附属多圆柱绕流的数值模拟

利用FLUENT软件对圆柱周围等分布置6个小直径圆柱的流动问题进行了数值模拟。通过数值模拟,着重研究了附属圆柱直径及主从圆柱之间相对距离的变化对升力系数、拖曳力系数和涡脱落频率的影响作用。     

高雷诺数下近壁圆柱绕流数值模拟与分析

近壁圆柱绕流问题在海底悬跨管道的研究中具有重要的意义。在绕流阻力、升力以及海底土壤的耦合作用下,海底管道所发生的移位、悬跨等现象对于海底管道的安全运行构成了很大的威胁。正确预测各种绕流条件下管流之间的作用力是保证油气管道安全的首要任务。海底管道在极端海洋环境条件下的管、流相互作用为高雷诺数绕流问题,处于高雷诺数下的绕流模拟比处于低雷诺数下的绕流模拟要复杂很多,它需要更精细的网格以及合适的湍流模型。此文对处于悬跨状态下的海底管道进行数值研究,给出不同间隙比下海流绕流海底管道的流场结构形态,分析了间隙比对绕流阻力和绕流升力的影响,为进一步研究海底悬跨管道的受力和变形提供载荷边界数据。     

带横隔板圆柱绕流的三步有限元大涡模拟

在三步有限元数值方法的基础上,利用大涡模拟湍流模型对单向流作用下带横隔板圆柱绕流进行了数值分析.在圆柱的背流侧增设横隔板属于典型的被动型流动控制措施,尽管可以有效减小圆柱所受的水平力,但同时会导致升力有所增加.对带横隔板圆柱尾流区流场的精细化模拟分析,揭示了尾涡演化机制及其与圆柱受力之间的内在联系,为今后进一步发展更为有效的弹性隔板主动型流动控制措施奠定了重要基础.     

二维圆柱绕流的离散涡法计算

采用离散涡方法(Discrete Vortex Method,DVM)研究弹性支承的二维圆柱绕流问题,成功的模拟出涡激振动(VIV)这一现象,与实验对比得到了较好的结果。并且在前人研究成果的基础上,对离散涡方法的精度加以改进,证实了这一方法在研究涡激振动问题上的可靠性和易行性,以及适应高雷诺数下计算的优点。     

亚临界雷诺数下的强迫振荡圆柱绕流数值模拟

应用计算流体力学软件FLUENT模拟了亚临界雷诺数Re=10000下强迫振动圆柱的涡街形成过程,应用k—ω,湍流模型进行计算,求出了其在锁定范围内不同振荡频率下的的升力系数和阻力系数。计算结果与实验值进行了比较,计算得到的升力系数和阻力系数相对误差在20％以内,最后分析了可能出现误差的原因。     

一种绕流管束雷诺数和特征尺寸计算新方法

针对匀速进气横掠管束的流动,采用Fluent软件和标准k-ε模型,建立二维网格进行了数值模拟。以绕流管束的沿程压降为流道流动压降的当量压降,分析了不同管束尺寸和不同流速下流动压降的变化规律,得到了绕流雷诺数及其特征尺寸随管束结构参数和流速的变化关系,据此提出了一种绕流管束雷诺数和特征尺寸计算的新方法。数值模拟结果表明,在绕流管束雷诺数及其特征尺寸计算中同时考虑管外径、管间距、排间距和管间流速的影响时,得到的绕流管束雷诺数及其特征尺寸能更真实地反映绕流管束结构尺寸和流速对流道或流场特征尺寸de的影响。     

狗骨头绕流装置对导管架涡激振动抑制的数值模拟研究

按照流体力学基本理论,将狗骨头型抑振装置引进到导管架的涡激振动上来,并采用FLUENT和ANSYS数值模拟软件相结合的方法对该装置的抑制效果进行检验。数值模拟检验结果表明：该抑振装置不仅有效降低了横向涡激振动响应,而且也抑制了纵向激励。     

单根缠绕管绕流的二维数值模拟

在横向流的作用下,LNG绕管式换热器的缠绕管会因漩涡脱落而振动,从而影响换热器的安全运行。为此,通过数值模拟方法对该换热器中单根缠绕管进行绕流分析,借鉴圆柱体绕流方法研究LNG缠绕管在雷诺数、管径和螺旋角的不同参数组合下,压力系数、脉动升力系数、漩涡脱落频率和斯特劳哈尔数的变化规律。研究结果表明,在θ=75°左右表面压力系数最小,在θ=120°~130°时发生边界层分离;随着螺旋角和雷诺数的增大,边界层分离点位置向后移动;随着管径增大,边界层分离点位置向前移动;漩涡脱落频率随雷诺数的增大而升高,随管径的增大而降低,螺旋角对漩涡脱落频率的影响不大;随着雷诺数的增大,斯特劳哈尔数先增大后减小,且最大斯特劳哈尔数为0.185。     

基于PHOENICS的管道螺旋流数值模拟

利用PHOENICS计算流体软件,对流速安放角为5~70°管道螺旋流的形成及衰减规律进行数值模拟研究。数值模拟时在柱坐标下采用二次迎风格式离散动量方程和湍流能量方程,采用有限容积法和标准κ-ε两方程湍流模型。研究结果表明,流速安放角在5~30°之间变化时,所产生的螺旋流具有比较合适的切向和轴向速度,也有利于清除管道内的沉积杂质和积水;由于螺旋流的旋流分量很容易因管壁的摩阻作用而衰减,需采取适当的继旋器以维持旋流;管道螺旋流切向速度随管径的增大而增大,最大流速出现在近管壁处,这对带走管道中的沉积物十分有利。     

油井多相流数值模型

建立了直井和小斜度井中多相流分析的数值模型.该模型通过计算油气水三相井中各相的速度、体积流量、压力、流体特性等流动参数随深度变化情况来模拟油井内三相流的流动.     

论水力旋流器流场数值模拟中湍流模型的选择

在水力旋流器数值模拟研究的过程中，湍流模型的选择非常重要。对同一水力旋流器在相同参数条件下分别选择不同湍流模型进行了模拟，并将模拟结果与实验结果进行了对比。由于RSM模型（The Reynolds Stress Model）尽可能多地考虑了影响雷诺应力的因素，特别适合于模拟高速旋转流体，只要处理合理，模拟结果与实验测试结果的误差一般不超过10％；而κ-ε模型的模拟结果与实验测试结果相差太大，不适用于水力旋流器流场模拟。因此，在设计研究各种类型的水力旋流器时，首先推荐采用RSM模型模拟水力旋流器流场，根据工程目标，对水力旋流器结构进行优化设计，减少物理模型的实验，缩短研发周期，降低研发成本。     

PV型旋风分离器内三维流场的数值模拟

采用雷诺应力模型(Reynolds stress model，简称RSM)，在三维贴体坐标系下采用SIMPLE算法求解控制方程，应用Fluent程序数值模拟PV型旋风分离器内三维流场。计算结果与实测值相吻合，轴向速率在中心处有滞流、回流，环形空间顶部有二次流，排气管末端有短路流。随着排气管直径的减小，切向速率增大。     

PEBI网格二维两相流数值模拟

油藏数值模拟中广泛采用的笛卡尔网格在描述地质条件复杂的油藏时存在很大的局限,并且笛卡尔网格有限差分法数值模拟存在严重的网格取向效应.文中采用PEBI网格,吸取了有限元方法的优点,可以逼近任意油藏形状,便于局部加密和应用窗口技术,可以减小网格取向效应;同时吸取有限差分的正交性特点,便于计算机实现.文中给出了控制体有限元方法的差分方程,提出一种三角形划分和PEBI网格自动生成的方法,设计两个模型进行了二维单相流、二维油水两相流数值模拟.计算结果表明,PEBI网格模拟近井问题用较少的网格取得了较高的精度,与解析解吻合较好;在油水流度比较大的情况下,PEBI网格的取向效应比有限差分五点格式明显小.     

催化裂化装置四旋分离系统内气相流场的数值研究

采用雷诺应力模型(RSM)对两种催化裂化装置四旋分离系统内气相流动的三维流场进行数值模拟,分析了两种第四级旋风分离系统（简称四旋）内气相流场的特点。结果表明：在传统式结构中,储料罐内部分区域气流向上运动,不利于颗粒沉降,料腿内产生气流反窜现象,四旋内存在偏流,影响颗粒输送,结构设计不合理是导致颗粒堵塞的主要原因;改进式结构中,储料罐内气相速度很小,有利于颗粒沉降,料腿中周期性的二次涡影响颗粒的气力输送,可能对壁面产生磨损,四旋分离空间内流场稳定,有利于颗粒分离,改进式结构可以有效避免颗粒堵塞现象的发生。两种结构内部气相流场的对比为合理设计四旋分离系统结构提供了参考依据。     

PEBI网格二维两相流数值模拟

油藏数值模拟中广泛采用的笛卡尔网格在描述地质条件复杂的油藏时存在很大的局限,并且笛卡尔网格有限差分法数值模拟存在严重的网格取向效应。文中采用PEBI网格,吸取了有限元方法的优点,可以逼近任意油藏形状,便于局部加密和应用窗口技术,可以减小网格取向效应;同时吸取有限差分的正交性特点,便于计算机实现。文中给出了控制体有限元方法的差分方程,提出一种三角形划分和PEBI网格自动生成的方法,设计两个模型进行了二维单相流、二维油水两相流数值模拟。计算结果表明,PEBI网格模拟近井问题用较少的网格取得了较高的精度,与解析解吻合较好;在油水流度比较大的情况下,PEBI网格的取向效应比有限差分五点格式明显小。     

非对称多喷嘴平底钻头井底三维流场数值模拟

全面考虑三维、旋转、非对称多个喷嘴射流等多种因素,对垂直和倾斜射流分别进行了数值模拟,并详细分析了井底和钻头间各面上的数据。布置了非对称分布的4个喷嘴射流,明显地改善了井底流动状况。喷嘴倾斜射流能更好地加强井底流体的携带能力,彻底清除滞流或回流。但须注意在钻头表面上布齿时要避开涡,以减少流体对齿的冲蚀.     

含扭曲片乙烯裂解炉管内流场的数值模拟

 基于网格生成法，采用计算流体力学对含扭曲片的乙烯裂解炉管内强化传热的流场(流速、压降和阻力损失)进行了数值模拟，并分析了扭曲片扭曲比对流场的影响。结果表明流体流经扭曲片，切向速度迅速增大；流出构件后，切向流速沿轴向逐渐变小，而沿径向逐渐增大。在管径方向存在一个轴向速度等于整个截面平均轴向速度的点。管内总压降及扭曲片局部压降均随雷诺数增大而增大，不随管径变化而变化。管内平均阻力系数与雷诺数呈线性关系，随雷诺数增大而变小；扭曲片局部阻力损失随雷诺数的增大而迅速增大，随管径减小而增加。扭曲比对管内流场有影响，较佳的取值范围为2.4~2.6。     

FCC进料雾化喷嘴结构对内部流场及混合特性的影响

采用CFD方法,基于欧拉-欧拉方法的mixture多相流模型,对一种内混式催化裂化进料雾化喷嘴的内流场进行数值模拟,研究喷嘴内部气液两相流场的分布状况及其混合特性。为提高喷嘴的雾化效果,对喷嘴的结构进行内置螺旋的改进。对比结构改进前后的模拟结果表明：原结构喷嘴内气液两相分布较集中,且流体的切向速度几乎为零,这使喷嘴的雾化效果下降,喷雾范围受限,不利于原料油与提升管内催化剂的接触;螺旋结构可使流体在混合腔高速旋转,使流体获得切向速度,最大切向速度可达18.49 m/s,增加气液两相流的湍流强度,有效提高流体平均速度,对提高喷嘴的雾化性能有促进作用。     

有限差分法在低渗油藏数值模拟中的应用

在低渗透油藏中存在着启动压力梯度,其渗流不再符合达西定律。本文考虑启动压力梯度及毛管力的影响,建立径向水驱油两相渗流微分方程,并利有限差分法进行数值模拟。对于低渗油藏由于启动压力梯度及毛管力的作用,不仅增大了原油的开采难度,而且降低了原油的最终采收率。因此,低渗透油藏强化注水以扩大生产压差,从而改善开发效果。     

平直翅片管翅式换热器减阻强化传热数值模拟

摘要借助Fluent软件，采用边界加密的六面体网格，建立了平直翅片管翅式换热器三维物理模型。在层流假设的基础上，利用具有二阶精度的QUICK差分格式，对换热器内的流动与传热进行了数值模拟研究。根据得到的换热器通道内的传热与阻力特性，提出了可以通过控制宏观流场来减阻强化传热的思想，给出了一种在工程上容易实现的方法，并进行了相应的数值计算。结果表明，新方案使传热Nu数平均提高了7．24％，而阻力系数下降，且最大下降达6．39％。