锥形节流器内冲刷磨损的数值模拟

在注汽管道内固体颗粒对锥形节流元件的冲刷磨损是造成失效的重要因素。采用计算流体力学有限体积法对其进行数值模拟,研究了冲刷磨损量和切应力与注气量、颗粒直径、颗粒质量浓度的关系。结果表明,随着颗粒直径增大,管壁磨损相对集中于高速区,锥体磨损量增大;流量增大时,磨损量和切应力均增加;颗粒的质量浓度增加,磨损量增大。此研究可为节流元件的抗磨腐蚀研究和油田节流元件的失效预测提供理论指导。     

弯管中多相流冲刷腐蚀数值模拟

高压注蒸汽法是当今稠油油藏开采的主要方式,在注汽管网中流体以气、液、固三相对弯管形成连续的冲刷,造成弯管的泄漏。采用湍流模型、多相流模型、离散相模型及冲刷腐蚀模型,考虑相间的相互耦合,对注汽管网中弯管的流动进行了数值模拟。结果表明,在注汽管线中,随着弯管弯曲程度的增加,液相和颗粒相分布、壁面磨损区域均逐步后移,且数值相应增大;管壁处液相体积分数的增加可有效降低固相颗粒对壁面的磨损腐蚀。     

绕流中颗粒与柱体碰撞和磨损的直接数值模拟

为了研究圆柱近壁区颗粒与柱体的碰撞和磨损问题，采用高精度有限差分的方法对圆柱绕流进行了直接数值模拟.在获得高精度计算流场信息的基础上，采用Lagrangian方法追踪了颗粒在圆柱近壁区的运动.利用非弹性碰撞模型的壁面磨损量经验公式，进行了壁面磨损量的计算，详尽考察了不同粒径的颗粒与壁面的碰撞磨损情况.研究发现，随着颗粒粒径的增大，颗粒与壁面的碰撞频率变高；局部碰撞频率的曲线较为特殊，粒径较大颗粒的碰撞多发生在与来流方向平行的中心轴线处，而小粒径颗粒的碰撞则要外移一定的位置.还发现颗粒对壁面的磨损率也是随粒径的增大而增大.颗粒的冲击角对壁面的磨损同样起着至关重要的影响，对于塑性材料，冲击角为20°～30°时，壁面的磨损率最大.     

π型管液固两相冲刷腐蚀数值模拟

输油管道系统常常会发生冲刷腐蚀现象,冲刷腐蚀现象产生的主要原因是颗粒对壁面的撞击.使用DPM模型研究固体颗粒对管壁的冲蚀作用,分析π型管的流动特性,研究流体速度、颗粒质量流量、颗粒直径以及颗粒密度对管道冲刷腐蚀速率的影响.模拟结果表明,π型管道在弯头处冲刷腐蚀最严重;当流体速度增大、颗粒质量流量增多时,最大冲刷腐蚀速率...     

水力机械泥沙磨损的数值模拟

作者对低浓度沙水中运行的水力机械的泥沙磨损进行了数值模拟研究。利用Ｅｕｌｅｒｉａｎ－ｌａｇｒａｎｇｉａｎ混合湍流模型对水力机械中湍流速度,压力分布以及颗粒轨迹进行数值计算。同时给出了水力机械中的颗粒反弹模型和磨损模型。通过对一水轮机导叶磨损率的计算,其结果与实际较为吻合。     

高炉风口内多股流喷吹粉煤磨损数值模拟

根据风口内实际情况建立了具有普遍意义的高炉风口磨损量的，遵循质量守恒，动量守恒，混合组分平衡的基本规律，用k-ε方程描述风口内气－粒两相的湍流流动，并基于SIMPLE思想，通过对Euler正交坐标下节点离散化方程的耦登,对喷枪改型前后高炉风口内气－粒两机湍流流动进行了分析求解，然后根据风口壁面附近的速度场与浓度场的计算结果，采用风口磨损模型，预测风口壁面的磨损量，研究结果表明：使用多股流喷吹粉煤，可使风口壁面在单位时间内的磨损量大大减少。     

流体绕流椭圆管束流阻特性的数值模拟

利用ANSYSFLOTRAN模块，对流体绕流顺排椭圆管束流动特性进行了数值模拟。讨论横向节距及管束排数的变化对阻力特性的影响，给出了阻力系数随横向节距和管束排数变化的分布规律。模拟结果与实验结果对比表明，流体绕流顺排椭圆管束的流动阻力模拟值与实验值相对误差在8％以内，随雷诺数的增大呈下降趋势分布，小节距排列方式其流动阻力明显小于大节距排列。随管束排数的增加，阻力系数迅速下降，当管束排数大于8后，则不再有明显变化。     

无堵塞泵全流场流数值模拟及实验研究

基于SIMPLE-C算法,对力堵塞泵的内部三维不可压湍流流动进行了数值模拟．在计算过程中采用雷诺时均N-S方程和修正了的k-ε湍流模型,计算在贴体坐标系和交错网格中进行,从而揭示出无堵塞内湍流流动的速度分布、压力分布规律,及其湍动能分布规律,并对无堵塞泵进行了性能预测,根据实验结果对其结构进行了优化．     

离心泵内大颗粒下运动特性数值模拟与磨损分析

为揭示离心泵在输送固液两相流时颗粒密度和粒径对泵性能和磨损的影响,采用Realizable k-ε湍流模型（液相）和DPM离散相模型,对模型泵内固液两相流动进行定常数值模拟,研究固液两相流场中颗粒的运动轨迹以及磨损规律。结果表明：随着颗粒密度和粒径的增大,模型泵的扬程和效率均下降;密度、粒径越大的颗粒,其运动轨迹越易偏向叶片工作面;随着颗粒密度的增加,叶片工作面以及蜗壳内的磨损程度加剧,但是叶片背面的磨损减轻,颗粒相应地在叶片工作面和蜗壳外壁边缘聚集;随着颗粒粒径的增大,蜗壳整体磨损程度加重,其中蜗壳的隔舌区域、Ⅱ区域和Ⅵ区域磨损程度最严重;叶片整体磨损程度逐渐降低,且叶片工作面磨损程度大于叶片背面。

     

四墙切圆锅炉水冷壁颗粒冲击特性数值模拟

为深入了解水冷壁壁面的颗粒冲击特性,使用AnsysFluent对660 MW超临界锅炉的燃烧过程进行数值模拟,通过Fluent内冲蚀磨损模型得出燃烧器区域壁面的颗粒质量冲击量;利用Fluent软件的Sample功能输出壁面颗粒数据,将点数据导入Excel处理,得到冲击燃烧器区壁面的颗粒最高速度及颗粒速度值的分布情况. 结果表明:燃烧器喷口对侧区域的壁面冲击量最大值为6 kg·m^-2·s,冲击燃烧器区壁面的颗粒最高速度可超过30 m·s^-1,其占比不足冲击总颗粒量的0.3%,20~25 m·s^-1的冲击颗粒占比接近10%,颗粒速度的主体为5 ~ 20 m·s^-1. 壁面颗粒冲击量及颗粒速度模拟结果表明,在后墙第二组燃烧器壁面存在着6 kg·m^-2·s的高颗粒冲击量及25 ~ 29 m·s^-1的高颗粒冲击速度同时作用的区域,易发生严重磨损.     

挡潮闸下游河道冲淤的数值模拟

就挡潮闸下游河道水沙运动建立了一维水沙数学模型,采用Preissmann四点隐式差分格式离散非恒定水流方程,追赶法求解,并结合有限分析法思想离散求解悬移质泥沙方程.水流方程中,上游边界条件通过闸门的开度来控制.泥沙方程中,考虑床沙粒径变化并对床沙级配进行了调整.应用该模型对姚江陶家路闸闸下河道的水位、含沙量和河床变形进行了计算和验证.验证结果显示,水位与实测吻合,含沙量与实测增长趋势一致,河床断面反映了断面的基本变化,冲淤量与实测资料比较相符.表明该模型对挡潮闸闸门控制及闸下河床变形估算具有一定的指导意义.     

均匀壁面热流下太阳能腔式吸热器的自然对流数值模拟

在考虑变物性以及腔体固壁与流体间流固耦合的基础上,采用定热流的热边界条件和RNG k-ε紊流模型,对相同热流密度不同倾角以及相同倾角不同热流密度下的圆柱形腔式吸热器的腔体内的自然对流特性进行了三维数值模拟。结果表明:随着腔体壁面上的热流密度增加,内壁面上平均温度将升高,平均努塞尔特数增加;随着吸热器倾角的增大,平均努塞尔特数减小;随着离采光口距离的增大,腔体壁面温度近似呈线性规律升高,同一截面不同位置处的壁面温差减小,但减小的幅度不大。     

三维气固圆柱绕流颗粒扩散的直接数值模拟

为了考察颗粒在圆柱尾流中扩散的运动机理，对气固两相圆柱尾迹流动进行了高精度紧致差分方法的三维直接数值模拟.在对气相流场进行高精度模拟的基础上， 采用了Lagrangrian方法来追踪颗粒场的运动.比较了不同颗粒Stokes数为0.01、1、10和不同Reynolds数为180和200下颗粒的扩散函数，考察了三维圆柱尾迹流流场中气相场的运动对颗粒相扩散的影响.模拟结果表明：当气相流场由二维特性向三维特性转变时，由于受到气流场展向涡的影响，颗粒的展向扩散函数有相当程度的增大.颗粒在横向上扩散函数随着粒径的增大而增大，而在展向上颗粒扩散函数则随着粒径的增大而减小.     

含沙水下粒径对螺旋离心泵磨蚀效应的数值分析

为研究含沙水中固相颗粒粒径对螺旋离心泵磨蚀的影响,采用N-S方程和标准k-ε湍流模型对螺旋离心泵的内部流场进行数值模拟计算。结果表明,在含沙量一定时,颗粒的粒径对磨蚀影响显著,且随着粒径的增加,叶轮域的体积浓度梯度变化不均匀,更加促进了磨蚀效应,尤其对叶轮的轮缘磨损最为严重。       

缸内直接喷射LPG发动机混合气形成过程模拟

缸内直接喷射发动机具有良好的工作稳定性和负荷特性,可以在部分负荷下实现分层燃烧,大大提升了燃油经济性。其中,组织形成合适的缸内混合气分布是缸内直接喷射发动机稳定工作的关键。本文使用FIRE软件建立了液化石油气(LPG,Liquefied Petroleum Gas)的缸内直接喷射和混合气形成过程的数值模型,解析了液态LPG喷射以后缸内混合气的浓度场,以及LPG-空气在缸内的速度分布。     

缸内直接喷射LPG发动机混合气形成过程模拟

缸内直接喷射发动机具有良好的工作稳定性和负荷特性,可以在部分负荷下实现分层燃烧,大大提升了燃油经济性。其中,组织形成合适的缸内混合气分布是缸内直接喷射发动机稳定工作的关键。本文使用FIRE软件建立了液化石油气（LPG;Liquefied Petroleum Gas）的缸内直接喷射和混合气形成过程的数值模型,解析了液态IPG喷射以后缸内混合气的浓度场,以及IPG-空气在缸内的速度分布。     

磨盘山水库温度场的数值模拟

基于EFDC建立水库水动力学模型进行流场、温度场、浓度场及生态过程的数值模拟是进行水库环境保护、管理及运行的有力工具.以磨盘山水库为研究对象,进行非稳态温度场数值模拟.结果表明:磨盘山水库水温全年均处于分层状态,库表分层现象最为明显,至库底分层减弱,库底水温变化平缓.4月垂向温差较小,6、7月形成表层温跃层,对于垂向传质具有一定程度的屏障作用,至9、10月份出现秋季翻滚,垂向掺混加强,对水质影响较大.因此,水库取水口深度应该随季节调整,丰水期至冬季时段,建议净水厂强化水处理工艺.     

撞击式冲击阀气冲造型过程的数值模拟

气冲紧实是一个复杂的动态过程，动态参数多，而冲击阀又增加了一个碰撞的过程，所以设计计算更加困难.实际建造试验装置要花费大量的人力、物力和时间，另外试验装置往往与实际系统有差距，带来一定的盲目性和局限性.为快速而经济地求得动态参数值，建立了数学模型，通过VC++语言，采用四阶龙格-库塔方法对气冲过程进行数值模拟，得到动态过程的模拟曲线，将模拟曲线与实验曲线进行对比，进一步验证模型的准确性及程序的正确性.     

冲击载荷作用下钢纤维增强混凝土的数值模拟

为了验证混凝土试件的侧限效应和钢纤维的增强和增韧效应,该文采用实验得出的应力应变曲线,通过ANSYS/LS-DYNA软件对SHPB混凝土冲击压缩实验的数值模拟,定性地再现了实验过程.