换热器管束排列方式对流场影响的数值分析

利用CFD方法,计算出管壳式换热器不同排列形式的二维压力场、速度场和温度场,并对不同排列形式的压力损失速度分布和换热效果进行了对比,为换热器的设计、改造和维修提供了一定的参考.     

不同组合桨搅拌器搅拌特性的数值研究

采用Fluent软件的多重参考系(MRF)及标准k-ε湍流模型,针对双层平直桨叶、双层45°折叶涡轮桨和两者组合搅拌桨这3种搅拌桨,研究了不同桨叶类型搅拌槽内的流动混合特性和加料位置,结果表明:45°折叶涡轮桨和平直叶桨的上下组合桨可以增强搅拌器内流体的上下湍动,促进混合,其搅拌功率较双层平直叶桨下降37.91%,混合时间减少50.48%;选择上层桨叶尖端加料可以缩短搅拌器内液体的混合时间,提高搅拌效率.     

活塞往复泵内流场非稳态数值模拟

为提高空间液体火箭推进系统性能,满足航天任务的轻质需求,采用活塞往复泵对推进剂进行增压输送。采用动态层和局部重划2种动网格技术研究往复泵内的非稳态流场,分析了活塞挤压推进过程中内流场的压强分布,得到了往复泵的压强输出特性以及结构参数对往复泵平均流量的影响。结果表明:往复泵输送推进剂时压强升高迅速,其单向阀在活塞行程末端有效阻止了推进剂回流;双缸往复泵交替作用时,有利于对推进剂的平稳输出。     

离心浮选机结构对流场影响的数值模拟

为探讨浮选机结构对流场的影响,对整体浮选机流场的分布特性进行了数值模拟.以自吸式离心浮选机为模型,使用计算流体动力学软件STAR CCM+,运用Realizable k-湍流模型和VOF多相流模型,采用SIMPLE算法对速度和压力进行耦合求解,得到了速度、压力、湍动能以及气液相含率的分布规律.模拟结果表明,吸气量、喷嘴出口动能和湍动能值随喷嘴直径增大而减小,当喷嘴直径为19 mm时效果较好.外筒体流场存在较大的速度梯度,速度值从7~8 m/s降至1 m/s以下.矿化气体在外筒体的弥散程度较低,入料初始阶段气含率均一度仅为20%~30%.     

流化床布风板结构对流场影响的数值模拟研究

应用CFD软件Fluent对流化床炉内布风板入口0.5 m段进行冷态流场模拟。研究在一定的开孔率下不同的布风板板孔布置（正方形、圆形和三角形）与不同开孔直径（0.5 mm、0.6 mm、0.8 mm）下对流化床冷态流场与布风板压降的影响。最终实验表明：孔径为0.5 mm、板孔三角形结构的布风板更容易使气流稳定,有益于物料的正常流化。     

三维非稳态流场的有限元数值模拟

应用伽辽金加权余量有限元法,对三维稳态流动的Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和质量守恒方程进行数值求解方法研究和程序开发,并通过三维Ｃｏｕｅｔｔｅ流动的计算机对程序进行了检验,为今后开展自由表面的充型流动数值模拟奠定了基础。     

旋流器流场的数值模拟及对流场特性的分析

旋流器内的流场对分离性能有很大的影响,由于受到各种因素的制约,各使用条件下的旋流器内部流场不可能完全由试验的方式来确定,因此采用数值模拟不失为一种有效的方法,在此液相采雷诺应力模型（RSM）和SIMPLEC算法,对水力旋流器内部流场进行了数值模拟计算,根据计算结果对旋流器内三维速度分布提出了一些新的认识,并分析了旋流器内出现速度缓变区原因,这将导致颗粒富集而出现高浓度区进而影响分离效率;此外,模拟结果显示除了进出口区域外,在分离主体部分的流场也存在着不对称性和不稳定性,这种不对称性和不稳定性受进口速度、进口结构布置以及旋流器锥角的影响;模拟结果还显示在空气柱中心处从底流口至溢流口方向上存在着压力梯度,这将是空气在空气柱内流动的推动力之一,以上的这些特性对进一步充分认识旋流器的分离机理提供了一些依据。     

浑水水力分离清水装置进口及底孔对流场影响的数值模拟

为研究浑水水力分离清水装置的进口尺寸、进口流速和底孔孔径发生改变时对流速场的影响,采用重整化群k－ε模型对装置内的清水流场进行了3维数值模拟。模拟结果表明：流量不变的情况下进口尺寸的增加将会增加柱体区的切向流速和锥体区的径向流速,装置对进口流速的变化较为敏感,因此处理较大流量时应该优先考虑增加进口尺寸;底孔孔径的增加将会增加锥体区的切向及轴向流速,有利于装置中泥沙的排除,但同时将会导致清水溢出量减少。     

冷却孔复合角和排列方式综合作用对平板气膜冷却效果的影响

研究复合角和排列方式综合作用对平板气膜冷却效果的影响。采用数值模拟的方法,保持射流圆孔尺寸、间距及倾斜角不变,分别对四种孔阵的平板气膜冷却进行了流动和传热的分析。利用Realizable k-ε湍流模型,标准壁面函数边界处理和SIMPLE算法,分析速度、涡量、冷却效率,对比冷却孔复合角和排列方式综合作用对平板气膜冷却效果的影响。结果显示:复合角和叉排同时存在时可改善平板展向上的冷却效果,而在平板流向上对冷却效果的影响不明显。结合吹风比得出较优的孔排方式。     

涡轮搅拌桨混合过程三维非等温流场数值模拟

化工搅拌装置内的流体流动伴随着显著的传热过程, 由于搅拌流动的复杂性以及温度的分布难以测量, 采用试验法具有一定的局限性。利用计算流体力学(CFD)软件, 采用标准κ-ξ紊流模型, 分析了非稳态非等温情况下, 涡轮搅拌桨混合过程中搅拌槽中流体的三维紊流流场和温度场的分布。结果表明, 桨叶旋转时, 在叶轮区产生高速射流, 径向射流在流动过程中夹带着周围流体撞击到槽壁后, 径向排出并分成两部分, 在叶轮上下两侧附近形成了两个循环涡流。随着桨叶搅拌时间的增加, 搅拌槽内流体温度逐渐趋于均匀, 但在六叶轮斜上区出现6 个低温区。桨叶所产生的能量绝大部分都消耗在桨叶附近的排出流区。     

螺旋管内流场数值模拟

螺旋管以其结构简单等优点在油水分离领域得到广泛应用。数值模拟作为一种可替代实验研究的 方法,广泛应用于螺旋管内流场变化规律的研究。采用VOF模型对螺旋管油水两相流进行数值模拟,得出了螺旋 管内流场变化特性:第9圈油水分离度达到95%,近进口端水相分布较大,沿重力方向水相分布变化不大并出现油 水重混合现象;靠近进口处湍动能强度、动压最大,动压在进口处突降而在外沿轴向线性递减;在进口端外侧剪切应 力最大,沿管道轴向分布变化不大。螺旋管内的油水分离数值模拟,为螺旋管油水分离技术的改进提供了一定的理 论基础。     

旋流塔板上气体流场的数值模拟

采用二方程ｋ－ε湍流模型，以实验数据确定入口条件，用ＳＩＭＰＬＥ算法对旋流塔板上气体的速度场及静压场进行了数值计算。其结果与实验值吻合良好，表明数值模拟可用来预测较实验更为详细的气流运动特点。     

叶栅内部粘性流场的数值模拟

提出了一种求解叶栅内部粘性流场的新方法,并用该方法求解了任意曲线坐标系下的时间相关Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,该方法采用有限体积离散,对无粘通量采用Ｃｈａｋｒａｖａｒｔｈｙ－Ｏｓｈｅｒ的三阶精度ＴＶＤ格式,对粘性通量采用中心差分格式;并且在边界处理上采用直接将边界条件施加于物理边界上的方法,使得边界条件更加符合真实情况,对叶栅内部粘性流场的计算表明,该方法能够反映叶栅内部的流动情况。     

喷口结构对雾化流场影响规律的数值模拟

喷口结构形式对喷嘴雾化性能有重要影响,本文采用计算流体动力学方法研究了不同雾化气体压强(P0)下喷口结构对喷射气体流场及导流管顶端静压强(Pt)的影响规律,建立了紧耦合型、环缝HPGA(High Pressure Gas Atomizer)型和Laval环孔型三种喷口结构的喷射模型,并用Fluent软件进行了模拟计算.研究结果表明:三种喷嘴结构的抽吸压强及导流管顶端静压强径向梯度随雾化压强的变化表现出不同的变化趋势;Laval环孔型喷嘴在雾化压强较低时雾化性能最佳,HPGA型喷嘴在高压时雾化性能最佳;数值计算结果与试验观测值吻合较好.     

射流搅拌流场的数值模拟分析

喷射搅拌器广泛应用于油品储罐内的调和,喷嘴入射角度和入射速度对搅拌效果有很大影响。应用计算流体软件并根据标准k ε湍流模型与 SIMPLE算法,采用单因素敏感分析法分别对喷嘴的喷射角度、喷嘴直径及入射速度的射流流场速度分布进行数值模拟分析。结果表明：喷射距离随直径的增加而加大,随速度的增加而增大,在15~60°的角度范围内,随入射角度的增加先增大后减少;储罐内的速度流场分布随直径的增加先减少后增加,随速度的增加而增加,随入射角度的增加先增加后减少;射流产生的回流范围随直径的增加先减少后增大,随入射速度的增大而增大,随入射角度的增加先增大后减小。因此,相比于喷嘴直径,入射速度和入射角度对储罐内的搅拌效果和搅拌范围有更大的影响。     

轴流泵内部三维湍流场的数值模拟

基于流体动力学计算分析的FLUENT软件,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对轴流泵内部流场进行了数值模拟,并分析了该轴流泵在小流量工况﹑设计工况和大流量工况下叶轮内的速度分布和压力分布以及泵的外特性,得出了该轴流泵的扬程和效率随着流量的变化规律。研究结果有助于解析轴流泵的内部流动机理,并对泵的水力设计提供重要的参考。     

下进风袋式除尘器内部流场的数值模拟

采用计算流体力学软件Fluent,通过数值模拟的方法对下进风袋式除尘器的内部流场进行了研究,发现原设计方案存在气流分布不均匀、设备阻力过大等问题,提出了在进气通道内添加导流板的改进措施.结果表明:在四种不同的工况下,改进后的袋室除尘器内部气流分布更均匀,进出口压力差减小,除尘器各部分均能起到良好的除尘作用,从而有效地减少了滤袋的磨损,提高了除尘效率和运行的稳定性,为袋式除尘器的结构优化设计提供了依据。     

连铸中间包内流场与温度场的数值模拟

针对国内某钢厂中间包,利用CFD软件FLUENT研究该中间包内传输现象,计算挡墙对中间包流场和温度分布的影响,结果表明设置合适的中间包挡墙,能明显改善中间包内的流场和温度场.     

风力机流场速度数值模拟

为了研究风力机在不同来流风速下和额定风速下运行时的尾流情况,采用数值模拟计算的方法,对美国可再生能源实验室(NREL)5 MW风力机进行建模并选择不同来流风速进行数值模拟计算.通过模拟计算数据可以看出,风力机下游的风速在0D~4D区域内恢复迅速,在4D~12D区域内恢复缓慢,在12D~16D区域内恢复迅速.其中,在风力机下游6 D距离处,来流风速恢复到接近来流风速的60%,在20D处恢复到来流风速的92.8%.由此表明,初始来流风速越大,风力机下游风速越容易恢复到初始风速,并且可以认为在下游20D处下游风力机不再受上游风力机的影响.