振荡热管中气液两相运动的数值模拟

为了从流体流态角度对振荡热管初始化和运行过程中的气液两相流动进行研究,采用VOF(volume of fluid)方法追踪气液界面,针对界面表面张力采用CSF(continue surface force)模型并添加动态接触角、气液相变UDF(user defined function)建立数理模型,利用Fluent软件对其进行数值模拟。通过与可视化实验结果进行对比,验证了模型的精确性和可靠性。结果表明:振荡热管初始化和运行过程中,气泡的产生和形态变化是管内工质循环的重要动力;动态接触角模型能够更精准的模拟这一过程。     

大坝非恒定泄水中的超饱和气体模型研究

基于气体向气泡界面和水体表面传质的机理,针对大坝下游溶解气体过饱和的数值模拟,分析大坝非恒定泄水过程中流量的改变对过饱和气体浓度的影响.引入溶解气体对流扩散输运方程,建立三维紊流两相流模型,用于模拟气泡在水体中的运动和溶解.选用美国麦克纳里大坝非恒定泄水进行过饱和气体模拟预测,并与实测值进行比较,结果表明,所建立模型的可靠性及其相关应用有效.     

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。     

液滴与壁面碰撞模型研究

液滴在运动过程中与壁面发生碰撞后会发生破碎、反弹、附着等现象,这取决于液滴的尺寸、入射速度和角度,以及壁面的粗糙度、温度等因素.为了研究这个问题,在考虑以上因素的基础上,建立了液滴与壁面碰撞模型,并结合欧拉-拉格朗日两相流模型,分别对单液滴、水滴与壁面碰撞的情况进行了数值模拟.计算所得的结果与预期相同,并且与试验结果也吻合得较好,从而证明了所使用的液滴与壁面碰撞模型的正确性和合理性.     

结冰风洞液滴运动及传质传热特性分析

针对结冰风洞喷雾系统设计和分析的需要,建立了计算液滴运动及传质传热特性的数值方法。该方法将空气流动和水滴运动解耦计算,首先采用计算流体动力学的方法模拟空气流场,在此基础上,用拉格朗日法计算水滴运动轨迹,并根据雷诺比拟计算水滴运动过程的传质传热特性。采用本文方法对液滴在3 m×2 m结冰风洞中运动及传热传质过程进行了模拟,分析了导致液滴沉降的原因,总结了影响液滴温度和直径变化的因素,得到了液滴在运动过程中沉降和蒸发的基本规律,为深入开展结冰风洞喷雾特性研究打下了较好基础。     

基于LevelSet方法的Ghost技术研究

使用SMAC方法求解Navier-Stokes方程,应用Ghost技术的LevelSet方法追踪运动界面,采用五阶精度的WENO格式,时间离散采用TVD Runge-Kutta格式,完成了对方腔驱动算例和水池中油滴的上升与合并算例的数值模拟,并与商用软件Fluent的计算结果进行了比较,肯定了采用Ghost技术的LevelSet方法捕捉产生间断的运动界面的合理性.同时,程序的编制过程体现了LevelSet方法无需进行复杂的界面重构,易于编程的优越性.     

被动式除雾器内液滴团聚气液分离的数值模拟

针对脱硫塔后烟气中携带着大量水汽问题,本文采用数值模拟的方法,对除雾器内部流场流动及液体分布与团聚情况进行研究。采用Solidworks软件,建立叶轮除雾器单元管的三维模型,对新型的被动式叶轮除雾器一个单元管的三维模型进行两相流数值模拟。同时,为了更好地模拟实际流动,选用准确的湍流模型k-ε模型、群体平衡模型(population banlance model,PBM)和6DOF模型,并选择SAMPLE算法。模拟结果表明,烟气经过除雾器时,叶片区域存在强烈湍流耗散,液滴被旋转气流抛向壁面,从而实现液滴团聚和气液分离;除雾器内对流体切向速度、液滴颗粒的团聚等作用都优于固定式叶片,且液滴粒径较小时更易团聚,除雾器单元管内除雾效率随流速增加而提高。该研究为优化除雾器结构提供了理论依据。     

微通道气液柱塞流尾部流场三维实验研究

为研究微通道气液柱塞流尾部流场规律,采用三维Micro-PIV可视化技术对微通道气液柱塞流进行实验研究。通过对实验图像处理,绘制出微通道柱塞流气泡尾部区域的三维速度分布图。证实在气泡尾部附近区域的流场具有较大速度,气泡顶端存在滞止点。在气泡尾部区域存在两个对称的方向相反的环流区,增加了微流道在径向上的质量和动量混合。远离气柱尾部的区域,流场为层流,与单相流有类似的抛物线速度分布,即流道中心区域速度大,两边小。在气液界面和壁面之间的流体,运动较复杂,有可能流向气液界面,也有可能流向壁面或者回流。     

水平管气液段塞流流动特征模拟

基于OpenFoam开源软件建立VOF方法下的三维流动模型。对内径0.05 m,长16 m的水平管气液两相下不同气液速的分层流、波浪流、气泡流、塞状流、段塞流进行模拟,并与Mandhane流型图进行对比分析,模拟结果与理论、实验相一致,验证了该模型的有效性。重点通过该模型对段塞流的起塞、液塞的成长和演化过程进行研究,得到起塞时界面波的变化特点和不同气液速度差的液塞流动特征,发现了液塞运动时液塞头具有抛出现象及液塞的类波运动。     

内燃机工作过程三维两相反应流数值模拟

针对内燃机缸内工作过程三维两相反应流动问题开发了一套数值模拟程序.对气相流动采用Euler方法求解,用有限体积法离散控制方程组,采用SIMPLEC算法求解压力速度耦合.而对液滴相采用离散液滴模型(DDM),通过Lagrange方法求解.对液滴追踪采用了一种快速的颗粒追踪方法,考虑了液滴相与气相的完全双相耦合情况,采用Spalding模型描述液滴蒸发,同时采用涡破碎(EBU)模型计算化学反应速率.对TBD620发动机工作过程进行了数值模拟,数值计算结果分别与理论值和实验值吻合良好,压力峰值处误差在2％以内,验证了程序的可行性,并通过不同网格模型证明了程序的网格独立性.     

利用RKDG有限元方法追踪运动界面

本文首先介绍了用于运动界面追踪的Level Set方法,并简要分析了其优缺点。与其它的界面追踪方法相比,Level Set方法较灵活,无须进行复杂繁琐的界面重构,编程简单,所需要的计算量和存储量不大。然后将RKDG有限元方法推广到Level Set方程的求解,对二维流体中常见的常数流场、旋转流场和剪切流场做了追踪模拟,并与其它几种运动界面追踪方法做了比较。数值实验表明,本文的方法可以比较准确地捕捉运动界面,得到了分辨率较高的计算结果。     

Numerical calculation on temperature field of FGH95 alloy droplet during rapid solidification

The temperature field of FGH95 alloy droplet atomized by plasma rotating electrode processing (PREP) during solidification has been calculated through numerical analysis based on equivalent sensible heat capacity method. And thus the relational curves among temperature gradient of solid-liquid interface, moving velocity of solid-liquid interface and solid fraction during solidification have been presented. The results indicate that the relation between average temperature gradient of solid-liquid interface and droplet size, and the relation between average moving velocity of solid-liquid interface and droplet size can be expressed during solidification.     

带有相变气固二相混合对流的数值研究

本文提出了一种描述带有相变的气固二相混合对流问题的数学模型和数值计算方法。高温融溶液滴在逆向气体流场中经历有三个阶段:液相冷却,固化和固相冷却。对于液滴的运动边界(相变)问题,本文提出了一种变时间步长焓法进行求解。气体颗粒二相流动、采用Eulerian-Lagr-aigian方法。对于Rayligh数大于10~6的湍流,本文应用了两方程(K-ε)模型。修正的SIMPLE方法和四阶Rlunge-Kutta法用来进行数值迭代求解。本文对一种直径为20米。高度为50米的尿素造粒塔作了简化,并完成了数值计算。文章表明浮升力对有相变的运动液滴历程有重要影响。本文所得的一些结果分析对工业尿素塔的设计有指导意义。     

双气泡聚并的动力学规律研究及三维可视化模拟

对双气泡聚并过程的动力学规律进行了分析与研究,并对其进行了三雏可视化模拟.首先根据动力学规律建立了双气泡聚并的动态特征数值模型,并对该模型进行数值求解与分析.采用MATLAB进行了数值模拟,另用Level Set方法对两气泡聚并的演化过程进行了三维可视化模拟,均获得了满意的结果.     

单组分液滴在快速降压环境下传热传质过程研究

为了对降压环境下单个液滴的蒸发过程进行研究,基于气液界面的捕捉模型,建立适用于快速降压环境下单个液滴的蒸发模型,利用纯水液滴蒸发的实验数据验证该模型,分析静止纯水液滴在相变过程中的形态变化以及液滴内部速度场、蒸汽分布等随时间的变化,模拟分析不同压力环境、液滴直径、初始温度等条件对液滴中心温度及蒸发速率的影响.结果表明:...     

Experimental study on two-phase gas-liquid flow patterns at normal and reduced gravity conditions

Experimental studies have been performed for horizontal two-phase air-water flows at normal and reduced gravity conditions in a square cross-section channel. The experiments at reduced gravity are conducted on board the Russian IL-76 reduced gravity airplane. Four flow patterns, namely bubble, slug, slug-annular transition and annular flows, are observed depending on the liquid and gas superficial velocities at both conditions. Semi-theoretical Weber number model is developed to include the shape influence on the slug-annular transition. It is shown that its prediction is in reasonable agreement with the experimental slug-annular transition under both conditions. For the case of two-phase gas-liquid flow with large value of the Froude number, the drift-flux model can predict well the observed boundary between bubble and slug flows.     

结构物砰击入水过程的CFD-DEM-IBM数值仿真

为实现入水过程的精细数值仿真,解决入水问题数值模拟所面临的关键技术问题,围绕结构入水过程中固体移动边界的合理描述、自由液面的准确捕捉及流固耦合作用的精细刻画等核心难题,融合计算流体动力学-离散单元法（CFD-DEM）、浸入边界法（IBM）及改进的守恒式Level Set（ICLS）方法,提出了一种CFD-DEM-IBM方法。采用固定的笛卡尔网格离散计算域,分别通过CFD与DEM描述流体与结构运动,引入IBM追踪固体移动边界并获取准确的流固耦合作用力,采用ICLS方法在保证守恒性的同时隐式捕捉自由液面,并通过分区算法,在一个时间步内进行数次交错迭代以反映流固两相间的强耦合效应,建立了高解析度的CFD-DEM-IBM数值模型。通过圆柱常速入水、楔形体对称及非对称入水和多体入水现象仿真分析研究,结果表明,CFD-DEM-IBM方法能够考虑多块体间的相互作用,在准确反映流固耦合效应的同时能够获得高解析度的流场,在多体入水问题处理方面优势显著。     

二维可压缩多介质流动问题的虚拟流体方法

由于虚拟流体方法（GFM）采用统一的数值格式计算多介质流动问题中的不同介质,并且无需显式的追踪界面的位置,自1999年由Fedk iw等人提出后得到了广泛的关注,并发展出几种改进的方法。本文旨在检测两种改进型的虚拟流体方法MGFM和RGFM在模拟气-液流动问题中的表现并对两种方法的结果进行比较。     

天然河道非定常自由面流的守恒差分格式

提出了一维非定常浅水流的一种显式守恒差分格式．适用于天然河道或水库中的溃坝洪水波的传播．数值解与解析解符合较好，实际天然梯级水库的溃坝波传播的数值实验表明，计算稳定，结果合理．