基于EMMS模型的搅拌釜内气液两相流数值模拟

采用欧拉-欧拉模型对搅拌釜内气液两相流进行了三维CFD模拟,重点研究了采用不同曳力模型时CFD模拟对搅拌桨附近排出流区两相流动的预测能力。模拟结果表明CFD能准确地预测排出流区的液相速度分布,但采用传统的Schiller-Naumann曳力一定程度上低估了排出流区的气液相间曳力,导致在完全扩散区CFD预测的分布器和桨叶下方区域气含率偏小,而基于气液非均匀结构和能量最小多尺度（EMMS）方法得到的DBS-Global曳力模型能更准确地描述完全扩散区气液搅拌釜内流动情况。与传统曳力模型相比,采用DBS-Global曳力模型能显著提高对气含率的预测。     

微小通道内气液两相流数值模拟

基于CFD流体动力学计算软件FLUENT模拟了微小通道中气液两相流流动与换热,分析了截面方管与截面圆管内不同含气率下两相流的换热特性;对比微小通道内气液两相流的温度及含气率变化,分析得出同等条件下方管的换热特性更好。     

侧进式搅拌釜内气液两相流的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)技术对φ1.5 m×1.2 m侧进式气液搅拌釜内气液两相流场进行数值模拟,检验了3种气液分界面边界条件和两种相间曳力模型。通过UDF程序将上述模型分别与欧拉双流体模型和 dispersed k-ε 两相湍流模型进行耦合计算,得到搅拌功率准数、总体气含率和气相分布,并与冷模实验结果进行对比,得到能准确预测的CFD模型。研究结果表明,3种气液界面边界条件下采用标准S-N模型计算所得的功率准数和气体分布误差均较大,而Brucato-Tsuchiya模型的预测结果更接近实验结果;气液界面边界条件对总体气含率的预测影响较大,采用速度进口或脱气边界和Brucato-Tsuchiya模型耦合计算所得的结果误差比压力出口边界明显要小。     

微通道内气液两相Taylor流数值模拟

本文采用FLUENT软件对T型微通道内气液两相Taylor流进行模拟,得到了各物理参数对Taylor流的影响规律。在此基础上,采用最小二乘法进行拟合,得到了可以更准确预测T型通道内气液两相Taylor流气泡和液柱长度的经验关联式。     

搅拌反应器气液两相流混合过程的涡旋效应数值模拟

为研究气液两相搅拌釜桨叶对釜内流动结构及气液混合性能的影响,本文以直叶片和推进叶片为研究对象,采用ICEM软件对搅拌釜流场进行六面体结构网格划分,基于SST-DDES湍流模型及欧拉-欧拉多相流模型对搅拌釜内部流场进行三维非定常计算,获得两种桨叶下搅拌釜内部涡结构及其演化过程,并分析搅拌釜内瞬态气相分布和瞬时流场的分布规律。研究结果表明：由于叶片旋转而产生的涡有撕裂、合并、衰减和耗散的演化过程;直叶片相较于推进叶片,其涡耗散速度较快,涡产生到消失的周期较短;由于叶片结构不同,主流的运动方向也随之改变,直叶片沿径向分布,推进叶片沿轴向分布。前者在釜内形成上下两层循环区,不利于气相扩散。后者在釜内形成一个大循环区,加剧釜内流动循环,造成后者的气相扩散能力大于前者。比较两者T_0.95分布,推进叶片要小于直叶片,推进叶片搅拌釜T_0.95近似为直叶片搅拌釜T_0.95的50%。     

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。     

顶底复吹转炉内气液两相流行为的数值模拟

利用可压缩模型描述了四孔喷头顶吹超音速射流行为,并与前人实测结果对比验证了模拟结果. 通过耦合VOF和Lagrange模型对纯顶吹、顶底复吹炼转炉内熔池运动进行描述,并对炉底喷嘴数量、布置进行优化. 结果表明,在纯顶吹条件下,熔池的混均时间为523 s,炉底区域钢液流动微弱. 加入底吹氩气后,底部钢液速度增大,熔池混均时间为99 s. 炉底采用3个喷嘴的熔池混合效率要好于2个或4个的情况. 底吹喷嘴距离炉底轴心在0.3D~0.4D区间内最佳,且应偏近于0.4D区域.     

气液两相流摆动特性实验的数值模拟

为了给鼓泡塔反应器设计提供依据,运用计算流体力学(CFD)软件模拟了鼓泡塔气液两相流动态行为。采用双欧拉法对鼓泡塔矩形反应器内不同曝气量下气液两相流的摆动特性进行了模拟考察,液相采用标准κ-ε紊流模型,气相采用分散相零方程模型,分析了网格尺寸、时间步长以及相间作用力对模拟结果的影响,模拟的曝气量为42.5~237 m L/s。结果表明,当相间作用力仅考虑阻力时,气液两相流呈现周期性摆动规律;随着气流量的增加,气泡羽流的摆动幅度和频率增大,同时液体的气含率也在增加;模拟的气液两相流摆动频率数据与实验值吻合较好,两者的相对误差为7.2%~12.9%。     

微小非圆截面通道内气液两相流数值模拟研究

利用ANSYS FLUENT软件,采用混合(Mixture)多相流模型对当量直径均为0.6 mm,高宽比分别为0.67、1、1.5的三种不同微小非圆截面通道内两相流流动与传热进行数值模拟,获得了不同截面管道内两相流温度、截面含气率及摩擦系数等变化分布情况,分析得出三种管道中高宽比为1.5时的矩形截面管道内两相流动及传热特性最优。     

液力透平内气液两相流动的数值模拟

为进一步揭示气液两相条件下泵反转作液力透平的流动特性,考虑相间拖曳力和虚拟质量力,以空气和水作为能量回收工质,基于Euler-Euler非均相流模型,在泡状流型入流的假定条件下,对入口含气率分别为5％、15％、25％、40％的液力透平内流场进行了定常数值计算.结果表明:随着入口含气率的增加,相同流量下液力透平的水力效率...     

搅拌釜内稠密固-液混合的数值模拟

基于颗粒动力学理论对稠密固-液搅拌釜进行模拟,探究固相分布、固相悬浮高度及沉积高度随转速的变化规律。结果表明,采用颗粒动力学理论(KTGF)模型能够较好地预测稠密固-液混合状态。在较低的转速下,釜底的固相浓度较高,桨叶下方、釜壁与釜底的连接处易形成固相的沉积,且搅拌釜上方会出现清液区域。随着转速的增加,固相在轴向分布逐渐均匀,固相沉积区域及固相悬浮高度分别缩小和升高。但是,当转速达到一定程度后,固相均匀度及固相悬浮高度的改善不明显。此外,将固相均匀度法、固相沉积高度法及固相悬浮高度法预测的临界离底悬浮转速与实验数据进行比较,模拟值分别低于、高于和低于实验值。     

循环旋风分离器内气液两相流动数值模拟

采用雷诺应力模型RSM对循环旋风分离器内气液两相流动的情况进行了数值模拟研究,讨论了循环旋风分离器内切向速度、轴向速度、径向速度、压力场、雷诺应力的分布特点以及相同入口速度下分离器内液滴运动轨迹与分离器的分离效率。数值模拟结果表明,循环旋风分离器切向速度呈现明显的驼峰状,轴向速度上行流和下行流明显,径向速度相对较小,压力由轴心向外逐渐升高,雷诺应力分布复杂且无明显规律,分离器对小直径液滴分离效率较低,入口速度对分离效率的影响比较明显。     

鼓泡塔气液两相流不同曳力模型的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型对圆柱形鼓泡塔内气液两相流动进行了三维数值模拟. 通过UDF自定义程序对气相出口边界进行了速度修正,解决了模拟中自由区域内有漩涡的问题;分别使用单一气泡尺寸模型和群体平衡模型(PBM)计算气泡尺寸,并比较其对气含率分布的预测结果,分别采用Schiller-Naumann, Grace和Tomiyama曳力系数模型进行模拟. 结果表明,在全塔径均匀进气的简化条件下,单一气泡尺寸模型不适用,在合适的Hamaker数下,PBM模型中原用于颗粒计算的Abrahamson模型可计算气泡聚并速率;Tomiyama曳力模型耦合PBM模型可更好地描述塔内流动情况,并与文献值吻合良好. Schiller-Naumann模型所得平均气含率与实验值相差约40%,而Grace模型所得湍动耗散比Tomiyama的结果高14.5%,气含率分布与文献值相差16.3%.     

聚氨酯低压混合器内液固两相流数值模拟

为了探究颗粒粒径、颗粒体积分数、流体黏度、混合头转速对混合器内液固两相流流场的影响以及对叶片尖端所受压力进行预测,运用计算流体力学(CFD)软件Fluent,对聚氨酯低压混合器内液固两相流进行三维数值模拟。结果表明,随着颗粒粒径、颗粒浓度、流体黏度的增加,混合头周向叶片间出现颗粒低速区,其范围不断扩大,不利于物料的混合,而提高转速并不能有效地消除颗粒低速区。混合头结构模拟的计算结果表明,优化过的混合头有效地消除了颗粒低速区,能够实现混合器内物料的充分混合。对叶片尖端所受压力进行拟合,得到不同工况下混合头叶片尖端处所受压力的预测公式,为混合头的冲蚀磨损及新型混合头的设计与研究提供参考。     

鼓泡塔反应器气液两相流CFD数值模拟

对圆柱形鼓泡塔反应器内的气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,模拟的表观气速范围为0.02～0.30 m•s^-1; 模拟采用了双流体模型,并耦合了气泡界面密度单方程模型预测气泡尺寸,该模型考虑了气泡聚并与破碎对气泡尺寸的影响。液相湍流采用考虑气相影响的修正k-ε模型,两相间的动量传输仅考虑曳力作用。模拟获得了轴向气/液相速度分布、气含率分布、湍流动能分布以及气泡表面面积密度等,对部分模拟结果与实验值进行了定量比较,结果表明模拟结果与实验结果吻合较好。     

基于分相流模型的气液两相流流量测量

从伯努利方程出发,基于分相流模型,推导出气液两相流流过文丘里管的流量公式.在分析了两相流通过节流装置的实际流动情况后,作者认为气液两相滑移比是影响流量公式误差的一个重要因素.在理论与实验研究的基础上,作者提出了气液两相流流过文丘里管的滑移比经验关联式.利用作者提出的滑移比经验关联式和分相流模型的流量公式测量两相流流量,体积流量误差的均方根小于5.1%,表明该方法适用流过文丘里管的两相流流量测量,尤其对于两相流动激烈的两相相互作用区域,流量误差满足测量的要求.     

气液两相机械搅拌釜中翼型组合桨持气特性

研究了机械搅拌釜中翼型组合桨的组合方式、桨间距、通气位置及翼型桨的排出流方向对气含率的影响。在单位体积功率消耗相同的情况下,采用以翼型k5桨为下层桨、较低的通气位置及较大的桨间距为搅拌釜的几何结构,并采用翼型桨的排出流方向向上的搅拌方式,可以提高搅拌釜的气含率。给出了气含率与单位体积功耗和表面气速的关联式。     

壁面亲水性对DMFC阳极通道内气液两相流影响的数值模拟

采用计算流体力学软件FLUENT对DMFC阳极通道内的气液两相流进行数值模拟,考察了阳极通道壁面的亲水性质对通道内气液两相流的影响.模拟结果表明:当流道侧壁面为憎水性时,CO2气体排出速度较快,但不利于反应物向扩散层方向迁移;当流道侧壁面和扩散层(GDL)表面均为亲水性时,有利于反应物向GDL方向迁移,但CO2气体排出阳极通道的速度较慢;当流道侧壁面为亲水性、GDL表面为憎水性时,既有利于反应物向GDL方向迁移,又有利于CO2气体排出通道.     

气液两相绕流错列管束升力特性的数值模拟

采用混合物模型和RNGk-c紊流模型对气液两相绕流错列圆柱管束升力特性进行了数值模拟。重点研究了节距比、含气率和雷诺数对升力功率谱的影响。结果表明：节距比增大,功率谱峰值增加,节距比为1．5时中间管排出现“双稳态现象”;含气率增加,功率谱峰值减小直至没有峰值,涡街消失;雷诺数增加,功率谱峰值减小;下游圆柱功率谱峰值较中间管排峰值大。模拟结果与实验结果基本吻合,旋涡脱落频率误差为1．03％。     

矩形截面螺旋管内气液两相流型转换数值模拟

采用CLSVOF(coupled level set and volume of fluid method)方法,以空气和水为介质对矩形截面螺旋管内气液两相流动进行数值模拟,气相折算速度U_G为0.1～2.5 m·s^-1,液相折算速度U_L为0.09～4.5 m·s^-1.研究螺旋直径、螺旋升角对流型转换边界的影响,并绘制了不同螺旋直径、不同螺旋升角下的流型图.数值结果表明,与传统VOF方法相比,CLSVOF可以得到更精确的相界面;随着螺旋升角的增加,塞状流向泡状流的转换边界向U_L减小的方向进行,但是幅度很小,塞状流向弹状流的转换边界向U_L减小的方向进行;随着螺旋直径的增加,塞状流向泡状流的转换边界向U_L减小的方向进行,塞状流向弹状流的转换边界向U_L减小、U_G增大的方向进行;与Murai流型图相比,流型转换边界有所差异.