导向管液固喷动床的数值模拟研究

本文以液-固两相流理论为基础,用颗粒动力学理论描述颗粒与颗粒间的碰撞,用标准湍流方程模拟液相和颗粒相的湍动,并且考虑液-固两相的相互作用,旨在探索一种工程设计和放大的新方法。对比颗粒循环速率和密相区真实液相流速的模拟结果与实验值,结果吻合较好。     

流化床液固两相传质过程的模拟研究进展

液固两相流化床具有液固相接触效率高、传质和传热性能好、颗粒分布均匀等优点，已被广泛应用于众多工业过程中。然而，流化床中与传质过程耦合的颗粒流化的复杂非线性特征及其湍动特性，使得对传质过程特性的研究十分困难。且仅依靠实验观测和理论预测难以揭示多相流相互作用规律，无法获得全面和详细的速度场和浓度场分布情况。近年来，数值模拟的快速发展为深入探索流化床中液固两相流动行为及其与传质过程耦合问题提供了重要的途径。本文对流化床液固两相流动与传质过程模拟方法进行了综述，并对其未来研究趋势进行了展望。借助于计算传质学理论可以更精确地预测局部浓度的分布情况，进而可以深入分析液固两相流化床中的传质过程规律与传质特性，为液固两相流化床的设计和优化提供理论基础。     

DSMC方法在大规模气固两相撞击流中的应用

将直接模拟Monte Carlo（DSMC）方法应用于颗粒数目庞大的大规模气固两相撞击流的数值模拟研究,旨在解决基于拉格朗日法模型难以模拟含大量颗粒碰撞的多相流问题,建立了气固两相撞击流的数理模型。应用所建立模型计算分析了撞击流中的气相流动、颗粒运动、颗粒及颗粒碰撞位置分布;并对模型中考虑颗粒碰撞和不考虑颗粒碰撞时,计算获得的颗粒运动行为、停留时间以及对气相的影响等结果进行了对比分析。结果表明：经发展,DSMC方法能够有效地应用于大规模气固两相撞击流的数值研究;颗粒运动区域可分为颗粒碰撞区、颗粒射流区和颗粒发散区;颗粒碰撞主要发生在颗粒碰撞区内,使得颗粒在该区域富集,且明显缩短颗粒在撞击区的停留时间;在所研究的较小固气比条件下,颗粒的存在对气相流动的影响不显著。     

管内螺旋液固两相流的流动行为及传热

利用Fluent-EDEM耦合方法对管内插螺旋线的液固两相流动与传热进行数值模拟,分析了螺旋线对固相颗粒的诱导碰撞作用和液固两相流传热性能的影响. 通过实验验证,模拟值与实验值的偏差为6.3%~13.8%. 模拟结果表明,与管内未插螺旋线对比,管内插螺旋线对液固两相流体具有诱导作用,使流体呈螺旋流状态;在流体离心力和螺旋线共同作用下,贴近管内壁运动的固体颗粒体积分数由0.44%提高到3.27%;相同雷诺数Re条件下,内插螺旋线液固两相流传热方法的努赛尔数Nu最大. 在Re≤60000范围内,内插螺旋线液固两相流的综合评价指标值均高于内插螺旋线和液固两相流单独作用方式. 因此,该技术适用于低Re下管内防垢除垢及强化传热的工况.     

离心三相分离过程数值模拟研究

悬浮液的沉降过程主要由固相颗粒浓度和凝聚状态等决定,为了定量描述油渣水在离心力场中的分离过程,以含油渣水三相的罐底油为研究对象,提出固-液-液三相离心分离的概念,进行模型分析,采用计算流体力学软件FLUENT对其分离过程进行数值模拟研究,分析了其影响因素。研究表明:数值模拟与实验结果基本一致,利用FLUENT软件模拟三相离心分离过程符合实际状况,能够很好的指导实践。     

双相不锈钢管固液两相流动腐蚀的数值模拟

在碳钢流动腐蚀数值模拟的基础上,针对管道流动体系,对固液两相流条件下双相不锈钢的流动腐蚀进行了数值模拟.模拟了固液两相流体动力学过程和双相不锈钢腐蚀动力学过程,模拟计算得到的腐蚀速率与实测值基本一致,表明建立的两相不锈钢流动腐蚀的综合数学模型是正确的,揭示了两相流中双相不锈钢的流动腐蚀机理,并进行了实验验证.两相流中双相不锈钢流动腐蚀的加剧主要是由于颗粒相的存在会大大强化液相流体的流体力学因素,导致钝化膜内传质速度加快所致.计算结果同时也表明,对于表面覆盖有钝化膜的材料的数值模拟,建立合理的流动腐蚀动力学模型是数值计算方法应用成功与否的关键.     

环管反应器内液固两相流的数值模拟

为了对环管反应器内液固两相的流动形态进行研究,建立了以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型.在浆液流速远大于自由沉降速度的情况下,模拟了不同浆液入口速度时的环管反应器上升段压力降,同时对管道内液固两相流中的一些重要参数进行了数值研究:在入口液固两相体积分布均匀的情况下,环管反应器上升段、弯管段以及下降段液固两相体积分布和液固两相速度均不一样,在弯管段由于离心力存在而引起管道内二次流,使得固相颗粒甩向弯管的外侧壁,引起固相体积分数在弯管外侧壁明显增大,管道内固体颗粒相分布不均.在浆液速度v =3 m·s-1时,液相和固相的速度有一定的速度差,随着入口速度增大,速度差变小;当浆液速度v =7 m·s-1时,固体颗粒相速度分布与液相速度基本相同,两者之间的滑移速度可以忽略.计算结果与传统经验公式的比较表明模型能有效地描述环管反应器内压力降和反应器内浆液流动形态.     

前混合磨料水射流的数值模拟

磨料水射流是高速水射流与磨料颗粒相混合形成的液固两相流,它利用高速水射流带动磨料颗粒,通过磨料颗粒的冲击和水蚀冲击进行破岩。本文基于液固两相流的基本理论,通过计算流体力学的计算方法,对淹没条件下前混合磨料水射流的流场进行了数值模拟。     

搅拌罐内固液两相流数值模拟研究现状

搅拌罐作为一种搅拌混合设备广泛应用于石油、化工、生物、造纸等行业,搅拌的类型可以是固液、液液、气液等多相流动问题,在石化行业中,固液搅拌比较常见。本文综述了搅拌罐内固液两相流数值模拟的方法,从固体颗粒浓度、搅拌功率、搅拌时间三个方面概述了国内外搅拌罐固液两相流数值模拟的研究现状,为搅拌罐的结构优化和工况优化提供了理论支撑。     

基于离散相模型的管式膜过滤CFD分析

基于计算流体力学方法研究管式膜过滤过程中液、固两相在膜管内的运动流态。以多孔介质模型和湍流模型分别模拟管式膜和连续相液体,采用离散相模型模拟计算并示踪离散相颗粒分布。     

天然气水合物输送管道气液固三相流运动特性分析

气液固三相流动是多相流体力学中非常重要和难以解决的问题之一。目前对于多相流的研究,重点还在于两相流,对三相湍流流动正在开展和进行中。在气液两相流流动的基础上,增加天然气水合物固相。分析固相的加入对流体压力、密度、体积等参数产生的影响,使天然气水合物的研究更加深入。在气液固三相流模拟中,通过改变天然气固体颗粒直径、密度来研究天然气水合物三相流体参数的变化,而三相流体参数的变化反过来又会影响天然气水合物的颗粒直径,在实际开发中难以达到的情况下,利用数值模拟可以具体反映二者的变化关系,为以后天然气水合物的开发提供了更精确的数值及合适的开采方案。     

表观气速对密相气力输送流型影响的模拟研究

针对目前密相气力输送数值模拟关于流型演变方面所存在的问题,提出了一种基于颗粒所在局部空间的固相浓度及颗粒群运动特征来描述颗粒间相互作用的数学模型。该模型能够对气力输送,甚至是颗粒发生大量堆积情况下的密相输送进行数值模拟,使得长期以来缺乏有效模型对密相输送流型进行数值模拟研究的问题得到一定解决。利用该模型,对水平管中煤粉高压密相气力输送的颗粒流动过程进行了数值模拟,获得了输送过程中管道内所发生的气固两相之间的分离、沉积现象,展现了沙丘流及栓塞流等流型的演变特征,模拟结果与实验观察到的现象吻合较好,从而进一步验证了新数学模型的有效性。此外,通过对不同表观气速下固相流态分布的定量分析,揭示了输送流型变化的一些内在规律。     

液固流化过程颗粒沉降动力学的研究进展

溶剂萃取是分离或移除固体颗粒中有效成分或污染物的有效方法,其中萃取塔中液固二相的流化性能对于塔内的热质传递效率具有关键作用。由于液固流化过程固有的复杂性,目前仍难对该过程进行精确的理论描述。文中综述了液固体系流化过程中颗粒沉降动力学的研究进展,介绍了液固流态化的概念与分类。分别对均一粒径颗粒沉降和多粒径颗粒沉降的动力学研究进展进行了评述,对文献提出的理论关联式进行了概括和总结。最后,展望了该领域的未来发展方向。     

水力旋流器内固体颗粒的沉降

水力旋流器内固体颗粒的离心沉降是一种复杂的两相流行为。从分析固液体系的相互作用，分别讨论了颗粒的自由沉降、干涉沉降问题，提出了高浓度下水力旋流器内颗粒之间的几种碰撞模式，阐述了旋流器内颗粒沉降的特殊性及其与使流器工作和旋流器结构间的可能联系，并指出了离心沉降本身有待深入研究的若干问题。     

搅拌釜中湍流流场和细长颗粒取向的模拟

采用两流体模型和改进的内外迭代法模拟了搅拌釜中固相为细长颗粒的液固两相湍流流场,采用标准的κ-ε模型封闭,用SIMPLE算法求解压力.模拟结果与搅拌釜中固相为球形颗粒时的流场进行比较,速度场基本相同,仅釜中心处速度略有差别.对细长颗粒取向模拟时,与以往文献多以Jeffery方程为研究出发点不同,本文作者直接利用刚体颗粒的运动和转动方程,得到搅拌釜中细长颗粒取向的变化规律.     

微裂缝内液固两相流动特性研究

应用欧拉-拉格朗日模型,对微裂缝中液-固两相流动过程进行数值模拟。在数学模型中,液相采用连续相模型,颗粒当做离散分散在连续相中,并考虑了相间耦合作用。对于物理模型,建立了二维直微裂缝模型,研究裂缝的液相粘度、液相速度和颗粒密度等因素对裂缝中两相流动的影响。模拟得到了微通道内颗粒瞬时分布状态、颗粒运动轨迹、颗粒停留时间、颗粒轴向速度分布、液相轴向速度分布等参数的变化规律,定性的揭示了储层裂缝内液固两相流动过程。     

烟气脱硫吸收塔底部浆液池内流场特性的数值模拟

为了达到烟气脱硫吸收塔内烟气、吸收液和析出铵盐三相混合的效果,烟气脱硫吸收塔都采用侧入式的推进式搅拌器.运用计算流体力学技术(CFD)对吸收塔底部浆液池内单相和液固两相的侧搅拌流场进行数值模拟.模拟结果表明,液固两相搅拌时,与单相流相比,固相的引入抑制了液体向上的发展,流体循环流动范围变小.径向角作用是产生不对称的循环流,增加流体湍动,但对液固两相的固体悬浮状况没有明显改善.法向角可以改善浆液池底部单相流的湍动和液固两相的固体悬浮,当法向角为7°时,浆液池内固体颗粒的悬浮状态最好.     

水平圆管内浆氢的流动与传热特性数值模拟

浆氢是固氢和液氢的混合物,相比于液氢由于浆氢具有更高的密度和热容,更适合用于火箭和航天推进器的推进剂。基于欧拉-欧拉两相流模型,在考虑颗粒动力学的基础上对浆氢在水平圆管中的流动与传热特性进行了数值模拟研究。通过对浆氢在不同热通量、流速和颗粒直径等情况下的研究发现,浆氢相比于液氢可以有效减少液氢气化。流速的提升能够有效提高固相颗粒分布的均匀性,且使得浆氢沿程平均传热系数增大。小直径的固相颗粒相比于大直径颗粒能够增强固液两相间的换热,加快浆氢的融化。     

水平圆管内浆氢的流动与传热特性数值模拟

浆氢是固氢和液氢的混合物,相比于液氢由于浆氢具有更高的密度和热容,更适合用于火箭和航天推进器的推进剂。基于欧拉-欧拉两相流模型,在考虑颗粒动力学的基础上对浆氢在水平圆管中的流动与传热特性进行了数值模拟研究。通过对浆氢在不同热通量、流速和颗粒直径等情况下的研究发现,浆氢相比于液氢可以有效减少液氢气化。流速的提升能够有效提高固相颗粒分布的均匀性,且使得浆氢沿程平均传热系数增大。小直径的固相颗粒相比于大直径颗粒能够增强固液两相间的换热,加快浆氢的融化。     

液固环流反应器流动状况的数值模拟

利用计算流体力学方法对液固环流反应器内的液固流动行为进行了数值模拟. 由Euler法的双流体模型和颗粒动力学理论建立了数学模型，对液固环流反应器内液固两相流动状况进行模拟，模拟结果很好地解释了液固环流反应器内的流动行为，固体颗粒速度模拟计算值与实验值的吻合说明了模型的可信性.