高雷诺数下近壁圆柱绕流数值模拟与分析

近壁圆柱绕流问题在海底悬跨管道的研究中具有重要的意义。在绕流阻力、升力以及海底土壤的耦合作用下,海底管道所发生的移位、悬跨等现象对于海底管道的安全运行构成了很大的威胁。正确预测各种绕流条件下管流之间的作用力是保证油气管道安全的首要任务。海底管道在极端海洋环境条件下的管、流相互作用为高雷诺数绕流问题,处于高雷诺数下的绕流模拟比处于低雷诺数下的绕流模拟要复杂很多,它需要更精细的网格以及合适的湍流模型。此文对处于悬跨状态下的海底管道进行数值研究,给出不同间隙比下海流绕流海底管道的流场结构形态,分析了间隙比对绕流阻力和绕流升力的影响,为进一步研究海底悬跨管道的受力和变形提供载荷边界数据。     

一种绕流管束雷诺数和特征尺寸计算新方法

针对匀速进气横掠管束的流动,采用Fluent软件和标准k-ε模型,建立二维网格进行了数值模拟。以绕流管束的沿程压降为流道流动压降的当量压降,分析了不同管束尺寸和不同流速下流动压降的变化规律,得到了绕流雷诺数及其特征尺寸随管束结构参数和流速的变化关系,据此提出了一种绕流管束雷诺数和特征尺寸计算的新方法。数值模拟结果表明,在绕流管束雷诺数及其特征尺寸计算中同时考虑管外径、管间距、排间距和管间流速的影响时,得到的绕流管束雷诺数及其特征尺寸能更真实地反映绕流管束结构尺寸和流速对流道或流场特征尺寸de的影响。     

带横隔板圆柱绕流的三步有限元大涡模拟

在三步有限元数值方法的基础上,利用大涡模拟湍流模型对单向流作用下带横隔板圆柱绕流进行了数值分析.在圆柱的背流侧增设横隔板属于典型的被动型流动控制措施,尽管可以有效减小圆柱所受的水平力,但同时会导致升力有所增加.对带横隔板圆柱尾流区流场的精细化模拟分析,揭示了尾涡演化机制及其与圆柱受力之间的内在联系,为今后进一步发展更为有效的弹性隔板主动型流动控制措施奠定了重要基础.     

低雷诺数混沌流翅片传热和阻力性能研究

应用CFD软件FLUENT对新型混沌流翅片单通道模型进行了数值模拟,分析比较了不同结构参数和流速对新型混沌流翅片表面流动与传热性能的影响。模拟计算结果表明,尺寸效应对混沌流翅片中混沌流的产生影响不大,只要达到一定雷诺数,流动就会进入混沌状态;在此基础上得到了翅片摩擦因子f和传热关联式。通过实验验证了关联式计算数据与实验数据最大误差不超过11·2%,表明将数值模拟应用于新型混沌流翅片的研究是可行的,为混沌流翅片的研究和应用提供了一定的参考。     

用基于SST模型的DES方法数值模拟圆柱绕流

采用基于Menterk-ωSST两方程湍流模型的DES方法对粘性不可压缩流体的圆柱绕流问题进行数值模拟,通过对所得的速度场、压力场、阻力系数、升力系数、斯特罗哈数St等结果的分析及与文献上的实验和计算数据的比较,说明DES方法对于低雷诺数及高亚临界雷诺数的圆柱湍流流动是合理的。     

自升式平台插拔桩对邻近桩靴影响的研究

为了分析桩靴插拔过程对邻近桩靴承载力的影响,基于Plaxis 2D的有限元模型完成桩靴插拔对邻近桩靴影响的研究,基于Plaxis 3D的有限元模型完成桩靴插拔对桩靴承载力影响的研究。开展了桩靴插拔的模型试验研究,将试验结果与理论分析结果相结合,研究结果表明：两桩靴在不同间距情况下,预定贯入深度处的桩靴承载力小于这一间距的最大贯入阻力,则桩靴承载力发生折减,且承载力折减率随桩靴间距增大而减小。     

部分流泵的三维流场数值模拟及叶片研究

利用CFD技术,基于N-S方程,应用标准κ-ε模型和标准壁面函数对单级部分流泵在设计工况进行了三维湍流数值模拟。为了验证不同的叶片进出口安放角并与螺旋形蜗壳搭配对切线泵性能的影响,设计3个不同的模型进行模拟,分析了叶轮流道内的压力场、速度场的变化规律,并预测出其性能曲线。结果表明,部分流泵的叶轮叶片进、出口具有合适安放角,可以减小性能曲线的陡降度,提高扬程,并使效率有所提高。     

侧进式搅拌器三维流场的数值模拟

现有的侧进式搅拌器设计大都依赖运行经验的积累,精度较差。为此,采用流体力学软件Fluent对具有4台侧进式搅拌器的搅拌槽内流场进行了三维模拟,计算了不同雷诺数下此类搅拌器的功率准数,并得到了功率曲线。采用有限体积法对计算域离散化,在每个网格单元内求解质量守恒方程和动量守恒方程。模拟结果表明,侧近式搅拌器的功率准数在不同的流动区域随雷诺数Re改变而变化的趋势不同,在湍流区NP值保持在0.54左右,在过渡流区域,采用层流与湍流2种方法计算的结果相差不大;搅拌槽内流体流速仅在槽下4个桨叶区附近较大,槽体中部与上部流体流速均较小;流速值小于0.4m/s的区域体积约占槽体总体积的80%。     

重力式油水分离器内多相流场数值模拟分析

以国内某海洋平台上的重力式生产分离器为研究对象,采用RNGk-ε模型,对分离器内油和水的流动特性进行了数值模拟分析,得出了不同时刻油相与水相的体积分数分布规律。结果表明,混合相入口形式及位置对油相与水相的分离过程存在影响,通过数值模拟得到了受入口影响区域的定量结果。模拟结果与理论分析结果相一致,证明采用的数值模拟方法在油、气、水三相分离过程中的应用具有一定可行性和可靠性。     

流动模拟法预测三维孔隙介质的渗透率

介绍一种通过岩心薄片预测渗透率的新方法。该方法首先对薄片图像进行分析，确定薄片孔隙度和自相关函数，然后应用地质统计方法建立三维孔隙介质模型，最后采用LATTICE-BOLTZMANN方法直接进行三维流动模拟，从而通过计算流体流量估计渗透率。经验关系式法预测的渗透率、流动模拟法预测的渗透率和实验室测量渗透率的对比结果表明，基于经验关系式的传统方法预测的渗透率和三维孔隙介质流动模拟的渗透率值表现出了相同的误差趋势，但流动模拟方案的渗透率值比经验关系式的渗透率值更符合实验室测量结果，条件流动模拟的结果比非条件流动模拟的结果稍好。     

振荡流混合器湍流流场的数值模拟

应用计算流体力学技术,采用层流模型和湍流模型对净流量为0、一定雷诺数区间振荡流混合器单腔室中的层流流场和湍流流场进行了数值模拟计算。首次实现了振荡流混合器流场湍流流动阶段的三维数值模拟,较好地反映了湍流阶段振荡流混合器速度场分布状况,并获得了反映振荡流混合器速度场在一定雷诺数条件下非对称分布的模拟结果。     

工业布袋除尘器三维流场的数值模拟

采用计算流体力学方法对2×330 MW的布袋除尘器进行三维数值模拟分析,考察整个除尘系统的烟气流量分配、速度及压力的内部分布规律。通过对烟道入口和进风支管导流板的优化设置,使3个除尘室18个除尘单元内的烟气流量分布情况得到了极大改善,烟气流量分配系数控制在1±0.05之内。这一方法及结果可为同类除尘器中导流板的设计和改进提供参考。     

基于CFD的圆柱绕流流场特性分析

流体流经非流线型结构物时会发生涡旋脱落现象。利用CFD分析软件模拟研究了单根附属杆在不同位置对圆柱绕流流场特性的影响。结果表明:不同位置的附属杆对圆柱绕流流场影响方式不同,附属杆相对位置与来流方向之间的角度为0°、90°和180°时,对圆柱绕流流场的影响分别为引导来流分流、影响分离点和控制尾流。     

PDC钻头旋转流场与非旋转流场的模拟对比研究

在钻井过程中,当地层较软且含有大量黏度较高的物质时,如果不能及时排出岩屑,容易产生泥包,从而降低钻头钻速。对PDC钻头的旋转流场与非旋转流场进行数值模拟仿真,并通过DPM模型模拟岩屑在井底的运移。研究表明:岩屑的运移轨迹在旋转流场与非旋转流场的环空部位存在明显差异;旋转流场岩屑侵蚀刀翼背部较多,非旋转流场岩屑侵蚀齿面较多;刀翼冠部区旋转流场的速度相比非旋转流场的速度较小,刀翼内锥区旋转流场的速度相比非旋转流场的速度较大。     

多管式旋风分离器内气相流场数值模拟

应用数值模拟的方法研究了多管式旋风分离器内的气相流场,研究发现,单管压降是多管旋风分离器压降的主要部分,约占90％。在灰斗内单管排尘口以下轴向速度逐渐减小,在尘口以下200mm处轴向速度值几乎为0,气流不会夹带颗粒向上返混。在进气均匀的情况下,依然存在着窜流现象,窜流率约为10％。单管分离空间底部存在摆尾现象,排尘口下部区域内压力分布不均,是导致窜流现象发生的直接原因。     

基于流固耦合的尼龙网流场特性及变形分析

考虑到柔性网衣在水流作用下易发生变形,会造成网箱有效体积减小并伴随网衣撕裂风险,因此研究网衣周围流场变化及网衣变形特性具有重要意义。基于剪应力SST k-ω湍流模型,结合ANSYS Workbench的单向流固耦合(Fluid-Solid Interaction, FSI)方法,将网衣所受压力作为输入载荷施加在平面网表面,研究在不同流速、网衣密实度和攻角情况下平面尼龙无结网衣的流场特性,对大变形非线性网衣结构的有限元模型进行分析。结果表明基于FSI的单向耦合数值模拟用于平面网衣变形及流场特性分析具有可行性,网衣造成的流速降低现象在不同攻角条件下的差异较明显。得到网衣水动力系数在不同流速、网衣密实度和攻角下的变化情况,以及平面网的等效应力分布特点和变形随攻角变化的特性,发现从网衣中心网线至边缘位置网线处的应力由大逐渐变小,最终在网线固定端附近发现应力最大位置。     

非淹没自由旋转射流流场数值模拟

对非淹没旋转射流外流流场的模拟结果显示,非淹没自由旋转射流流场中速度衰减比较慢,旋转射流由于有切向速度导致射流受到离心力的作用而发散使得打击面积比较大,且具有切向打击作用;而旋转射流卷吸作用强更加有利于空气的混合,使射流中产生空泡.当打在物体表面时,则会产生类似空化射流的效果,这些显著特点使得非淹没自由旋转射流的清洗效率高于其他形式的射流.     

实体PDC钻头流场数值模拟

为了从微观上分析PDC钻头的流场．从而优化PDC钻头的水力结构设计,利用计算流体动力学技术,对一只实体PDC钻头的三维流场进行了数值模拟。模拟中考虑了钻头的切削齿和射流喷嘴对流场的影响。流场的网格划分采用局部加密的混合网格形式,保证了计算精度和运算速度的要求。流场的三维模拟结果揭示了钻头的低速区、回流区和滞流区域。为钻头水力结构优化分析奠定了理论基础。