轴流泵内气液两相流动的数值模拟

为进一步揭示轴流泵的气液两相流动的一般规律,基于ANSYS软件对轴流泵的气液两相流动三维流场进行数值计算与分析,研究了叶轮及出口导叶的压力面和吸力面的静压分布及气泡体积分布情况。结果表明,叶轮流道内,同等气泡体积分数下,当气泡粒径增大时,压力面上的气泡会由叶片出口处向着靠近轮毂处减少;而吸力面上的气泡会由进、出口处向着叶片中部靠近轮毂处聚集。气泡粒径不变时,当气泡体积分数增大时,叶片压力面上的气泡会由进口及轮缘处向着出口靠近轮毂处聚集;而吸力面上的气泡会由进、出口处向着叶片中部靠近轮毂处聚集。导叶流道内,同等气泡体积分数下,当气泡粒径增大时,叶片压力面上的气泡会由出口及轮缘处向着进口靠近轮毂处聚集,出口靠近轮缘处气泡越来越少;而吸力面上的气泡会由叶片进、出口向着叶片中部慢慢扩散。气泡粒径不变时,当气泡体积分数增大时,压力面上的气泡会由进口靠近轮毂处向着出口靠近轮缘处扩散;而吸力面上的气泡会由叶片进、出口向着叶片中部扩散。     

竖直提升管内气泡运动状态数值模拟研究

在Einstein制冷循环系统中,气泡泵竖直提升管内为弹状流时效率较高。选取VOF（流体体积函数）模型对其管内气泡的运动状态进行计算流体力学数值模拟。结果表明：当过热度恒定时,随着压力增加,单个气泡的生成时间延长且体积变小,但气泡均匀性提高;当压力恒定时,随着过热度增大,气泡生成速率加快,融合体积增大,易于形成系统所需的弹状流。因此,在Einstein制冷循环系统中,在压力为0.4 MPa的工况下,需采取较高的过热度才能保证气泡泵的正常运转;与水相比,氨水溶液更适合作为气泡泵工质。     

激冷室内气体穿越液池过程气液固三相的数值模拟

水煤浆气化炉激冷室内合成气穿越液池过程是复杂的气液固三相的流动过程,该过程起到合成气的进一步冷却及其所含凝渣捕集的作用。将欧拉和拉格朗日方法相结合,用VOF模型跟踪气液界面,用直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)计算颗粒碰撞。对含渣气体穿越液池的气液固三相流动过程进行了数值模拟,探讨了不同粒径、气流速度以及下降管出口淹没深度对气液流场以及对固体颗粒分离的影响。研究表明:气体出下降管后做流动方向急剧突变的流动,穿越过程气液形成具有一定周期的波状流动;含尘气体穿越液池过程对颗粒具有较高的捕集效率;颗粒的捕集效率随着粒径的增大而提高;随着气流出流速度以及下降管出口淹没深度的增加,液体的扰动加强,产生更多的液滴,有助于颗粒捕集效率的提高,但气流速度及淹没深度对颗粒捕获效率的影响逐渐减弱。     

流化床气液两相流数值模拟研究

文中利用Fluent软件对流化床反应器内气液两相流进行数值模拟,通过改变进气速度、气泡直径来研究操作参数对流化床反应器内气液两相流速度场和气含率的影响。从模拟结果分析比较可以看出,增大进气速度能够增加液相循环速度和气含率;减小气泡直径能够增加反应器内气含率,但会降低液相循环速度。研究结果对流化床反应器的设计及应用具有一定的参考价值。     

气液两相流泵内气泡大小及分布规律研究

为了研究气液两相流离心泵内的气泡分布规律以及气泡大小对数值模拟的影响,采用高速摄像技术对泵内气液两相流动进行可视化试验,采用Fluent中的Eulerian模型和SST k-ω湍流模型对泵内的气液两相流动进行数值模拟.在转速为400 r/min、液相流量为10 m3/h和气相流量为0.5 L/min时,泵内流型为孤立泡...     

液滴撞击液膜过程气泡卷吸的FTM数值模拟

采用界面追踪法(front tracking method,FTM)对液滴撞击液膜形成的气泡卷吸现象进行直接数值模拟,分析不同无量纲液膜厚度(H*)和不同Bo对卷吸气泡出现时间和消失时间的影响。结果表明:在Bo=4.00时,H*的增加会使得卷吸气泡出现和消失的时间提前,并且在H*0.415时,卷吸气泡不再出现;在H*分别为0.250和0.150时,卷吸气泡不再出现的临界Bo分别为3.58和3.19,但不同的H*对卷吸气泡出现和消失的时间的影响与固定Bo时趋势一致。     

沿垂直壁面气-液降膜流动传质过程的数值研究

在考虑气-液两相间质量源项和能量源项的条件下,基于VOF算法,建立了水和空气沿竖直平板壁面两相降膜流动传热传质的CFD模型。利用该模型研究了水和空气两相间的传质特性,分析了液膜波动、进气进液速度以及温度对传质的影响,计算结果表明:一定程度的液膜波动、进气速度和进液速度的提高、气-液之间的温差的增加,都能强化气-液之间的传质过程。     

重力热管内部相变及传热传质过程的数值模拟

重力热管内部包含复杂的两相流动以及相变传热过程,传统理论分析及实验手段不能直观给出其内部流动、相变、热质传递的详细信息。采用VOF(volume of fluid)多相流模型对重力热管内气液两相流动及传热进行模拟,捕捉到蒸发段气泡产生、合并、长大、上升,以及冷凝段壁面附近液滴形成、合并、下滑、汇集到液池的全过程,得到的壁温分布与实验测量值对比体现良好一致性,表明数值模拟的正确性。同时,以热阻、传热量和热效率为评价标准,研究不同充液率和倾斜角度下对重力热管运行性能的影响。结果表明:在所研究的参数范围内,随着充液率的增加,热阻逐渐减小,冷凝段传热量逐渐增大。且工质初始充注量充满蒸发段时热管性能较好;倾角对热阻的影响不明显,冷凝段传热量和热效率均随倾角增加而增长。     

单个气泡在液态金属搅拌流场中运动与变形的数值模拟

用“准三维”数值模拟方法研究吹气发泡法制备泡沫铝的过程中,单个气泡在铝熔液搅拌流场中的运动与变形。液体流场采用多重参考系法进行三维模拟,对气泡运动的二维模拟则在三维流场中的一个通过搅拌轴的特征平面上进行。这样既能捕获气泡在搅拌流场中运动的基本特征,又能大大降低计算成本。应用流体体积分数(volume of fluid,VOF)方法对气液两相之间的界面进行追踪。通过对不同表面张力气泡的计算,总结出流场中关于气泡运动路径和导致气泡变形直至破碎的三种主要机理。     

油水煤浆在新型气化炉内气化过程的数值模拟

在多喷嘴入口新型水煤浆气化炉内对油水煤浆(COW)的气化过程进行了数值模拟计算研究,分析了气化炉内的温度分布、各种气化产物浓度分布规律。数值模拟计算结果证明,同浓度的油水煤浆气化与普通水煤浆气化相比,气化炉内平均温度略有上升,碳转化率提高1.81%,气化炉出口粗煤气中有效气(CO H2)含量提高10.58%,CO2和H2O浓度大幅下降,水分解率大大提高,气化效果明显优于普通水煤浆。     

Texaco气化炉混合过程及化学反应过程中的控制因素分析

气流床煤气化炉内的湍流流动和反应过程存在强烈耦合作用,为确定气化炉不同区域中起主导作用的控制因素,通过对Texaco气化炉进行三维数值模拟以及对计算结果进行分析,详细列出了气化炉中与流动、反应相关的主要长度尺度和时间尺度.通过对这些特征尺度进行比较,发现在火焰区不能忽略因气体组分脉动而对焦炭异相反应产生的影响;在非火焰区,尽管慢反应控制气相反应过程,但总体来说,同相反应的时间尺度远小于宏观混合过程的时间尺度,这说明采用快反应假定对气化炉内的化学机理进行简化能够合理预测气化炉的运行特性.     

气化炉液池内单个高温气泡传热、传质的数值模拟

建立了气、液间传热传质数学模型,对单个热气泡在上升过程中与处于蒸发阶段的水之间的传热、传质规律进行了数值研究,获得了气泡半径、气泡温度、水蒸发速率以及蒸发量随时间的变化规律.研究表明:在水恒温蒸发阶段,由于传热传质的共同作用,气泡半径随着气泡的上升而变小,并逐渐趋于稳定;随着气、液间温度差的增大,气泡半径缩小得越快;在气泡与水开始接触时,水的蒸发速率及气泡内的水蒸汽增量最大;气泡温度在较短时间内急剧下降,并趋于稳定;随着气泡半径的缩小,气泡冷却速率提高;但随着接触时间的继续增加,对气体的冷却效果却无明显作用.     

稠密气固两相流的直接数值模拟

分别用欧拉方法处理气相场和用拉格朗日方法处理离散颗粒场。在处理粒场时考虑到颗粒直径、比重、材料的刚度、摩擦系数等对颗粒运动的影响。用直接模拟法分别对漏斗流、球磨机以及喷动流化床内颗粒的运动进行了模拟,并通过实验对喷动流化床的模拟结果进行了验证。     

轴流式混输泵叶片载荷分布特性研究

为了研究气液两相条件下多级轴流式油气混输泵的叶轮叶片载荷分布特性,选用标准κ-ε湍流模型,利用CFD软件探讨了不同工况下轴流式混输泵叶轮叶片压力载荷随含气率及流量变化的规律,并分析了混输泵叶轮内进行能量转化的主要部位。结果表明,当流量一定时,随着含气率的升高,混输泵叶轮叶片工作面和吸力面压力载荷逐渐升高,且小流量工况下叶片压力载荷受含气率变化的影响程度要大于大流量工况;混输泵叶轮前半段在靠近轮毂处的能量转化能力较差,靠近轮缘处的能量转化能力较强,且叶轮前1/3段能量转化能力明显高于叶轮其他段,即混输泵内进行能量转化的主要部位是叶轮前1/3段。     

鼓泡流化床气固两相流动特性的数值模拟

本文基于气固两相欧拉-欧拉双流体模型,对多孔布风鼓泡流化床内气固两相流流动特性进行了数值模拟,研究了床内压力分布,气泡的运动行为,以及气相和颗粒相速度的分布情况,并将模拟结果与相应实验数据进行比较。结果表明所用模型能较好的预测流化床内气固两相流的流动特性,模拟结果与实验结果吻合较好。     

喷嘴位置对新型水煤浆气化炉内流场的影响

为了考察气化炉炉侧喷嘴入射角对炉内流场分布、压力分布和颗粒浓度分布的影响，对一种600kg／h的新型水煤浆气化炉炉内三维流场进行了冷态数值模拟。结果表明，喷嘴距气化炉顶部0．9m时，气化炉炉内流场分布最合理，压力分布和颗粒浓度分布最均匀。分析结果为气化炉的设计和运行提供了参考。     

顶吹管内流型与气泡群周期性变化的实验研究

贫化电炉还原油枪中,气、油混合顶吹是典型的气液混合两相流过程,管内流型随气液混合比例变化,从而引起气液混合顶吹管口气泡群的形态变化.基于气液两相流研究,用气、水进行不同气液混合比两相流研究,得出不同气液混合比例时的管内流型,及与之对应的气泡群下潜深度和宽度的周期变化.通过将其进行对比分析,得出气泡群形态随流型和气液混合比的变化趋势,以便得出更好的搅拌效果.     

静止液体中浸没垂直导管口气泡形成实验

利用高速摄像技术研究气流通过浸没垂直导管口在液体中形成气泡的机理及其行为规律,分析导管内径、气体流量、导管口浸没深度和导管外径对气泡脱离直径的影响。结果表明:在导管内径分别为7、10和14 mm,气体流量在0~450 mL/s的条件下,气泡脱离直径随导管内径和气体流量的增加而增大;在浸没深度为0.05~1 m的条件下,导管口浸没深度对气泡脱离直径的影响很小可以忽略;当气体流量在100 mL/s以上,导管内径为10 mm、导管外径为14~26 mm时,随着导管外径的增加,气泡脱离直径减小。     

换热器各流路对壳侧气液两相流动特性的影响

针对工业中广泛应用的管壳式换热器,应用空气-水两相混合物实验研究了壳侧旁路,泄漏流对气液两相流体流动特性的影响,以Ishihara两相流动模型为基础,建立了以横掠管束的主流路为基础的错流区通用两相压降计算关联式,通过错流区,泄漏流的分相流动模型,分析计算了主流路,旁路,泄漏流中气液分布,也分析了泄漏流对壳侧单相,两相总流量在各个分流路的流量分配影响,研究表明,主流路和旁路中气液各自占相应总流量的比例在不同的流型下明显不同,且比例值的波动范围较大,气液流量的分布在壳侧是不均匀的,折流板/换热管之间的泄漏流对壳侧的两相流动特性影响较小,而折流板/壳体之间的泄漏流影响较大。     

基于EDC模型的SG-旋风水煤浆气化炉数值模拟研究

利用数值模拟方法研究SG-旋风水煤浆气化炉的运行状态及结构参数对其影响,以3 000 t/d级气化炉为对象建立三维模型,采用Realizable k-ε模型模拟湍流扩散,随机轨道模型考察离散相运动,P1辐射模型考虑散射、辐射以及气体与颗粒间辐射换热的影响,双竞争速率模型模拟挥发分的析出,多表面燃烧模型和涡耗散概念(ED...