利用两相流模模拟射砂过程的进展

近年来,利用两相流理论对射砂过程进行数值模拟已经受到国内、国外研究者的重视,并取得了一些进展;在回顾利用方法对射砂过程进行模拟的基础上,详细介绍了两相流理论的发展,包括稀疏两相流理论以及稠密两相流理论;还介绍了利用两相流理论来模拟射砂过程的研究进展以及重点研究方向。     

含酸性溶解气的气液两相流管道流致腐蚀模拟

目的 研究天然气输送管道中的酸性溶解气(CO2)与水相冲刷作用共同影响下形成的流致腐蚀(FAC)现象。方法 基于计算流体力学理论,确定了不同条件下影响流致腐蚀的气液体积分数和壁面剪应力分布情况。结果 对于上倾管道,水相主要积聚在管道底部,并且水相的积聚厚度与流速呈反比、与含水率呈正比。当流速小于3 m/s、含水率大于30%时,水相会发生回流现象,即弯管前、后直管段的液体会向弯管处积聚,从而使弯管处积聚水相的厚度大幅度增加。对于下倾管道,水相积聚的位置及与流速和含水率的关系与上倾管道相同,区别在于下倾管道并未出现回流现象。相同条件下,上倾管道的壁面剪切力始终大于下倾管道。当含水率与弯曲角度恒定时,上倾管道的最大剪切力出现在弯管底部,但随着流速的增加,最大壁面剪切力逐渐向弯管后直管段迁移,而下倾管道的最大壁面剪切力出现在弯管的顶部且不随流速的增加而发生变化。当流速和弯曲角度恒定时,上倾管道与下倾管道的最大壁面剪切力规律与含水率恒定的规律相同。当流速与含水率恒定时,弯曲角度对上倾管道壁面剪切力的影响较大,对下倾管道的影响较小;对于上倾管道,随着弯曲角度的增大,最大壁面剪切力的集中位置由弯管底部逐渐向弯管后直管段延伸且遍布管道周身;对于下倾管道,最大壁面剪切力主要集中在弯管及弯管后直管段的顶部,并且随着弯曲角度的增加,数值有所增大而位置不变。结论 通过分析积聚水相分布和壁面剪切力集中位置可知,上倾管道两者作用区域近似重合,即会受到严重的流致腐蚀影响;下倾管道两者作用区域并不重合,管道的上部主要受局部冲刷腐蚀的影响,下部主要受局部电化学腐蚀的影响,即下倾管道不会受到流致腐蚀的影响。     

基于CFD的液氮消防喷嘴两相流数值分析

为了研究液氮消防喷嘴的射流特性,对氮气和水混合喷射的两相流喷嘴建立数学模型和几何模型,利用计算流体力学的方法对气液两相流射流流场的速度、压力、密度等物性参数进行数值模拟仿真分析。并改变喷嘴的入口、出口以及总长度等参数进行仿真,对比不同参数时的射流速度,从而得到喷嘴的最佳尺寸参数。压力仿真云图的结果表明,喷嘴弯折处易出现负压,因此在设计时应将喷嘴设计成曲线型。     

旋转喷吹除气箱中气液两相流动行为的数值研究

利用欧拉模型和多参考坐标系法对旋转喷吹除气箱中的气液两相流场进行数值模拟,提出基于计算域的选取获取自由液面波动的建模方法,并考察了不同因素对除气箱内气液两相流动行为产生的影响.结果表明.提出的获取自由液面波动的建模方法是可行的.随气泡直径的减小、搅拌转速的增加,气体在除气箱中停留时间延长.与铝熔体接触面积增大,气体在除气箱中的分布得到改善,有利于铝熔体的净化.此外,采用圆柱形除气箱,气体大多聚集在转杆周围,且易发生打漩现象,这对铝熔体的除氢不利.     

基于投影-水平集方法充型过程气-液两相流数值模拟

为了更精确地模拟铸造充型过程的流动行为,建立了充型过程的三维不可压缩气-液两相流动模型。采用水平集方法捕捉气-液两相界面,结合投影方法,对所建立的两相流动模型进行了三维数值求解。结果表明:投影-水平集方法能够较好地模拟三维复杂铸件充型过程的两相流动。     

新型混输泵球阀内气液两相流动的数值模拟

为了研究新型混输泵球阀内气液两相流动规律,建立了球阀内流场的三维模型,利用CFD软件,对阀内气液两相流动进行了数值模拟。在球阀开启高度为0.005 m时,对含气率分别为20%、40%、60%、80%4种工况的模拟结果进行了分析,得到了不同含气率下的速度场、压力场及气液两相相态分布,探讨了含气率对球阀内气液两相流动的影响规律。结果表明:阀隙处流速较大,压力梯度大,阀座倒角下端易气蚀;含气率对阀内流速大小影响较小,但对流态有影响。气体主要分布在阀球壁附近,远离球壁气体介质减少;当含气量逐渐增大时,气液两相的相界面处波动较大。研究结果揭示了阀内气液两相流动的规律,为内压缩混输泵气液单向阀相界面演化及失稳机制的研究提供参考。     

管道内气液两相流动腐蚀研究进展

气液两相流腐蚀是管壁附近流体流动与腐蚀作用的耦合,根据气液两相流与管壁的接触状况,可将流型划分为分散流、间歇流和分离流。本文从流动的角度,系统阐述了这三种流型流动腐蚀机理以及研究进展。通过对腐蚀机理研究进展的归纳分析,本文提出了预测气液两相管道内流动腐蚀最严重位置方法,并指出了不同流型流动腐蚀的研究方向,为气液两相流动腐蚀的防护提供参考。     

应用两相流模型模拟压铸充型过程的卷气现象

通过对压铸充型过程中卷气缺陷形成机理的分析,认为型腔中空气的流动以及与金属液之间的相互作用是形成卷气现象的主要原因.为了考虑型腔中空气的流动,采用了一种不可压缩两相流数学模型来模拟压铸充型过程的卷气现象.通过计算流体力学中的两个基准算例,较为全面地验证了该模型的准确性和可靠性.在此基础上,设计了专门针对压铸充型过程的高速水模拟实验,通过对可视化实验结果与两相流模拟结果的比较,证实二者吻合较好,说明了该模型能够较好地模拟液体的充填行为和卷入其中的气泡.     

突扩圆管内液固两相流冲刷腐蚀过程的数值模拟

对突扩圆管中液固两相流冲刷腐蚀过程进行了数值模 拟研究.冲刷腐蚀过程的综合模型可以分解为液固两相流动模型、冲刷模型和腐蚀模型.在欧 拉 坐标系下求解流体相的雷诺时均守恒方程组来模拟流体流场,通过拉格朗日坐标系下的随机 轨道模型获得固体颗粒相的运动,并考虑了流体相与固体颗粒相之间的双向耦合作用.数据 验证结果表明构建的综合模型基本上是正确可行的.     

气液两相下离心泵内全流场流动特性分析

为了进一步探究低比转速离心泵内气液两相分布规律及旋涡产生机制,基于ANSYS CFX计算软件对不同进口含气率工况下离心泵内全流道流动进行计算,分析气相分布规律以及旋涡产生位置,总结含气率对泵内流态的影响.研究结果表明:随着进口含气率的增加,叶轮内压力梯度变大,同时蜗壳出口高压区面积增大,并且叶轮进口低压区逐渐消失;当进...     

流线型孔板流量计液固两相流冲蚀磨损数值模拟

目的探究在管输液固两相流体时,固体颗粒对孔板流量计造成的冲蚀磨损。方法运用基于欧拉-拉格朗日算法的DPM模型,对液固两相流体计量工艺中孔板流量计的冲蚀问题进行数值仿真,预测孔板流量计在液固两相流体流量计量工艺中易发生冲蚀磨损的区域。探究入口液相速度、固体颗粒粒径以及等数量颗粒冲击壁面时,固体颗粒粒径对孔板最大冲蚀速率的影响,并对比管输液固两相流体时,固体颗粒粒径对不同形状的孔板造成的冲蚀磨损速率大小。结果在孔板流量计的突缩管段易产生严重的液固冲蚀失效,最大冲蚀速率随着液相入口速度的增大而增加。当固体颗粒的质量流量相等时,最大冲蚀速率随着颗粒粒径的增加而减小;当单位时间内流经孔板的固体颗粒数量相等时,冲蚀磨损速率随着固体颗粒粒径的增加而增大。在液固两相流管道体系中,固体颗粒对凸型孔板造成的冲蚀磨损行为最弱。结论大颗粒对孔板的冲蚀磨损比较严重,在孔板计量过程中应严格注意。在流体中存在大量大颗粒时,采用凸型孔板流量计能有效改善冲蚀磨损情况。     

基于CFD的充填管道固液两相流输送模拟及试验

为解决和睦山铁矿充填料浆的管道自流输送问题,采用固液两相流理论和计算流体动力学(CFD)方法,建立充填料浆在管道中自流输送的两相流控制方程;利用Gambit构造实际管道的三维网格模型,在Fluent的3D解算器中进行数值模拟。通过分析管道输送的阻力损失和弯管部分的受力情况,获得料浆输送的最佳浓度和流量。料浆坍落度试验、自然沉降试验以及现场工业输送试验验证了数值模拟结果的可靠性。研究结果为该矿即将投入使用的永久充填系统运行参数的选取提供了重要的依据。     

富氧底吹熔炼炉内气液两相流动的数值模拟

以某公司的富氧底吹熔池熔炼炉为原型,运用数值模拟的方法对炉内氧气铜锍两相流动进行三维瞬态模拟,研究炉内气泡主要参数、气含率分布规律、氧枪出口附近压力变化以及液面波动情况。并借助于高速摄像仪设备,对水模型实验中气泡形成、合并、变形及破碎过程进行研究,所得结果与模拟结果进行比较。结果表明:所建立的数学模型是合理的。氧气铜锍两相流动模拟结果表明,炉内气泡形成时间为0.12~0.25 s,生成频率为4~5 Hz,其短轴大小集中在3.5d~6.5d(d为氧枪直径尺寸);气泡停留时间为0.2~0.4 s,其在熔池内的平均上浮速度约为4 m/s;7°和22°氧枪出口气泡后座现象出现的平均频率分别为5 Hz和7 Hz,作用时间为0.06 s;高效反应区存在于熔池上部区域;气相搅动液相所形成的表面重力波在沉淀区传播的过程中,波幅衰减很快,当波传播到出渣口附近时,液面趋于静止。     

锂电解槽极间通道内两相流场数值模拟

通过建立锂电解槽电解质-氯气气液两相流二维模型,使用标准k-ε两方程模型耦合欧拉-欧拉模型求解不同极间通道内电解质速度与体积分数分布,研究电流密度均匀和不均匀分布对气体分率与液相速度的影响。结果表明：均匀模型的体积分数和液相速度均大于非均匀模型;对不同结构和操作参数的分析发现,缩短极距能够降低体积分数,使侧面极间通道内电解质速度增加,中间极间通道内速度下降;增大阳极半径,体积分数与液相速度均下降;增加电解质液面高度对两者的影响不大,增大电流则会使两者增加。     

基于充型过程金属液流动特点的气-液两相流算法模型（英文）

针对在铸件充型过程中,金属液表现出不同的流动特点,含有固体颗粒的金属液具有不可压缩非牛顿流的流动特性,而过热金属液具有不可压缩牛顿流的流动特点,采用Projection方法求解气体、过热金属液和含有固体颗粒的金属液的速度场,用Level set方法来追踪气-液界面边界。为了验证计算模型,将模拟结果与实验结果(采用16 mm摄像机记录充型过程)进行比对,从而证明计算模型的正确性。     

液相黏度对油气混输泵内气液两相分布规律的影响

为揭示液相黏度对混输泵内气液两相的分布规律的影响机制,以三级油气混输泵为研究对象,选取油、气两相作为运输介质。基于ANSYS Fluent软件对泵内两相流态进行数值模拟,分析和总结不同液相黏度下气液两相分布规律。结果表明:液相黏度越小对油气混输泵内气相体积分布影响越大;随着液相黏度的增大,沿着泵流向方向的气相体积分数脉动减小;随着液相黏度的变化,泵内液相分布与气相分布位置刚好相反,并且当介质为重质油时,在泵内0.9倍叶高处叶轮出口开始出现液相聚集现象;液相黏度的增加对于油气混输泵内气相分布的均匀性具有改善作用。研究结果可为油气混输泵的结构优化和性能改善提供参考。     

高铅渣还原炉内气液两相流的数值模拟与结构优化

基于Fluent软件,耦合Realizable k-ε湍流模型和VOF多相流模型对液态高铅渣还原炉内气液两相流动过程进行数值模拟。依据相似原理建立了水模型实验,得到气泡/气团频率、气泡直径和喷枪直径比值的实验结果,其结果和数值计算结果吻合较好,验证数值计算模型的有效性。运用该耦合模型研究熔池深度、喷枪直径、喷枪倾角和喷枪间距等因素对还原炉的影响。再通过正交实验和矩阵分析方法,综合考虑熔池气含率、熔体平均流速和熔体湍动能等指标,得到还原炉最优工况为喷枪角度为10°,熔池深度为800 mm,喷枪直径为60 mm,间距为950 mm。     

卧式搅拌釜气液两相流场的参数化研究

基于Fluent软件,采用SST k-ω湍流模型、欧拉-欧拉两相流模型和多重参考系法对卧式搅拌釜气液两相流场进行数值模拟,并采用示踪剂法研究釜内混合过程.结果表明:增大转速或气体流量有利于气相分布更均匀并加快液相的混合.当搅拌转速超过93 r/min时,相对功率消耗基本不变.上叶轮倾斜角的变化对气相分布的影响很小.当倾...     

射砂过程的数值模拟

利用新兴的两相流理论,采用双流体模型来描述射砂过程,对射砂过程进行了数值模拟,在数学模型中,把气体和砂粒作为研究对象,并且将它们都看作连续的流体。此外,还利用调整摄像的方法记录了射砂的全过程,流动过程的计算结果和试验结果是一致的。