迹线特征及除油、除悬浮物效果,并与普通重力沉降分离特性进行对比,揭示了气浮选对含油污水沉降分离流场特性的影响.结果表明,溶气气浮沉降能够适应处理量变化而获得更为稳定的压力场分布,能够避免涡流而取得相对稳定有序且在...     

悬沙矿物组分对盐度测量的影响

选用石英砂、高岭土及两者的混合物模拟悬沙矿物,利用温盐深剖面仪CTD75M测定不同初始盐度和悬沙浓度下的水体盐度. 试验结果表明,测量盐度随初始盐度的减小、悬沙浓度的增大以及矿物组分密度的减小而减小. 运用有效介质渗透模型和Maxwell电导率模型分析含沙盐水的电导率;试验数据与电导率理论公式拟合良好,显示悬沙所占体积是影响相对电导率的主要因素. 对已有文献的试验数据进行分析,结果表明：基于悬沙浓度的经验盐度修正公式在悬沙密度不同的沿海海域并不适用,具有区域局限性. 为此提出基于悬沙体积分数的理论盐度修正公式,提高公式的适用范围.