不同喷气形式对船舶微气泡减阻效果的数值模拟研究

由于不同喷气形式下微气泡减阻的机理不甚清楚,应用流体计算软件Fluent对简化船体模型进行了数值模拟.采用k-ε湍流模型,对两种来流速度、两种喷气流量和六种喷气形式下减阻率的变化进行了计算,并与水池试验进行对比分析,从微气泡体积分数和两相流速度的分布进行研究,总结出一些理论成果,并且进一步考虑对螺旋桨效率的影响.计算结果表明:首中部同时喷气的减阻效果更好.成果可为微气泡减阻技术的实际应用提供理论指导.     

不同工作参数下水轴承的空化程度及微形貌特征对减阻效果的影响

目的为了提高水轴承高速下的减阻效果以及预测水轴承的空蚀区域,研究了高速水静压轴承的空化与减阻性能。方法基于低雷诺数Launder-Sharma模型和空化气泡的动力学模型,分析了不同工作参数下水轴承的空化程度研究及微形貌特征对减阻效果的影响。结果空化气泡主要出现在静压轴承水腔之间的负压封水面及小孔节流器附近,空化气泡溃灭时容易造成轴承材料的空蚀破坏。高速小偏心率时,相比流向和展向微形貌,凸柱微形貌特征表面具有较好的减阻效果,且减阻效果受轴颈线速度的影响较大。结论转速、供水压力和偏心率等物理参数影响水静压轴承空化气泡分布和静态性能,微形貌界面的速度滑移有利于提高减阻效果。     

炭阳极下“Fortin”型气泡运动的数值模拟

基于铝电解槽内二分之一个倾斜阳极的二维几何模型,采用VOF多相流计算方法分别对空气-水和二氧化碳-冰晶石两种系统中的单个"Fortin"型气泡的微尺度气泡运动行为进行了数值模拟研究,对比和分析了两种系统下"Fortin"型气泡的动力学特征。研究结果发现:两系统下随气泡体积增大,气泡会由扁平的椭球型变成具有厚而短的头部以及薄而长的尾部的"Fortin"型气泡;气泡终极滑移速度随气泡当量直径的增加而增大;气泡内部及周围流场存在一定差异。此微尺度研究结果可为减少阳极大气泡以及阳极效应的有效控制提供理论参考依据。     

非对称通道内亲疏水结构影响下的纳米气泡滑移效应

目的 研究非对称性通道中亲疏水表面结构影响下纳米气泡特征与边界滑移之间的关系,以实现良好的流体减阻效果.方法 采用二元体系分子动力学方法,研究纳米气泡在通道流动中产生的滑移减阻效应.首先建立上下壁面非对称微通道模型,通过考虑微通道流动传热过程,探究纳米气泡影响下的微通道界面速度滑移现象.结果 保持亲水下壁面高度以及上下...     

FLUID DYNAMICS IN A GAS STIRRED LADLE——A Separated Flow Model with Stochastical Trajectories

针对底吹气液两相流过程的非均匀性和气泡运动过程随机性,本文从理论上提出用气液分离流动模式处理气液两相流动的方法,建立了随机轨迹分离流数学模型。该模型在Lagrangian时间序列坐标系中分析气泡的流动特性,在Eulerian空间位置坐标系中描述液体的紊流流动过程;气液相间的相互作用以气泡源项的形式在Eulerian场中予以分析;气泡的轨迹由Monte Carlo随机采样方法确定。为便于与前人的工作相比较,本文还采用均相流模型进行解析计算。研究结果表明,本文提出的分离流模型理论上合理,其计算结果与实测结果比较一致。     

气液两相流的流场特性研究——随机轨迹分离流数学模型SCIEI

针对底吹气液两相流过程的非均匀性和气泡运动过程随机性,本文从理论上提出用气液分离流动模式处理气液两相流动的方法,建立了随机轨迹分离流数学模型。该模型在Lagrangian时间序列坐标系中分析气泡的流动特性,在Eulerian空间位置坐标系中描述液体的紊流流动过程;气液相间的相互作用以气泡源项的形式在Eulerian场中予以分析;气泡的轨迹由Monte Carlo随机采样方法确定。为便于与前人的工作相比较,本文还采用均相流模型进行解析计算。研究结果表明,本文提出的分离流模型理论上合理,其计算结果与实测结果比较一致。     

多管真空循环脱气系统循环流动模型

发展一个分析两管和多管真空循环脱气系统的循环流动特征数学模型,采用空间变密度的均相流模型模拟上升管中的气液两相流动,使用纯液相和气液两相之间的密度差作为系统中循环流动的驱动力,上升管中的气相体积分率是通过移植和修正喷气搅拌钢包含气率模型获得,利用空度技术处理包括钢包、真空室、上升管和下降管在内的复杂几何系统的流场计算,使用本模型对两管和多管真空循环脱气系统在喷气量为5-35L/min情况下进行数值模拟,计算的下降管出口处的速度分布与文献中的测量值很接近,分析计算结果表明,多管系统中的速度分布比两管系统的速度分布均匀,即在下降管面积相同的情况下,多管系统的循环流量大于两管系统的循环流量,示踪剂扩散的模拟结果亦清楚展示了两种系统中流动特征的差别。     

铝电解槽内电解质-气泡两相流及氧化铝扩散的模拟计算

本文建立了电解质-气泡两相流模型和氧化铝扩散模型,全面考虑了气泡、电磁力以及铝液流动等三个因素,计算分析了稳态电解质流动场和瞬态氧化铝浓度场。主要结果如下:将铝液流动引入计算十分必要,否则会弱化电解质漩涡流动状态,削弱氧化铝的整槽扩散速度;新概念母线可使电解质流动的两个漩涡对称性更加明显、流速分布更为均匀,进而使氧化铝浓度分布更加均匀。测量结果与模拟结果所揭示的氧化铝浓度分布规律相吻合。     

淬火装置中喷风管路气流计算

设计了一种喷风管路,用毕托管测量了气体实际出流速度,根据管道模型进行了水力学计算,同时还利用Fluent软件进行了相同条件下的数值模拟计算。两种计算方法得到的结果和实验结果比较得出,所研究的管路能满足工程上均匀出流的条件,水力学和Fluent数值模拟两种计算方法得到了相互验证,可以作为将来设计管路的依据。     

厚壁管件有芯棒开式冷挤压理论建模

分析了厚壁管件有芯棒开式冷挤压成形特点及影响成形的参数,将此工艺分为外缩径内径不变、内扩径外径不变、外缩径内扩径3种形式,视前两种变形形式为外缩径内扩径变形的特殊形式。引入流函数,建立包含3种变形形式的统一连续速度场;根据速度场与应变速率场之间关系,确定了应变速率场;利用上限原理,得到了挤压功率、挤压力的理论模型。通过编程计算,得到了不同工况下的力-行程曲线,并与实验结果进行了对比,误差小于8%,满足工程需要。此模型可计算不同工况下的挤压力,用于厚壁管件有芯棒开式冷挤压成形工艺的制定及设备选择。     

铜熔池熔炼过程中生物柴油浸没燃烧数值模拟

以生物柴油替代化石柴油进行浸没燃烧熔池熔炼是发展低碳铜冶炼的重要途径,针对该过程建立生物柴油浸没喷吹燃烧计算模型,计算了喷枪在铜熔体中浸没深度为1 cm时不同氧气体积分数条件下生物柴油浸没燃烧过程及烟气气泡和熔体的运动规律,并实验验证了计算模型。结果表明:生物柴油在熔体内的燃烧过程是间歇的,其燃烧主要集中在与喷嘴相连的气泡内完成,脱离喷嘴的气泡内燃烧现象较弱;计算区域内温度变化分为3个阶段:无规律剧烈变化、温度下降较快、温度缓慢下降;气泡上升轨迹为曲线,上升过程中气泡形状变化依次为球形、椭圆形、扁椭圆形;熔体中线处流动速度较大,近壁面处流动速度较小。     

高效喷气精炼过程中的机械搅拌

在喷气精炼过程中,气泡的分散和细化是提高精炼效率的必要条件。在水模型实验中应用了单向的偏心搅拌模式来寻找最佳的气泡微细化条件。影响气泡微细化的因素有：搅拌模式、偏心度、搅拌转速、喷嘴结构、喷嘴的浸入深度以及气体流量。气体的喷入方式包括两种,一是从搅拌桨下方的喷嘴中直接喷入,二是从一个位于搅拌桨下方的弯管中喷入。在偏心搅拌模式下,漩涡远离了搅拌桨的轴心,小气泡产生于搅拌桨附近的强湍流或高剪切应力场中,随着机械搅拌产生的宏观流向漩涡方向移动。因此,单向的偏心搅拌模式能促进气泡在溶池内的细化和分散。     

高炉炉料运动过程数学模型的建立及其数值模拟

建立了高炉炉料一维非线性动力学数学模型,通过对其进行归一化处理,得到了反映煤气粘性力、炉墙摩擦力、渣水及铁水浮力等对炉料运动影响的６个准数．用该简化模型可得到与其它模型相同的结果．应用该模型计算了不同孔隙度炉料相应的临界煤气流速度和临界压力．研究了实际煤气流速度与临界煤气流速度之差对炉料运动过程的影响,给出了控制炉料稳定顺行的煤气流速度．     

一种新型配流盘的理论研究

介绍了一种适用于水压柱塞泵(马达)的偏心配流盘，对偏心配流盘的结构、原理和受力进行了分析。以配流副的横截面之间的叠加流场为计算模型，进行ANSYS分析，得出配流副在液压力作用下的压力场和速度场分布。     

RH精炼过程中气液两相流动及混匀现象的模拟研究EI北大核心CSCD

利用水模型与数值模拟相结合的方法,对Ruhrstahl-Heraeus(RH)精炼过程中的多相流体流动及混匀现象进行模拟研究。根据相似原理建立与实际210 t RH精炼装置几何相似比为1:5的水模型,采用粒子图像测速(PIV)技术获取水模型中心截面处流场分布。数值模拟采用多相流模型(VOF)和离散相模型(DPM)相耦合的计算方法,湍流模型分别选用k-e模型和大涡模拟(LES)模型。对比测量值与计算值,结果表明2种湍流模型均能较好地预测RH内流场分布;而采用LES模拟能够获得RH内瞬态的速度分布及漩涡的产生和耗散过程。测量并计算了水模型钢包内整体的混匀时间分布,结果表明上升管附近区域的混匀时间大于下降管附近区域的混匀时间。开发了气泡膨胀的数学模型,并将其用于钢液-氩气体系的模拟计算,结果表明气泡膨胀过程对钢液流动的影响显著。     

金属粉末爆炸烧结中微碰撞焊接引起的沉能研究

以不可压缩理想流体对称碰撞模型对金属粉末爆炸烧结中由微爆炸焊接引起的颗粒界面附近沉积的能量进行了分析,在考虑热传导效应的基础上推导出了焊接流场中二维形式的能量方程并用有限差分法对其进行了求解,在考虑冲击绝热压缩贡献的基础上计算出了焊接流场中的温度分布.结果表明：在适当的冲击压力下,爆炸粉末烧结过程中微爆炸焊接引起的焊接界面附近的温升将达到材料的熔点而引起材料熔化,颗粒熔化部分仅为其表面很薄的一层;爆炸焊接引起的材料温升随来流速度和碰撞角度的增大而升高.     

RH精炼过程中气液两相流动及混匀现象的模拟研究

利用水模型与数值模拟相结合的方法,对Ruhrstahl-Heraeus(RH)精炼过程中的多相流体流动及混匀现象进行模拟研究。根据相似原理建立与实际210 t RH精炼装置几何相似比为1:5的水模型,采用粒子图像测速(PIV)技术获取水模型中心截面处流场分布。数值模拟采用多相流模型(VOF)和离散相模型(DPM)相耦合的计算方法,湍流模型分别选用k-e模型和大涡模拟(LES)模型。对比测量值与计算值,结果表明2种湍流模型均能较好地预测RH内流场分布;而采用LES模拟能够获得RH内瞬态的速度分布及漩涡的产生和耗散过程。测量并计算了水模型钢包内整体的混匀时间分布,结果表明上升管附近区域的混匀时间大于下降管附近区域的混匀时间。开发了气泡膨胀的数学模型,并将其用于钢液-氩气体系的模拟计算,结果表明气泡膨胀过程对钢液流动的影响显著。     

横向间断肋条湍流减阻大涡模拟分析

目的 通过改变肋条结构,提高传统肋条的减阻效果。方法 基于Walsh肋条减阻实验,利用LES理论的WALE模型以及PISO算法,对传统连续肋条及新型间断肋条进行了仿真模拟计算,其中梯度求解基于Green-Gauss节点格式,压力求解采用二阶格式,动量方程求解采用中心差分格式,时间离散采用二阶隐式格式。通过对比分析两种不同肋条结构流场湍流流动的细节及肋条的减阻率,探究新型肋条结构的减阻作用和机理。结果 LES方法准确地再现了Wlash实验的流场细节及计算结果,相同计算条件下,传统连续肋条表面摩擦减阻率和黏性减阻率均为4.641%,而新型间断肋条表面摩擦减阻与黏性减阻率高达9.317%和6.306%。结论 新型间断肋条相较于传统连续肋条的表面摩擦减阻率和黏性减阻率皆得到了较大的提升。新型间断肋条具有较高的减阻率是由于横向肋条阻断作用使得大涡旋受到抑制而分裂成较小的涡旋,降低了近壁面流体的流速,减弱了湍流扰动对流体的影响,使低速流体更加稳定的发展。     

板坯连铸结晶器水模内气泡的速度分布规律

采用粒子图像测速仪(PIV)测量了板坯结晶器水模内气泡的速度分布。结果表明,结晶器内气泡的运动分为33个区域,即射流区、上回流区和下回流区,其速度在3个区域内依次减小。在上回流区从窄边至水口附近,气泡的轴向速度先减小后增加,径向速度先增加后减小。在下回流区,随着与射流流股距离的增加,气泡的负向速度逐渐减小,正向速度逐渐增加,形成一个明显的回流区;对于同一截面,气泡的径向速度变化比较平缓。     

工艺参数对镁熔液中氢气泡析出动力学的影响

针对高温镁熔液中氢气泡析出过程的可监控性难问题,利用建立的镁熔液氢气泡析出动力学模型分析多个因素对气泡析出动态变化的影响。采用传统的单因素法,设定不同初始半径、不同初始高度以及不同镁熔液温度的工艺参数条件,探究氢气泡的各项特性参数随时间的变化关系。将特定工艺参数下的动力学方程在MATLAB中进行编程计算,得到气泡上浮速度、气泡半径及气泡上浮高度的变化曲线。结果表明:在满足镁熔液-氢气泡相体系条件下,气泡初始形核高度及镁熔液温度对氢气泡析出变化影响较小,气泡初始半径对其析出影响较为显著。相同时刻下,氢气泡初始半径与气泡上浮速度、上浮高度都成正相关;且在一定变化范围内,随着气泡初始半径增大,气泡到达最大上浮速度的时间滞后性更大。