气液旋流分离中两相流动模型的理论研究

气、液旋流分离过程是气、液两相的三维强旋流运动,以漂移流动模型和颗粒轨迹方程为基础。采用欧拉-拉格朗目方法建立一种新的气液两相流动机理模型,该模型可以用来直接计算气液旋流分离器内部流场中连续相、分散相（液滴）的速度分布情况,通过计算能够预测旋流器内部浓度分布情况,并通过对影响气液分率效率的主要原因一出口气体中的液滴夹带情况进行分析计算,预测旋流器的分离性能。     

液-液旋流分离器分离特性数值模拟

液-液旋流分离器内部流场复杂,现有实验条件难以得到较为清晰的流场分布和液-液两相分离过程,用马丁·休教授发明的F型液-液旋流分离器为研究模型,以取油水作为分离介质,采用计算流体动力学技术对液-液旋流分离器进行数值模拟分析.结果表明:液-液旋流分离器内部流场分布特征明显,并在圆柱段、大锥段、小锥段存在不同程度的循环流;其各截面切向速度和轴向速度分布规律与理论分析相一致,切向速度分布中在圆柱段、大锥段和小锥段上端组合涡特征明显,圆柱段和大锥段的轴向速度呈现双W形式;采用分散相模型追踪油滴运动轨迹,证明油水分离的关键在于油滴是否能够在分离区域进入内旋流.     

考虑转捩的气冷涡轮气热和热弹耦合计算

基于非结构化网格与Gama-Theta转捩模型,将全三维NS方程组与热传导方程进行耦合求解,采用直接耦合以及LUSGS隐式求解方法,开发了气热耦合求解系统.采用能保证通量守恒的面积加权类的插值方式,保证精度,实现交界面处温度的准确传递.对MARKII叶片5411工况进行气热耦合数值模拟,并与实验结果进行了对比验证.开发了基于二次单元的热弹耦合求解器,通过导入气热耦合计算的边界温度实现对位移和热应力的有限元求解.计算结果表明:采用转捩模型后计算的涡黏系数在压力面的大部分和吸力面转捩点之前的区域与真实流动吻合更好,由于涡黏系数主要通过影响温度扩散项系数影响边界层的传热,因此在该区域计算的温度与实验值误差更小,热传导计算的精度更高,同时静压的计算结果与实验值吻合较好;得到的MARKII叶片位移和热应力分布趋势比较合理,采用Gama-Theta转捩模型在提高热传导计算精度的同时,能够获得更加合理的热弹耦合计算结果.     

某组合分离器内部流动的数值计算

结合某石油化工系统中新型组合分离器的优化设计,针对其分离元件的最优组合工况,基于CFD方法,对分离器内部的气、液两相流动进行了数值计算,分析了分离器内部气液分离的过程和分离效率,并与试验结果进行对比,表明该新型组合式分离器分离效率较高（〉99．7％）,设计比较合理,能有效脱除天然气中的液相成分。     

斜板式气液重力分离技术研究

在简要叙述斜板式气液分离器斜板分离室内液滴分离原理基础上,以常规卧式气液分离器设计准则为基础,通过对实际情况的分析与简化导出气液两相分离的数学模型及斜板气液分离器结构设计计算公式.并对常规卧式分离器和斜板式气液分离器分别进行结构尺寸设计与分离效率的对比计算,得出斜板式气液分离器具有实际应用推广价值.     

旋风分离器流场的数值计算方法研究

利用计算流体力学软件FLUENT,分别采用k-ε标准模型、RNGk-ε模型和RSM模型湍流模型及不同离散方式对旋风分离器的流场进行了数值模拟研究.通过模拟结果与前人实测结果的对比,确定出了适合旋风分离器的数值计算方法.结果表明:湍流模型采用各向异性的RSM模型,离散方式采用对流项的QUICK格式和压力梯度项的PRESTO格式,才能获得合理的流场模拟结果.该结论为旋风分离器流场的数值模拟及进一步的结构优化设计提供了参考依据.     

新型卧式气液分离器内流场数值模拟

为防止风冷热泵冷热水机组中制冷剂液体进入压缩机后造成的"湿压缩"现象,本文建立了气液分离器模拟模型,采用数值模拟方法,分析了分离室内流场变化规律、内部构件对分离性能的影响,从而得到分离器的最佳结构尺寸.结果表明,气液分离器仅靠自身重力而没有任何内部构件时分离时间较长,分离效果较差;在分离室内增加整流板后能够有效的抑制漩...     

电潜泵用两级涡流气液分离器串联数值模拟研究

为了对比单级分离器和两级串联分离器的分气效果,找出两级串联分离器分气效果不理想的原因, 以潜油电泵用涡流气液分离器为原型,构建了两级涡流串联结构,并通过耦合边界条件,采用欧拉模型-PBM 模型建立了两级涡流分离器数值模拟模型。结果表明,两级串联分离器的分气效果明显好于单级分离器,但两级分离器内部压力小于对应位置处的油套环空压力,导致排气孔处出现回流现象,尤其是上部分离器出口处压差大,流速高,流体含气率大,大幅降低了两级分离器的分气效率;当入口含气率达到90.0%时,两级分离器失效。该研究成果对拓宽潜油电泵应用条件具有重要的现实意义,对类似工具模拟具有重要的借鉴作用。     

相变情况的液－液气射流泵基本方程研究

采用准二维二相非均匀变密度模型首次导出了相变情况的液—液气射流泵基本方程．该方程具有普遍性．应用计算数学方法运用电算求出了它的数值解，并通过试验进行了初步验证     

空化空泡发育和溃灭过程的数值分析

基于空化空泡发育和渍灭过程的热力学分析,综合考虑热传导和热辐射的影响,提出了一个新的用于数值分析空泡变化过程的数学模型--热传导-热辐射模型.结合Runge-Kutta-Fe-hlberg法,利用3个数值分析模型(等温模型、绝热模型和热传导-热辐射模型)求解了描述空泡发育和溃灭过程的Rayleigh-Plesset方程,并将数值计算结果与不同研究人员所得到的试验结果进行了比较.结果表明:热传导-热辐射模型可以以较高精度地数值模拟空化空泡的变化过程,其计算结果与试验结果吻合较好.     

相变情况的液—液气射流泵基本方程研究

采用准二维二相非均匀变密度模型首次导出了相变情况的液－液气射流泵基本方程，该方程具有普遍性，应用计算数学方法运用电算求出了它的数值解，并通过试验进行了初步验证。     

CFBC旋风分离器气固两相流

介绍了旋风分离器内部颗粒运动和数值模拟计算模型的理论研究发展历程.对CFBC旋风分离器中气固两相流动进行了数值模拟,从而研究了旋风分离器内部气固两相流动的特征.数值模拟的结果为新型旋风分离器的优化设计、运行和改造提供了参考.     

空气雾化硫磺喷枪的数值模拟

将空气雾化和机械雾化相结合,对硫磺喷枪进行改进.在Fluent软件环境下,基于气、液两相流模型进行了计算流体力学数值模拟.进口处以液硫、空气的实际速度为基准,出口处采用压力出口,焚硫炉内壁面选用标准无滑移壁面并假设其绝热,以简化焚硫炉内气液边界条件.以k-epsilon湍流模型为计算模型,采用压力-速度耦合方程求解,并选用压力修正算法.结果表明,在喷枪四周输入一定速度的空气后,喷枪附近形成一个涡流负压区,加速液硫向四周扩算,可增大雾化角及雾化行程,均匀雾滴分布.以某焚硫炉的工程实际参数,液硫速度5 m/s时,对比不同空气流速下的液硫雾化流场,在空气进口速度为4～6 m/s,雾化效果最佳.     

基于 PR 方程的气液相平衡计算

流体的气液相平衡一直是研究的重点,目前计算大多采用由实验数据进行回归模拟的半理论方法,然而实验数据多为ＰＴＶｘ数据,应用受到很大限制;本文以此为目标,首先以变交互作用参数Ｋｉｊ的方法采用ＰＲ方程进行气液相平衡计算;然后将ＰＲ方程与ＨＢＴ式结合,使计算结果尤其是液相摩尔比容的精度得到较大提高．     

筛网流动阻力特性的数值模拟研究

气液分离器是空间堆的重要装置之一,而筛网是分离器中常用的核心部件.文中以SP-100中的气液分离器的核心部件—筛网为研究对象,对不同类型筛网的流动特性进行了数值模拟计算,研究了不同几何结构和不同入口流速对各流动参数的影响.通过对总压损失和流场局部细节的综合分析发现:不同几何结构的筛网,总压损失随着入口流速的增大而增大,...     

钢包浇注过程的数学物理模拟

采用CFD商用软件FLUENT,选取VOF气-液两相流模型和标准k-ε湍流模型对60 t钢包浇注过程进行了数值模拟和物理模拟,利用水口流量和液面高度随时间的变化曲线分析了浇注过程中旋涡的产生及变化规律,得到了产生旋涡时自由液面的速度场,并与水模拟实验结果进行了比较.研究结果表明,水口直径及其水口位置对旋涡影响的数值计算结果与物理实验的结果吻合较好.VOF模型对于该过程的模拟是合理的和可行的.     

内循环流化床锅炉卧式旋涡分离器数值模拟

应用κ-ε双方程模型对内循环流化床锅炉炉内卧式旋涡分离器冷态气相进行了数值模拟。给出了分离器内速度矢量图，为减少数值伪扩散对强旋流动的影响，采用了减少网络尺寸等措施，计算结果可对卧式分离器的设计及改造提供参考。     

柱状螺旋导叶旋流分离器分离特性数值模拟

针对深水生产油气海底混相输送的局限性,设计了柱状螺旋导叶旋流气液分离器,采用RNG k-ε湍流模型与mixture多相流模型对分离器流场及相分布进行了模拟分析,考察了螺距、螺旋圈数等结构参数对相分布及静压分布的影响。结果表明:螺旋通道可以保证油气混相在流动过程中形成明显的气液分离界面,溢流孔有助于分离的气相及时从集气管中排出;螺距的大小是控制旋流强度的关键参数,螺距越小,旋流场越强,相应的能耗也越大;螺旋圈数的增多有利于气液两相充分进行旋流分离;所设计分离器在较大的气液比范围内都具有较好的分离效果。     

SP-100空间堆气液分离器前导流区结构设计数值模拟研究

气液分离器的研制是解决锂冷空间堆产气问题的关键,本文以典型的SP-100导叶筛网式气液分离器为研究对象,对其前导流区部分进行了数值模拟,通过分析其速度分布和压力分布,发现前导流区存在流动分离现象,使得流动损失增大、系统性能也受到振动的影响.为解决流动分离问题,文中研究了不同结构参数对导流特性的影响,提出了可行的优化方向.通过计算分析,初步确定：在入口速度为1 m/s的情况下,叶片进口角为90°、前导流锥角为90°,叶片偏转角为120°时,可以有效避免出现流动分离现象,并且能够尽可能地减小通过分离器的压力损失,有利于提升气液分离器性能.     

水轮机流道三维粘性流数值计算模型

水轮机流道内的三维粘性流数值计算模型是建立在雷诺平均的Ｎａｖｉｅｒ － Ｓｔｏｋｅｓ 方程的基础上,采用ｋ － ε紊流模型封闭方程,进行贴体坐标变换以提高计算精度．用有限体积法在非交错网格上对方程进行离散,对贴体坐标系中控制界面上的速度进行特殊加权处理,可有效地避免压力波动现象