搅拌槽内湍流流场的数值模拟

搅拌槽在过程工业中的应用非常广泛,对搅拌槽内流场的研究具有十分重要的意义。实验研究方法具有局限性,基于计算流体动力学的数值模拟方法是研究流场的重要方法。文中介绍了搅拌流场的数值模拟方法和湍流模型,分析了各自的特点及其应用情况,总结了搅拌模拟时边界条件的处理情况,并指出了未来的发展方向。     

多轴载荷下点蚀坑应力集中的数值研究

利用有限元软件Abaqus对拉扭载荷下点蚀区域的应力集中进行了数值模拟研究,通过建立结构的点蚀模型,分析了点蚀规则演化及不规则演化情况下的应力集中.结果表明,点蚀坑形貌比（a/2c）是影响应力集中（SCF）的重要因素,具有较大形貌比的点蚀坑往往比较危险,极大地降低了结构的承载能力;当点蚀区域发生局部溶解时,SCF会产生跳跃式的增长,相比于规则演化,此种情况下更容易促使点蚀向裂纹的转变.     

燃气方柱绕流流量计量流场特性的数值模拟

应用基于有限体积法的FLUENT6.1流体力学计算软件对管道中方柱体的燃气绕流现象进行了仿真研究.对实现管道燃气流量计量的DN200 mm新型宽量程流量计的流场进行了数值模拟,并就燃气计量管道中方柱旋涡发生体的旋涡脱落频率与实测数据进行了比较.结果表明,数值计算结果与实测结果具有很好的一致性,从而给出了在新型燃气流量计的研制中可以应用数值模拟方法来优化流量计结构设计的结论.     

DD分解炉内湍流流场的数值分析

以气体湍流流动微分方程组及k-ε双方程模型为基础,采用Simple算法对DD分解炉内的湍流流场数值模拟,分析了炉内气体运动及湍流脉动规律和特点,并与冷模实验结果进行比较,验证数学模型的可行性,揭示了DD分解炉内部湍流流场的湍流特征.     

四叶片组合静态混合器湍流传热性能的数值模拟分析

采用Fluent计算软件对四叶片组合静态混合器内湍流换热进行数值模拟并与SK型静态混合器进行对比,结果表明,在104≤Re≤105范围内,前者的传热效率比后者提高约20%. 运用场协同理论对结果进行了分析,新型静态混合器传热效率较高的主要原因为,在一个截面上有4个旋向与叶片旋向相同、旋涡半径近似等于叶片半径的纵向涡及4个旋向与叶片旋向相反、旋涡半径小于叶片半径的纵向涡,这些纵向涡能强化换热;与SK型静态混合器相比,新型静态混合器管内温度梯度基本相同,管内中心区二次流流速一定程度降低,而近壁区二次流流速差别较小,但速度场与热流场的协同程度得到明显改善.     

螺旋半圆管夹套内湍流流动与传热的数值模拟

应用CFD分析软件Fluent,在简化模型的基础上对螺旋半圆管夹套内的三维湍流流动及换热进行了数值模拟. 结果表明,夹套内与螺旋线垂直的横截面上,切线方向的时均速度等值线呈鞍状分布,弯曲外壁侧的速度梯度远大于直内壁侧;二次流为稳定的两涡结构,二次涡的中心位置在半圆形截面的2个尖角附近. 由于二次流的作用,换热壁面上局部努塞尔数Nulocal分布不均,最小值在壁面中心点处,最大值在中心点两侧,研究范围内,最小值为平均值的0.8~0.85倍,最大值为平均值的1.15~1.25倍. 螺距对夹套内充分发展段的流体流动及换热的影响很小;增大曲率,夹套的换热能力增强,同时流动阻力也增大.     

淘析器内气固两相流动的数值模拟

针对现有淘析器存在分级效率低,粒料中夹带塑料粉尘和部分粒料随气流溢出的问题,采用CFD模拟软件FLUENT6.2对现有淘析器及其改进型淘析器内部的气相流场和粒子运动轨迹进行了数值模拟.气相控制方程采用标准湍流模型,颗粒运动控制方程采用随机轨道模型.模拟结果表明:改进型淘析器可消除现有淘析器出口附近的短路流:加长对流直管段,增加了气固对流时间,强化了气流对粒料表面的剪切作用;淘析区加入格栅,既规整流场,消除静电吸附,又通过碰撞振动提高了粒料表面粉尘的分离程度.     

折流式旋转床气相流场数值模拟研究

采用CFD方法对折流式旋转床气液两相流动及压降进行数值模拟,建立了二维物理模型,研究了折流式旋转床转速、动静圈对数、进气量对气相压降和气相流场的影响,并用实验数据对模型进行验证. 结果表明,计算与实验相对误差在15%以内. 气相压降随进气量和动静圈对数增加而显著增大;转速增加,压降增大,但不明显,压降主要集中在转子内部,占总压降的88%~97%,其中转子压降的55%~73%由拐弯处的摩擦阻力引起;气体在静圈下隙存在回流,在动圈上隙气体流动缓慢,存在流动死区,气速主要以切向速度为主(占80%以上),峰值位于转子外缘,并与气体入口存在较大速度梯度,径向和轴向速度所占比例较小,且因位置不同而不同. 速度变化和压降的变化是转速、进气量和动静圈数等共同作用的结果.     

旋流分离器流场模拟研究方法优化选择

对旋流分离器流场计算流体力学研究中的湍流模型、网格划分方案、控制方程离散格式及计算步骤等内容的选择进行了分析. 通过与流场测量数据进行对比,指出雷诺应力模型比RNG k-e模型更能表征分离器切向速度场的组合涡特征;非结构六面体网格划分方案的预测结果更精确;二阶迎风格式的模拟精度并不一定比QUICK格式的模拟精度差,在分离器结构设计及网格划分较复杂的情况下,推荐使用二阶迎风格式;在PISO算法的非稳态计算条件下,收敛残差量级可达10-6以上. 优选的流场模拟研究方法可用于分离器流场分析及指导分离器工程设计.     

气固可压缩湍射流中颗粒扩散的直接数值模拟

A numerical method was developed to directly simulate the compressible, particle-laden turbulent jets.The fourth order compact finite difference schemes were used to discretize the space derivatives. The Lagrangian method was adopted to simulate the particle motion based on one-way coupling. It is found that the turbulent intensity profiles attain self-similar status in the jet downstream regions. At the Stokes number of 1, particles are concentrated largely in the outer boundaries of the large-scale vortex structures with the most uneven distribution and the widest dispersion in the lateral direction. Particles at the much smaller Stokes numbers are distributed evenly in the flow field, and the lateral dispersion is also considerable. Distribution of particles at much larger Stokes numbers is more uniform and the lateral dispersion becomes small. In addition, the inflow conditions have different effects on the particle dispersion. The direct numerical simulation (DNS) results accord with the previous experiments and numerical studies.     

超重力旋转床中水脱氧过程的模型化研究

超重力旋转床是一种高效的强化传质和混合的新型设备。今提出了超重力旋转床中的水脱氧过程的传质模型,分别采用欧拉方法和拉格朗日方法对超重力旋转床中的气相和液滴的运动行为进行了数值模拟;在此基础上计算了液滴的传质系数,计算结果和实验结果符合较好,平均误差为7．9％。当超重力旋转床中液体存在的主体形式更接近于液滴时,模型计算结果误差减小。进一步讨论分析了液体和气体流量、转速以及填料内径的变化对于超重力旋转床体积传质系数的影响,分析表明旋转填料对液体剧烈地剪切破碎分散作用是强化传质过程的主要原因。     

旋转流场下PDC钻头的数值模拟仿真

利用fluent软件对简化的PDC钻头进行了三维旋转流场和非旋转流场的数值仿真。结果表明:钻头底部流道的逆流,是由于井底的特殊形状,致使高速流体与井壁碰撞,在黏性力的作用下造成的;钻头四个喷嘴正对分布时,钻头底部中心的涡旋,是由于喷嘴对称分布,使四股流体经井底相互碰撞,在黏性力的作用下造成的。由于涡旋会降低钻井液的携岩能力并对钻头造成磨损,所以有必要减少涡旋的产生。     

液-液水力旋流器两相湍动流数值模拟研究进展

对水力旋流器内的单相流场和液．液水力旋流器轻相浓度场两个方面的数值模拟研究进行了论述,通过分析国内外近二十年的重要研究成果,提出了今后液-液水力旋流器内两相湍流场数值研究的重点和发展方向。     

Effect of Unmixedness in Large Eddies on Ignition and Combustion of Turbulent Jets of the Fuel in a Supersonic Flow

A method and results of computing the influence of unmixedness in large eddies generated by instability of a contact discontinuity on ignition and combustion of turbulent jets of a fuel in a supersonic flow are presented. The basic system of equations is the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. The influence of unmixedness on chemical reaction rates is reproduced by using a random number generator adjusted in accordance with the probability of origination of favorable conditions for proceeding of chemical reactions, which is computed in each node of the computational grid. The problem of combustion of a plane hydrogen jet injected into a supersonic flow along the plate surface is considered as an example. It is shown that allowance for unmixedness in the case where the flow and the jet have favorable initial parameters for self-ignition leads to a delay in heat release and to origination of pressure and temperature fluctuations. As the parameters approach the self-ignition limit, these fluctuations increase, and the combustion becomes intermittent. __________ Translated from Fizika Goreniya i Vzryva, Vol. 42, No. 1, pp. 49–56, January–February, 2006.     

折流杆换热器壳程湍流和传热的数值模拟

折流杆换热器壳程结构复杂,用理论方法难以获得壳程流体流动和强化传热机理.为了分析折流杆在换热器壳程中作用,采用数值方法研究了壳程流体的流动和换热状况.首先对壳程结构进行适当简化,提出了换热器壳程的"单元流道"模型用于研究纵流式换热器壳程流场和温度场的实际细观信息.针对三维几何模型和数学模型,数值模拟采用标准k-ε两方程湍流模型,用SIMPLE算法求解速度和压力的耦合关系,流道的固体边界采用壁面函数法,在不同进口流量下对单元流道进行模拟.结果表明,纵横交错布置的折流杆在单元流道中不断分割和剪切流道内流体,其扰流作用促进了流体湍流,减薄了液体边界层,减小了对流换热热阻,因而有效地提高了流体的对流换热强度.数值分析结果可为折流杆换热器的结构优化和性能提高提供理论依据.     

一种新型气固分离器内两相流动的数值模拟

采用数值模拟的方法对带有切向开缝中心管式气固分离器的气固两相流进行了研究.计算中对气相采用了雷诺应力模型,对颗粒相采用了Lagrange坐标系下的随机轨道模型.结果表明:气相流场总体特征为拱形空间内气流以切向速度为主绕排气管做旋转运动,切向气速随径向位置的增加而减小.大部分气体通过开缝进入中心排气管而从中心管排出,少部分气体由排气管下方空间返回入口区.颗粒相的引入对气相流场有显著的影响,分离器拱形空间内同一径向位置的气体切向速度明显降低.颗粒由于自身惯性向边壁运动的趋势改变了气相流场分布,使气体更易向中心管内运动,从而达到较高的分离效率.计算得到的分离效率与实测值吻合较好,证明了数学模型的合理性,为进一步优化分离器结构提供了可靠依据.     

空气与水直接接触热质交换顺流和逆流过程特性比较

根据空气与水顺流和逆流直接接触热质交换过程的模型公式,利用MATLAB软件对一冷却减湿过程进行计算,分析了空气与水顺、逆流直接接触热质交换过程的传质单元数NTUm、传热单元数NTUh、水气比β以及空气与水的出口状态参数、过程的热交换系数和接触系数的不同,得出了有用的结论,为蒸发冷却设备的设计及实验数据分析,提供了理论指导和新方法。     

新型多晶硅还原炉底盘流动与传热的数值模拟

多晶硅还原炉的底盘取热结构对降低能耗有很大影响,提出了一种新型的多晶硅还原炉底盘均匀取热结构,并就其温度均匀性、冷却效果与传统底盘结构进行比较。该新型底盘结构由中间隔板分为2层,并在隔板上安装电极位置的孔周围焊接竖直环隙。冷却水由隔板下层的冷却水进口进入底盘并流经各电极周围的环隙进入隔板上层的还原炉底盘上底板实现均匀取热。与传统多晶硅还原炉底盘结构相比,该结构克服了传统结构下底盘取热不均匀的问题。就新型底盘取热结构中的单棒环隙结构进行模拟优化。重点考察环隙上焊接挡板的厚度、宽度及数量对冷却效果的影响。300 K的冷却水做工作介质,底盘材料用不锈钢。模拟后得到的单棒环隙结构的最适宜结果为竖直环隙挡板厚度1 mm,挡板宽度1 mm,挡板间距10 mm;水平环面挡板厚度1 mm,挡板宽度1 mm,挡板间距10 mm;换热效果较传统底盘提高32%,温度均匀性提高54%。     

Effect of particles on Polarization during Electrocodeposition using a Rotating Cylinder Electrode

The influence of suspended submicrometric diameter alumina particles on polarization during electrocodeposition with copper at a rotating cylinder electrode was investigated. Cathodic polarization and mass transfer experiments were conducted as a function of electrode rotational speed and particle loading.     

带中间激冷器的气化炉激冷室下降管数值研究

为了改善激冷室的降温效果，文中提出了一种改进结构——在激冷室的中心部位增加中间激冷器，并且对该方案进行数学模拟，计算采用K-ε湍流模型和四通量辐射模型，并把有中间激冷器的气化炉激冷室下降管的计算结果与在役结构激冷管的计算结果进行比较来考查新方案的效果。计算表明带有中间激冷器的气化炉激冷室下降管的传热降温效果和流场特性优于在役结构激冷室下降管。