Al2O3纳米流体液滴撞击壁面的动力学行为数值研究

针对纳米流体液滴撞击固体壁面的动力学行为,建立基于相场方法描述液滴动态过程的二维数值模型,引入Kistler动态接触角模型以模拟铺展过程中液滴动态接触角变化以及三相接触线的迁移. 通过模拟分析液滴铺展因子、无量纲高度的变化研究不同纳米颗粒体积分数、惯性力和液滴直径等因素对水基Al₂O₃纳米流体液滴撞击壁面的铺展回缩过程的影响机制. 结果表明：超过一定体积分数的纳米颗粒使流体表现出明显的剪切稀化特性,增加液滴的黏性耗散,抑制液滴的铺展回缩过程;液滴撞击速度的增加会增大其撞击壁面时最大铺展直径和达到稳定状态的耗时,直径的增加使液滴振荡周期加长;体积分数为4%的纳米颗粒可以抑制上述两者带来的影响,使液滴更快到达稳定状态.     

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...     

弯管中液固两相流及壁面碰撞磨损的数值模拟

利用Eulerian-Lagrangian混合模型对弯管内液固两相流在低浓度(初始体积分率为3%～8%)运行时壁面磨损过程进行了数值模拟.计算了流场中湍流速度及压力的分布,并对不同角度弯管壁面处的磨损率进行了预测和比较.模拟结果表明:在弯管为90°时,颗粒分布最为理想,最大磨损率出现在弯管中心角40°～60°的范围内,即该区域固粒对壁面的碰撞频率和强度最大.该结果为弯管内多相流防、除垢技术的工程设计提供了一定的指导作用.     

连续三相喷射环流反应器的实验和数值模拟

利用Pavlov管和电导探针分别测量含小颗粒（Stokes数小于1.0）的连续气液固三相喷射环流反应器内轴向液速和气体体积分数分布. 提出大气泡-小气泡-浆态相三相流体力学模型,以模拟三相喷射环流反应器的流体力学行为,对大气泡相和小气泡相分别考虑尾涡加速和气泡阻碍效应并修正其曳力. 对于上升区和下降区,流场模拟结果均与实验结果较吻合. 利用模型预测不同固体体积分数下的气体体积分数与轴向液速分布,结果表明,在考虑的固体体积分数范围内,气体体积分数随固体体积分数增加而下降,液体循环速度随固体体积分数增加而略有上升,其原因主要是反应器内平均气泡直径随固体体积分数增加而增大,进而导致气泡浮升速度加大并增强周围流体的加速运动.     

汽液固三相蒸发管内防除垢的数值模拟

假设汽液固三相循环流化床蒸发管内均匀覆盖一定厚度的硫酸钙结晶垢层,考虑垢层与流体间的耦合换热、管内流体泡核沸腾传热、汽液两相流体对垢层的剥蚀以及颗粒对垢层的碰撞磨损作用,初步建立了汽液固三相流系统防除垢的模型,并应用STAR-CCM+软件对其进行了数值模拟.结果表明,垢层表面温度和汽含率、污垢剥蚀速率以及颗粒对垢层的磨损速率都是影响汽液固三相蒸发管内防除垢的重要因素;增加表观流速和固体颗粒体积分数,可以降低垢层表面温度和汽含率、提高污垢剥蚀速率和磨损速率,进而可以强化蒸发管内的防除垢效果.     

基于格子Boltzmann的混合过程建模与流致振动特性

为了探究静态混合过程中的内流冲击与流致振动特性,提出结合大涡模拟(LES)方法的介观多速度分量格子Boltzmann流固耦合模型.针对静态混合过程伴随强剪切、回流反冲、壁面冲击等特点,以静态混合器为研究对象,对静态混合过程建模,并提出流场-结构场弱耦合求解策略.通过此方法研究静态混合器不同位置位移形变、不同入口速度和不同静态混合器叶片夹角对管壁振动响应的影响.结果表明,叶片作用可以将流体轴向速度转换为切向和径向速度；在入口流速相对较大时,内部流场对静态混合器的振动频率及振幅的影响较为明显；改变混合叶片夹角,会影响流场剪切引流作用,对其纵向位移和轴向位移影响显著,且主要影响低频段.     

T型管内两相流分配特性数值模拟

T型管内气液两相流分配不均易导致换热器偏流和受热不均。为了优化T型管内气液两相流流动,以FLUENT为模拟软件,以流体流动参数和管子几何结构为研究变量,对T型管内流体流动进行数值模拟。发现流体入口液相体积分数越大,入口速度越小,液滴粒径越小,越利于流体均布;同时支管衔接处采取弯管结构较直管结构优越,其中入口速度对流体分布影响最明显,速度相差3个数值即可优化两个出口液相体积分数比差10%左右。结果表明,相应改变流体流动参数和管子几何结构能有效优化T型管内流体流动。     

固相体积分数对泵性能影响研究

针对脱硫泵在输送固液两相流介质时存在的磨损严重、效率不高的状况,采用混合多相流模型和修正的k-ε湍流方程对脱硫泵内部流场进行了数值模拟,得到了泵内固体相的颗粒分布和运动规律以及不同固相体积分数与泵扬程、效率的关系曲线。结果表明:固体颗粒主要分布在叶片工作面和后盖板面,加剧了叶片和后盖板的磨损速度;固体颗粒在工作面上的相对速度较背面大,工作面和后盖板相交的棱角处颗粒浓度大且颗粒以一定的速度与叶轮发生摩擦,容易导致叶轮局部磨损;随着固含量的增加,泵的扬程、效率下降明显,而轴功率趋于稳定,说明脱硫泵的运行存在一个最佳输送浓度。     

气液固三相逆流湍动床流体动力学特性的三维数值模拟

基于多相流欧拉模型,应用计算流体动力学(CFD)软件Fluent 6.3,数值模拟了轻颗粒流、液体间歇方式进料的三维气液固逆流三相湍动床的流体动力学特性,考察了床内颗粒的轴径向速度和固含率分布规律。模拟发现:床内颗粒流化时存在颗粒的汇集行为;颗粒由床中心向壁面运动,中心附近颗粒径向速度大,壁面附近颗粒径向速度小;颗粒轴向速度分布不均匀,呈"两头小中间大"的趋势;固含率壁面附近高,中心附近低,并随轴向高度增加而减小;床内平均固含率随表观气速或液体黏度的增加而减小。     

圆管层流脉动流动的数值模拟

为研究圆管层流脉动流动特性,建立了二维非稳态轴对称模型,对壁温恒定、入口速度周期性变化的流体进行数值模拟.分析了速度振幅和频率对层流流动的影响,得到了频率和振幅对压力、温度、壁面摩擦系数影响的规律.研究表明:脉动流动时,压力、温度、壁面摩擦系数围绕相同Re下稳态流动时的数值波动;压力与速度之间存在相位差;压力、壁面摩擦系数的波动与速度振幅和频率成正比;温度的波动与速度振幅成正比,与频率呈反比;当流体脉动的频率和振幅足够大时,会在近壁面处出现回流,并且出现回流的时间会随着频率和振幅的增大而增长.