短程混凝-膜过滤工艺清洗过程中气液两相流对絮体形成的影响

基于数值模拟的方法研究了不同填充密度和不同曝气强度下短程混凝-膜过滤工艺中膜清洗过程反应器内流场特性。结合絮凝动力学理论,引入微涡旋尺度参数来判定影响絮体形成的流场状态,以评估膜清洗过程中曝气强度对絮体形成及膜清洗效果的影响,并用实时图像技术对模拟结果进行验证。研究结果表明,反应器填充密度为7.38%,气水比为15:1时,反应器内平均有效能耗适中,且形成的微涡旋尺度也适中,不会对絮体产生明显的破坏作用,有利于形成较大尺寸的絮体;同时在膜组件附近产生较强的水流剪切速度,使膜面得到有效的清洗。结合实验分析,反应器填充密度为7.38%,气水比为15:1时,反应器内形成的絮体粒径较大且与数值模拟得到的微涡旋尺度相近,上清液UV254和TOC值最低,去除效果最好。     

气液两相流对板式换热器影响的模拟研究

用Fluent软件对人字形板式换热器冷流道中气液两相流的4组不同工况进行了模拟研究,分析了冷流道中两相流体的流动和换热特性以及气体在流道中的分布状况。结果表明,由于气相的扰动作用,使进出口连线一侧传热死区的换热状况有了很大改善;在一定含气率范围内,随着空气体积含气率的增大,增强了板式换热器的换热效果。     

固定化微生物反应器内气液两相流的CFD模拟与分析

利用CFD软件Fluent对固定化微生物反应器内曝气头不同安装高度下的气液两相流进行了三维数值模拟。采用两相流欧拉-欧拉模型和液相Standard-ε湍流模型,模拟获得了x、z截面处的液速分布图,并分析比较了4种方案下反应器内的液相速度和气液两相混合程度。结果表明:曝气头安装高度450mm、微生物柱安装高度370mm为最佳安装高度。     

COMSOL Multiphysics有限元软件数值模拟气液两相流的可行性研究

在多相流实验管路系统中,设计向上30°倾斜管道中气液两相流的实验方案和流程,进行气液两相流流型实验研究,并绘制气液两相流流型图。再利用COMSOL Multiphysics软件,对向上30°倾斜管中气液两相流中不同时刻的体积分数进行数值模拟研究,验证COMSOL Multiphysics应用于气液两相流的可行性。结果表明采用COMSOL Multiphysics软件数值模拟向上倾斜管道中气液两相流流型的分析结果与室内实验法结果基本一致,可信程度较高,可作为分析气液两相流流型的主要方法之一。     

微通道壁面浸润性对气-液两相流的影响规律研究

通道壁面浸润性对微通道内的气-液两相流具有重要影响。利用等离子体辅助接枝改性,将甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱（SBMA）及1H, 1H, 2H, 2H-全氟癸基三乙氧基硅烷接枝在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料表面,得到了10°、40°、70°和110°四种接触角的微通道,并考察了浸润性对流型、气泡长度和压降的影响。结果表明,随接触角增大,气泡截断位置下移,膨胀阶段缩短,挤压阶段变长;低流量时,气泡长度随接触角增加而增大,高流量时则减小;建立了与材料表面水接触角相关的气泡尺寸预测关联式,与Garstecki经典预测关联式相比,预测精度更高;θ<90°时,接触角增加,压降减小;θ>90°时,三相接触线使流动阻力和压降增加。     

底吹气连铸中间包内气液两相流的数值模拟

以宝钢集团梅山钢厂1台连铸中间包为原型,进行底吹气中间包水模型研究. 实测结果表明,底吹气在中间包内形成"鼓泡流"形式的流动结构;"鼓泡流"的形成一方面能够破坏中间包内"层流"形式的短路流动,增强混合,另一方面能在中间包内形成"气幕挡墙",有利于夹杂物去除. 针对中间包内气-液两相"鼓泡流"特征,建立了底吹气中间包内气-液两相欧拉多流体模型,模型中考虑了气泡的存在对湍流增强的影响,考虑了相间滑移、气泡浮力及湍流分散力. 采用所建立的模型对底吹气中间包内气液两相流动和混合特性进行了模拟和分析,结果与水模型实测结果一致.     

垂直受热通道中气液两相流传热性能的研究

在垂直受热通道中气液两相流的传热是一种从单相流、泡状流、弹状流、搅拌流直至环状流的各种流型的气、液两相复杂传热。本文采用了特制的实验研究设备,以水及其蒸汽为介质,研究了各种流型的传热特性及其影响因素(进料质量流速、热通量以及干度等),探讨了成膜条件,并用J.C.Chen双机理传热模型计算、分析了在不同情况下各机理对传热所起的作用。     

微通道内气-液两相流及并行放大的研究进展

微化工技术从基础研究到工业应用的关键步骤是过程放大。为了实现产品的高通量、易控制和连续生产,微化工过程的研究主要集中于单通道内多相流的稳定性和微通道的并行放大。对单微通道内气液两相流的流型及其对传质的影响进行了综述,阐明了微通道内气液两相流的流动稳定性和传质高效性。同时,综述了微化工技术的应用现状,证明了微化工技术在工业化应用中的潜力。此外,综述了对称并行放大和非对称并行放大2种基本并行放大方式的研究进展,对其中的流体分布及其对传质的影响进行了总结。最后,对未来的研究方向进行了展望。     

开孔阳极铝电解槽熔体中气液两相流数值模拟

引言目前的电解铝生产工艺以氧化铝为原料,在直流电的作用下,熔融电解质中的氧化铝在高温环境下与碳阳极发生复杂的电化学反应,主要在阳极底掌析出二氧化碳[1]。二氧化碳气体从阳极底掌产生到逸出电解质表面的过程中,一方面会不断搅动电解质熔体,阳极气泡与电解质相互发生复杂的传热传质作用,有利于氧化铝颗粒在高温熔体中均匀快速地溶解和扩散运动;另一方面,由于     

基于临界分流理论的气液两相流均匀分配器

提出了一种新型气液两相流分配器,主要由旋流叶片、整流器、分流喷嘴以及分配腔室组成。通过采用“流型调整”与“临界分流”控制相分离。为研究不同分流比下的分配特征,设计了2喷嘴和4喷嘴两种分配结构。建立了气液两相流数值模型,模拟了气液两相流在分配器内流动特性。在气液两相流实验环道上进行了测试,气相折算速度范围为5.0～25.0 m·s^-1,液相折算速度范围为0.012～0.14 m·s^-1,实验中出现的流型包括波浪流、段塞流以及环状流。结果表明,在临界分流条件下,气液相分流系数主要取决于与侧支管相连通的分流喷嘴数目与总喷嘴数目的比值,不受流型、气液流速等参数波动的影响。对于2喷嘴分配器分流系数接近理论值0.5,对于4喷嘴气液分流系数约为0.25。     

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。     

微反应器结构对气液二相分布规律的影响

采用高速摄像仪对3种结构的微反应器内气液二相流型、流动分布及空隙率进行了研究。微反应器采用内置分布实现气液二相分布,3个内置分布器分布角度依次为60°,90°,120°。采用各支通道内气泡长度、气泡速度的相对偏差,相对标准偏差值体现气液二相分布的不均匀程度,考察了分布器结构对各支通道内空隙率的影响。结果表明:随内置分布器分布角度的增大,在实验范围内,各支通道气泡长度分布均匀程度减小,气泡运动速度分布均匀程度增大。各支通道空隙率变化与内置分布器分布角度及支通道与主通道的相对位置有关。     

小曲率蛇形微通道弯头处弹状流流动及传质特性的数值研究

采用CLSVOF（coupled level set and volume of fluid）方法,以空气和水为工作流体对小曲率矩形截面蛇形微通道内气液两相流动进行模拟研究。验证模型的合理性后,研究了曲率对弯通道内压降的影响,曲率及气相速度对弹状流气泡及液塞长度的综合影响;同时深入分析了弯管内气液两相流动的传质特性,包括不同曲率下气泡长度的变化,弯管内液侧体积传质系数与液膜体积传质系数的比较,曲率及气相速度对液相体积传质系数的影响。同时,对比了回转弯道与直微通道传质系数的差异,发现弯微通道可以强化传质。     

毛细管内气液Taylor流动的气泡及阻力特性

采用相对坐标系方法,研究毛细管(d 2mm)内充分发展垂直上升气液Taylor流动,分析两种工作介质下Taylor气泡的形状、上升速度、液膜厚度以及压降特性。结果表明:随着两相表观速度(V_tp)增大,Taylor气泡长度增大,气泡尾部曲率半径增大。气泡长度及内部回流区随着气泡体积分数(ξ_g)增大而增大,量纲1液膜厚度与气泡上升速度与毛细数(Ca)正相关,模拟结果与经验公式吻合较好。摩擦阻力因子(f_c)随V_tp与ξ_g的增大而降低,N₂/乙二醇为工质的Taylor流动f_c低于单相情况,而N₂/水为工质的Taylor流动f_c高于单相情况。Kreutzer等的流型依赖公式以及Lockhart等的分离模型可较好预测本文的两相压降,模拟结果与预测值的误差在±10%以内,常规通道所推荐C 5仍然适用于本文毛细管情况。     

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.     

新型洗涤冷却室内气液两相的分布特性

采用双头电导探针法对新型洗涤冷却室环隙鼓泡床内气液两相的局部气含率、气泡直径等分布规律进行了实验研究,并用Fluent商业软件对床层内气含率分布进行了模拟计算,模拟结果与实验结果吻合较好。研究结果表明：新型洗涤冷却室内部构件对环隙鼓泡床内气液两相的分布特性影响显著,气相分布更加均匀,液面波动更趋平稳,有效地减少了气体带水问题,相比国外技术具有更好的操作弹性。     

壁面润湿性对蛇形微通道内两相流流动特性影响的格子Boltzmann模拟

在90°Y形汇流的矩形截面蛇形微通道内,采用格子Boltzmann方法对不同接触角的蛇形微通道内气液两相流动进行了数值计算。首先以空气和水为工作流体对气液两相流动进行模拟研究并通过实验进行验证。验证模型合理性后,根据模拟计算结果,以气液相流速为坐标绘制了不同接触角下的流型图并分析其差异性及原因;同时深入研究了液相黏度和接触角对于弹状流流体力学性质的综合影响;比较了具有不同接触角壁面的蛇形微通道内两相流压降、摩擦因子、壁面摩擦系数和剪切应力的分布规律,并讨论了蛇形微通道内气液两相流动的影响因素。研究表明疏水壁面即接触角大于90°时,微通道内两相流压降、摩擦因子、壁面摩擦系数和剪切应力均低于亲水壁面微通道内相关参数,更利于流体流动。     

气升式陶瓷膜过滤过程的气液两相流模拟

采用VOF双流体模型对19通道气升式陶瓷膜过滤装置进行气液两相流的流体动力学模拟,研究了曝气孔直径和曝气量对气升式陶瓷膜过滤装置的气含率、环流液速、膜面剪切力及膜管内湍流强度的影响,模拟结果与实验结果的误差在5%~10%之间。结果表明,气升管与降液管的气含率都随曝气量增大而增大,随曝气孔直径减小而增大;环流液速、膜面剪切力及膜管内的湍流强度都随曝气量增大先增大,当曝气量达到400L·h^-1时其增大趋势变缓。通过实验和模拟比较了3种不同孔径的曝气头,环流液速与曝气孔的直径关系不大,仅与曝气量相关,但曝气孔直径越小,其膜面剪切力越大,越有利于过滤过程的进行。