各向异性k-ε湍流模型在Rushton桨搅拌槽三维流场整体数值模拟中的应用

根据搅拌槽内的流动呈各向异性的特点,引入适用于强旋转流场的各向异性k-ε湍流模型,用改进的内外迭代法对有挡板的Rushton桨搅拌槽进行了整体数值模拟.利用文献中对搅拌槽内流场测定结果,给出了适用于Rushton 桨搅拌槽的各向异性湍流黏度系数值.模拟计算得到了搅拌槽内的流场分布和脉动速度分布,并同标准k-e湍流模型计算结果及文献数据进行比较.结果表明,各向异性k-ε湍流模型能成功反映Reynolds应力、湍流动能等湍流特征量,明显优于标准k-ε湍流模型.     

各向异性k-ε湍流模型在Rushton桨搅拌槽三维流场整体数值模拟中的应用

根据搅拌槽内的流动呈各向异性的特点 ,引入适用于强旋转流场的各向异性k -ε湍流模型 ,用改进的内外迭代法对有挡板的Rushton桨搅拌槽进行了整体数值模拟 .利用文献中对搅拌槽内流场测定结果 ,给出了适用于Rushton桨搅拌槽的各向异性湍流黏度系数值 .模拟计算得到了搅拌槽内的流场分布和脉动速度分布 ,并同标准k -ε湍流模型计算结果及文献数据进行比较 .结果表明 ,各向异性k -ε湍流模型能成功反映Reynolds应力、湍流动能等湍流特征量 ,明显优于标准k -ε湍流模型 .     

钢筋表面氯离子浓度预测实用模型及数值研究

钢筋表面氯离子是诱发钢筋锈蚀的主要原因之一,因此,预测钢筋表面氯离子浓度对钢筋混凝土结构的耐久性预测具有十分重要的意义.根据氯离子扩散理论和混凝土随机骨料模型建立氯离子在混凝土中扩散理论模型,通过对氯离子侵蚀混凝土扩散理论模型的Monte-Carlo数值模拟的结果回归分析,建立了钢筋表面氯离子浓度预测高斯函数实用模型.分析了实用模型中三个参数的物理含义,同时建立了实用模型中参数与侵蚀时间、骨料率之间的函数关系.实用模型为实际工程的氯离子浓度预测提供了极大的便利.     

水力旋流器两相湍流数值模拟研究进展

数值模拟已经成为研究水力旋流器流场理论的重要手段,论述了国内外对于水力旋流器内两相流场的数值模拟研究进展,雷诺应力模型作为目前水力旋流器流场模拟的重要模型虽然已经得到广泛应用,但仍存在很大缺陷。通过分析研究成果提出了对于雷诺应力模型的改进和完善,今后对水力旋流器数值模拟研究的重点和发展方向。     

废弃纤维再生混凝土碳化深度预测模型研究

在碳化理论的基础上,通过引入气体扩散理论和分形理论,基于一般正常环境下混凝土结构耐久性产生影响的因素(粉煤灰、矿渣微粉及工作应力),研究单一因素下废弃纤维再生混凝土的碳化性能规律.同时,将烧重试验、压汞试验和碳化试验所得数据进行分析,建立上述相关因素与有效扩散系数Dce的量化关系.此外,考虑到粉煤灰、矿渣微粉和工作应力的存在对废弃纤维再生混凝土的碳化性能影响,引入了粉煤灰影响系数、矿渣微粉影响系数和工作应力影响系数.通过模型计算值和试验结果的比较验证碳化深度预测模型的可行性,建立适用于废弃纤维再生混凝土碳化深度预测的实用模型.     

射流泵湍流场的数值模拟与实验研究

采用k-ε湍流模型和非等间距加密网格,对射流泵流场进行了数值模拟和分析,并对相应的流场进行了实验研究.结果表明,流场轴向速度剖面在扩散管段具有较好的自相似性,而在喉管段则不然;这种速度剖面变化的转折点与喉管的长度有关;流场的湍动能分别在喷嘴出口与扩散管入口处产生峰值,并且前者远大于后者,可见射流泵流场中,湍流主要发生在喉管入口处,湍动能的不平衡将导致额外的能量损失.本研究结果对工程应用有指导意义.     

锥角对水力旋流器压力场和速度场的影响

针对所建立的静态水力旋流器结构模型进行了简要的分析,采用CFD软件中基于各相异性的雷诺应力湍流模型,应用PC-SIMPLEC算法,对双锥水力旋流器内部流场进行了的三维数值模拟,得到了旋流器内部流场的压力分布特性和速度分布特性.结合流体力学及旋流器理论分析验证模拟结果的正确性.研究发现:在一定范围内,水力旋流器内部压力降...     

添加聚合物对混合层中拟序结构的影响

<正>混合层是一种在化工过程中经常见到的基本流场,对该流场拟序结构的研究具有理论和实际意义.自70年代以来,混合层中的拟序结构得到了深入和广泛的研究,然而对于加入聚合物而产生了粘弹性的混合层流场,国内外的研究工作还不多.实验方面,Hibberd发现聚合物的加入使流场中小尺度结构减少,拟序结构更加明显;Riediger发现拟序结构具有更长的生存期,动量厚度的增长受到抑制.理论方面,最新的进展是Azaiez和Homsy(简称AH)用Oldroyd-B模型求解了流场,但是在求解时,发现在Weissenberg数为5时数值解发散,并用有限拉伸率下聚合物法向应力会趋于无穷来解释这一现象.因而对流场没作仔细的研究.但事实上,数值解的发散并不表示此时应力已出现奇点,而是由于应力迅速增长的性质导致数值计算出现不稳定,正如计算激波时还没有真正到达间断,数值解就会由于振荡而发散.因此,可以采用适当的滤波措施来稳定计算而得到合理的近似解.     

同轴射流旋流燃烧室内湍流流动的数值模拟

应用完整形式的改进代数Reynolds应力模型对旋流燃烧室内两股同轴旋转射流的湍流流动进行了数值模拟 .模拟得到的结果与实验测量数据以及k -ε模型和简化形式的改进代数应力模型的模拟结果进行的对比表明 ,改进的代数应力模型可以给出比k -ε模型和简化形式的改进代数应力模型更为合理的湍流旋流流场模拟结果 .     

黄磷脱砷中文丘里反应器的流固耦合研究

基于计算流体力学和流固耦合原理,利用FLUENT的Realizable k-ε湍流模型,计算得到文丘里反应器内部流场分布,通过ANSYS Workbench中的流固耦合技术,将流场分析的结果数据传递到Static Structure中进行结构静力分析,从而得到流场分布、喷嘴所受压力、喷嘴变形、应力应变等分析结果。结果显示,在特定工作压力条件下,文丘里反应器的扩散管在工作中有向吸入管相反方向变形的趋势;在整个结构中,最大应力和应变值均集中在喷嘴内流道中;由于高速流体的射流作用,喷嘴出口附近结构主要承受拉应力的作用。由于计算得到的应力和应变数值均处于较低水平,因此结构能够满足工况的要求。     

管内稠密气固两相流数值模拟计算:颗粒动力学方法

基于稠密气固两相流流体动力学模型、颗粒动力学的颗粒湍动能模型 (KTGF)和气体湍动能模型(SGS) ,模拟计算结果得到了实验研究所揭示的环 -核流动结构 .模拟计算与Miller和Gidaspow的实验结果进行了比较 ,颗粒相浓度、速度和颗粒相动力黏性系数分布与实验值基本吻合 .     

Modelling of performance of PEM fuel cells with conventional and interdigitated flow fields

A simple mathematical model is developed to investigate the superiority of the interdigitated flow field design over the conventional one, especially in terms of maximum power density. Darcy's equation for porous media and the standard diffusion equation with effective diffusivity are used in the gas diffuser, and a coupled boundary condition given by the Butler–Volmer equation is used at the catalyst layer interface. The performance of PEM fuel cells with a conventional flow field and an interdigitated flow field is studied with other appropriate boundary conditions. The theoretical results show that the limiting current density of a fuel cell with an interdigitated flow field is about three times the current density of a fuel cell with a conventional flow field. The results also demonstrate that the interdigitated flow field design can double the maximum power density of a PEM fuel cell. The modelling results compared well with experimental data in the literature.     

循环流化床提升管气固湍流的计算流体力学模拟——k-ε-kp-εp-Θ5参数双流体模型

提出了用k -ε-k_p-ε_p-Θ 5参数的双流体模型来模拟循环流化床提升管中的气固湍流 .模型用颗粒动力学理论描述颗粒与颗粒间的碰撞 ,用低Reynolds数湍流方程分别模拟气相和颗粒相的湍动 ,并且考虑了气固两相湍动的相互作用 .模拟所得颗粒速度和浓度的径向分布与实验结果吻合良好 .分析表明 :在时间和空间域上 ,采用颗粒相湍动与颗粒间碰撞分离处理和颗粒相湍能及耗散方程的引入是合理的 ;颗粒相湍动与两相湍动相互作用的封闭条件是影响模拟结果的重要因素 .     

采用常规条形流场的质子交换膜燃料电池阴极数值模拟(Ⅰ)模型建立

对采用常规条形流场的H₂-Air PEMFCs阴极建立了二维数学模型,模型的控制方程耦合了连续性方程、Darcy方程、电传导方程以及O₂和H₂O的对流-扩散方程,对氧的电化学还原反应过程采用Butler-Volmer方程描述.利用模型计算了阴极扩散层中电流密度、O₂和H₂O浓度、催化层界面上局部电流密度的分布,分析了采用常规条形流场时气体在阴极扩散层中的传递机制及各组分浓度分布的特点.     

气辅注射成型矩形腔中熔体流动的数值模拟

应用Hele-Shaw物理模型和改进的Ｃross流变模型对辅助射成型过程中充填区域内熔体的流动进行数值模拟,采用控制体积法对充模过程中的熔体前沿、熔体－气体边界进行跟踪,运用有限元／有限差分混合数值方法求解气体注射阶段的速度场、压力场、温度场,以图表的形式列举了不同时刻压力场的分布和充模过程中的流线图。在计算过程中,采用压力场和温度场耦合的方法。     

基于段塞流捕捉的高黏油气两相流模型的建立与验证

随着传统油田的快速消耗,高黏稠油的开发逐渐引起了重视。有关高黏油的气液两相流研究主要集中在国外,国内的相关研究目前还较少。本文针对高黏油气混输管路,建立了一种捕捉段塞流的形成和发展过程,并进行两相流水力计算和液塞长度统计的组合模型。通过气液相间滑移速度和液相连续性方程的求解得到管路中不同时刻和位置的持液率,以持液率的变化反映段塞的形成和发展。建立气液动量守恒方程关联持液率和压力,得到管路中各位置的压力变化。闭合关系式中,通过液塞平移速度、壁面及气液相界面的剪切力关系式加入黏度的影响,最终建立适用于高黏油气两相流的段塞捕捉模型。使用不同来源的数据验证模型计算压降和液塞长度的准确性,数据分别来源于国外研究者的实验数据和大庆油田的现场数据。结果表明,模型具有较高的计算精度,大部分压降误差在±15%以内,大部分液塞长度误差在±20%以内。     

Numerical simulations of flow behavior of gas and particles in spouted beds using frictional-kinetic stresses model

Flow behavior of gas and particles is simulated in the spouted beds using a Eulerian-Eulerian two-fluid model on the basis of kinetic theory of granular flow. The kinetic-frictional constitutive model for dense assemblies of solids is incorporated. The kinetic stress is modeled using the kinetic theory of granular flow, while the friction stress is from the combination of the normal frictional stress model proposed by Johnson and Jackson (1987) and the frictional shear viscosity model proposed by Schaeffer (1987) to account for strain rate fluctuations and slow relaxation of the assembly to the yield surface. An inverse tangent function is used to provide a smooth transitioning from the plastic and viscous regimes. The distributions of concentration, velocity and granular temperature of particles are obtained in the spouted bed. Calculated particle velocities and concentrations in spouted beds are in agreement with the experimental data obtained by He et al. (1994a, b). Simulated results indicate that flow behavior of particles is affected by the concentration of the transition point in spouted beds.     

湿气管道积液临界气速预测的新模型

气田开发经常采用湿气集输方案。针对湿气输送管道出现的积液问题,基于分层流最小界面剪切应力准则,利用气液平界面分层流液膜区的速度分布规律,建立了求解积液临界气速的新机理模型。由分层流液膜区的流场描述和气相动量方程得到气液界面剪切应力的表达式;利用界面剪切应力函数曲线特性,可以通过界面剪切应力关于持液率求导获得临界气速。以不同文献中收集的临界气速实验数据,对新模型和其他具有代表性的湿气管道积液模型进行验证对比,表明新模型的预测精度要优于其他模型。     

Gas flow behavior and residence time distribution in a FCC disengager vessel with different coupling configurations between two-stage separators

To deeply understand the effect of coupled configuration between two-stage separators on the gas flow behavior in fluid catalytic cracking disengager space, the gas flow field and residence time distribution in a bench-scale disengager is numerically studied on the platform of the commercial computational fluid dynamics software package, Fluent 6.1. Two conventionally used coupling configurations in refineries and a newly-designed configuration are investigated. The Reynolds stress model is applied to simulate the gas flow field and the results agree well with the experimental values measured by a smart five-hole probe. Coupled with the Reynolds stress model, a scalar transport equation is used to obtain the gas residence time distribution. It is shown that the coupling configuration between the primary and secondary cyclones has an apparent effect on the gas flow behavior. The newly-designed configuration is better to quickly discharge the gas into the secondary cyclone inlet with a maximum residence time of 0.38 s, compared to 7.72 s and 2.79 s for the two conventional configurations. The simulation results indicated that the appropriate modification of the coupling configuration can help to improve the gas flow. The knowledge of the gas flow field also help to understand the coke formation process in the disengager space.