十字交叉型微通道内液滴形成的数值模拟研究

基于Fluent软件的流体体积分数（Fluid Volume Fraction,VOF）模型,针对十字交叉型微通道内液滴的形成过程开展了三维数值模拟研究,分别研究了连续相黏度、分散相黏度、两相界面张力系数、壁面接触角对液滴形成的影响,为实际应用提供参考。研究表明随着连续相流速的增加,液滴生成直径减少,生成频率增大;增加连续相黏度时,液滴生成直径变小,生成频率的变化则相反;当分散相黏度超过连续相黏度时,出现射流现象而不能生成液滴;液滴生成直径随两相界面张力系数的增加而增大,生成频率降低;增大壁面接触角有利于液滴的产生,且两相流速为0.01 m/s和0.02 m/s时,接触角应分别取到150°和120°才能正常生成液滴。     

颗粒属性对输气管道渐缩管冲蚀磨损的仿真预测

在输气管道中，气固两相流对管道内壁造成冲蚀磨损，渐缩管中冲蚀磨损情况尤为严重。利用计算流体动力学相关知识，通过CFD仿真软件建立模型，运用流固双向耦合方程，采用标准k⁃ε模型和DPM模型进行分析。探究入口流速、固体颗粒粒径以及颗粒质量流率对渐缩管冲蚀磨损现象的影响，预测渐缩管中易发生冲蚀磨损的位置以及天然气的最佳流速。结果表明，当入口流速从5 m/s增大到25 m/s时，渐缩管最大冲蚀速率先增加后减小再增加；当入口流速为15 m/s时，冲蚀速率降至最小，为1.76×10－6 kg/（m2•s）；当颗粒粒径从0.5 mm增大到4.5 mm时，最大冲蚀速率先由4.23×10－6 kg/（m2•s）增加至7.56×10－6 kg/（m2•s），而后又逐渐减小至2.68×10－6 kg/（m2•s）；在入口流速为15 m/s的情况下，当颗粒质量流率从0.1 kg/s增大到0.6 kg/s时，最大冲蚀速率从1.76×10－6 kg/（m2•s）增加至1.00×10－5 kg/（m2•s）。渐缩管冲蚀磨损区域主要位于渐缩管喉部下壁面、距离喉部2D区域的收缩管段下壁面及2D区域以外的收缩管段上壁面，并且上壁面冲蚀磨损区域近似呈“U”型对称分布。在输气过程中，气体流经渐缩管的最佳入口流速应为15 m/s。为预防冲蚀磨损，颗粒粒径不宜过小，质量流率需控制在合理范围内。     

离心式杂质泵蜗壳内部流场数值模拟

利用计算流体动力学分析软件,对离心式杂质泵的内部流场进行了数值模拟.计算了颗粒直径为0.076mm,固相体积分数为10%的两相流工况下的三维湍流流场,得到了蜗壳内的速度、压力和固相体积分数分布等流动信息.计算结果表明：自进口至最大半径处蜗壳内的速度不断减小,压力逐渐增大,颗粒体积分数随半径增大而增大.     

湍流聚并室内细颗粒物聚并的数值研究

湍流聚并技术是脱除细颗粒的有效手段,本文采用数值模拟的方法研究了1种新型三维湍流聚并室内细颗粒物的湍流聚并特性,比较3种不同聚并室的团聚效果,得出第3种聚并室团聚效果最好.对第3种聚并室分析了细颗粒物的颗粒相体积分数、入口颗粒粒径以及流速对细颗粒湍流聚并效果的影响.结果表明:聚并效果随着体积分数的增大而提高;在入口颗粒体积分数为5×10~(-4)时,颗粒粒径越小,聚并效果越显著;随着流速的增大,聚并效果越显著.     

泥水分离用水力旋流器的数值模拟

利用CFD软件对泥水分离用水力旋流器内的三维流场和泥水分离过程进行了数值模拟研究。采用Eulerian模型和RSM湍流模型分别考察了进料口直径、溢流管直径和插入深度等结构参数及处理量、泥浆浓度等操作参数对分离性能的影响。数值模拟结果表明:溢流管直径增大,泥水分离效率明显降低;溢流管插入深度增大,分离效率先增大后减小;底流口直径增大,分离效率明显增大;进料口直径和筒体高度对分离效率的影响相对较小。操作参数模拟结果表明:水力旋流器的操作弹性较小,额定处理量下分离效率最高;泥浆浓度增大,分离效率明显降低;固体泥颗粒黏度增大,分离效率增大。     

流化床结晶器中流体动力学状态影响因素的分析

使用计算流体力学（CFD）的方法,对流化床结晶器（FBC）内的流体动力学状态进行了研究.模拟采用多相流模型,将溶液定义为连续相,颗粒定义为分散相,考察了不同颗粒密度在不同黏度的溶液中的悬浮状态及流场分布.结果表明：随着颗粒密度的增加,同一结晶器高度的固相体积分数是增加的;溶液黏度的变化对液相流速和固相体积分数的影响不明显.     

聚丙烯环管反应器的流体力学模拟

采用颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型研究反应器内液固相的流动力学特性.通过fluent软件,采用标准k-ε模型描述流体的湍流状态、Gidaspow曳力模型描述流体的相互作用力,运用SIMPLE算法求解速度场.结果表明:在5~9m/s的浆液速度范围内,环管反应器直管段的固相体积分数分布均匀,弯管段的固相体积分数分布不均匀;浆液速度增大,其固相体积分数分布的非均匀性增加;当固相体积分数为0.35时,浆液密度为563~571千克/立方米.通过对速度场的分析可知,上升管中段的流速为6~7.5m/s,速度呈对称分布;下降管中段的流速为5~8m/s,速度呈非对称分布.计算结果与工厂实际生产情况接近,表明欧拉双流体模型能有效地描述环管反应器内浆液流动形态.     

绞吸式开采系统提升泵固液两相流的数值分析

针对绞吸式开采方法水力输送系统中的双流道提升泵内部规律尚不明确,在水力输送固液两相流中容易出现使用效果不理想、易磨损的问题,应用Fluent软件,采用Mixture模型、RNG两方程湍流模型和SIMPLEC算法对提升泵在不同颗粒密度和体积分数下内部的流场进行了数值计算和对比分析,计算结果显示：随着颗粒密度和颗粒体积分数的不断增大,涡壳内的颗粒向外周壁积聚,而叶轮内颗粒由叶轮背面向叶轮工作面转移,固液两相离析加剧,泵的水力效率降低,扬程减小;同时,颗粒体积分数对泵效率的影响存在一个极大值点,体积分数低于15%时随体积分数增大而增大,增幅缓慢;当体积分数高于15%时,泵的效率随颗粒体积分数增大而降低.     

蛋白质用量和比例对淡奶油理化性质的影响

研究了酪朊酸钠用量及质量分数为3%的蛋白质用量下酪朊酸钠和大豆分离蛋白不同比例对淡奶油粒度分布、界面蛋白及流变学特性的影响,分析了其作用机理。结果表明:随着酪朊酸钠体积分数的增加,淡奶油上层粒径先减小后增大,在4%处达最小值,峰值为0.18μm,黏度和屈服应力增大,界面蛋白含量升高,界面蛋白浓度先减小后增大,剪切稀化程度先增强后减弱;蛋白质总用量为3%时,增加大豆分离蛋白比例,样品粒度增大,界面蛋白质量分数由2.96%降至2.56%,剪切速率为60s-1时黏度由0.154Pa·s增加至0.297Pa·s,屈服应力增大,剪切稀化加剧。     

几何结构参数对喷射器性能影响的数值模拟

通过Fluent软件对CO2工质在喷射器中的流动进行模拟, 同时通过改变工作流体和引射流体的入口压力研究喷嘴临界截面直径对喷射系数的影响。模拟结果表明: 当保持喷射器的基本工作参数不变, 引射流体入口压力为一定值时, 喷射器喷射系数随喷嘴临界截面直径的减小而逐渐增大; 当保持喷射器的基本工作参数不变, 工作流体入口压力为一定值时, 喷射器喷射系数随喷嘴临界截面直径的增大而逐渐减小; 在喷射器的基本工作参数保持稳定时, 可以通过提高引射流体入口压力及工作流体入口压力2种方法提高喷射系数。     

操作压力对过热蒸汽流化床干燥的影响

针对操作压力对过热蒸汽流化床干燥过程中蒸汽-颗粒物料两相流动特性、传热传质特性的影响具有非线性特征问题,基于油菜籽过热蒸汽流化床干燥过程的轴对称二维非稳态数学模型,仿真研究了操作压力对颗粒物料干燥动力学的影响规律,对负压、常压附近和高压环境下操作压力与最大干燥速率之间的关系进行了定量分析,并得到了进口过热蒸汽温度和流速设定条件下颗粒物料过热蒸汽流化床干燥的最佳操作压力参数值。数值模拟结果表明:进口过热蒸汽温度358K、流速2.5m/s、颗粒物料直径1.0mm时,过热蒸汽流化床干燥最佳操作压力为0.02MPa;进口过热蒸汽温度403K、流速2.5m/s、颗粒物料直径1.0mm时,最佳干燥操作压力为0.10MPa;进口过热蒸汽温度443K、流速2.0m/s、颗粒物料直径2.0mm时,最佳干燥操作压力为0.2 MPa。     

多孔介质内预混合燃烧的二维数值模拟

为了研究预混气在多孔介质内过滤燃烧特性,根据多孔介质燃烧理论,建立了甲烷/空气预混气在堆积床内燃烧的二维双温模型。给出了当量比、入口速度和小球直径等参数对温度分布的影响,分析了燃烧器内氧化铝小球的蓄热特性。结果表明:火焰面的前缘呈抛物线形状,燃烧波波速在0.1 mm/s数量级;随着当量比增加,波速度减小,燃烧区域范围扩大;随着入口流速增大,燃烧最高温度升高,火焰面宽度变窄,燃烧波波速增大;随着氧化铝小球直径增大,火焰面厚度变窄,燃烧波速度增大;氧化铝小球在过滤燃烧中体现出良好的蓄热能力。     

基于EDEM-Fluent耦合的挖藕机喷水系统仿真优化

为分析挖藕机喷水系统各种关键参数对土壤冲击效果的影响,提出一种基于EDEM-Fluent的水射流冲击土壤仿真方法。在Fluent中模拟不同间距、不同喷射速度下多股水射流冲击水层时的速度衰减、方向变化情况;得出冲击水层后的速度后利用EDEM-Fluent耦合模拟射流以该速度冲击土壤1 s的效果。试验结果表明:随着出水管间距的增大,最大冲击深度减小,土壤颗粒速度减小;随着射流喷射速度的增大,最大冲击深度增大,土壤颗粒速度增大。在出水管间距8 mm、射流喷射速度30 m/s时对土壤的冲击效果最好。     

泡沫驱油中起泡剂W-101的筛选与评价

对河间东营油藏泡沫驱油的起泡剂类型、质量分数、抗压、抗温、抗盐、抗油等性能和高低渗双管驱替进行了研究。结果表明,WaringBlender法筛选出的最佳泡沫体系为质量分数0.1%的W-101;当压力为0.1~15MPa时,起泡体积和泡沫半衰期都随着压力的增高而增加,但压力超过5MPa时,压力对W-101起泡剂溶液的起泡能力和稳泡性影响不大;随着温度的升高,W-101起泡剂溶液的起泡能力先增大后减小,稳泡性逐渐减小;当矿化度为2 500~10 000mg/L时,随着矿化度的增加,起泡剂W-101的起泡能力逐渐减小,稳泡性先降低后小幅增大;剂油体积比越大,起泡剂W-101的起泡能力和稳泡性能越差。高低渗双管驱替实验表明,泡沫能有效封堵高渗管,扩大低渗管的波及体积,入口压力从水驱结束时的0.3 MPa升至空气泡沫驱结束时的1.8 MPa,低渗管采收率提高16.89%,高渗管采收率提高9.30%,综合采收率提高12.3%。     

随机排列纤维过滤器颗粒捕集特性的数值研究

结合Matlab软件和数值计算前处理软件Gambit中的Journal文件建立了随机排列纤维过滤器模型,利用计算流体动力学（CFD）技术对4种随机排列纤维过滤器内部气-固两相流动特性进行数值研究,并将数值计算值和经典模型及实验关联式进行了比较。结果表明：利用论文提出的建模方法可以得到与实际纤维过滤器相似的模型。过滤器压力损失的数值计算预测值和实验关联式吻合较好,误差均在2%以内。不同结构过滤器收集效率的数值计算结果和理论模型的趋势基本一致,且不同粒径范围的颗粒收集机理也不同。对于小粒径颗粒（dp〈0.5μm）,主要由布朗扩散起作用,dp〉1.5μm时,惯性碰撞贡献较大,当0.5μm≤dp≤1.5μm时,2种机理作用都较弱。另外,纤维直径和纤维填充密度分布会影响纤维过滤器的过滤性能,论文中,结构1（纤维直径和填充密度沿气流方向减小）的过滤器和结构3（纤维直径和填充密度沿气流方向增加）的收集效率高于结构2（在气流方向上纤维直径减小而填充密度增大）和4（在气流方向上纤维直径增大而填充密度减小）,而压力损失则恰恰相反。结构1在大颗粒的收集上好于结构3,对于小颗粒则正好相反。结构4对于所有类型的颗粒的收集都要好于结构2。     

换热面上颗粒污垢生长特性的数值模拟研究

针对颗粒污垢在换热器中存在的沉积问题,本文采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,借助Fluent软件,对换热面上颗粒污垢生长特性进行数值模拟,模拟了二氧化硅颗粒在圆管内的沉积过程,并结合相关经验公式,建立颗粒污垢剥蚀模型。模拟结果表明,二氧化硅颗粒在流速、入口温度和管壁粗糙度这3种运行工况下,其污垢热阻先增加后趋于平稳,一段时间后达到一个渐近值。随着流速的增加,颗粒结垢速率和污垢热阻渐近值逐渐减小;随着入口温度的增加,污垢热阻渐近值逐渐减小;随着管壁粗糙度的增加,污垢热阻渐近值和达到渐近值的时间都逐渐增大。因此,通过增大流速和入口温度,减小管壁粗糙度,可减小换热面上的颗粒污垢热阻。该研究为实际生产过程中的抑垢和除垢技术提供了理论参考。     

带肋通道中烟气细颗粒物团聚情况的数值模拟

通过数值模拟研究含有扰流柱带肋通道的细颗粒预处理装置的湍流团聚特性,分别考虑了不同初始颗粒粒径,不同入口颗粒体积分数和不同入口流速情况下对颗粒湍流团聚的影响.计算采用k-ε耦合颗粒群平衡模型(PBM),结果表明在本文讨论的初始粒径范围内,初始粒径越大颗粒团聚效果越好;对于不同入口体积分数工况下,发现体积分数越大团聚效果越好;而由于速度工况中速度与流场中湍流耗散率成正比,所以可以发现速度越大湍流耗散率越大从而导致团聚效果越好.     

微通道入口角度对微液滴生成过程的影响

为研究不同流体物性参数条件下微通道入口角度对微液滴生成过程的影响,采用流体体积(volume of fluid,VOF)法对错流微通道内液滴生成过程进行了三维数值模拟,对液滴生成过程中两相压差及液滴生成周期和尺寸进行了研究.结果表明:拉伸挤压流型下,微液滴尺寸随着通道入口角度增大呈现先减小后增大趋势.表面张力较大或连续相黏度较小时,入口角度为90°的微通道有利于生成较短液滴;表面张力较小或连续相黏度较大时,入口角度为120°的微通道有利于生成较短液滴.对于固定的入口角度,微液滴尺寸随着表面张力系数增大而增大,随连续相黏度增大而减小.当流体物性参数不同时,生成最短液滴的通道结构不同.综合考虑通道入口角度、表面张力系数和连续相黏度,提出了预测拉伸挤压流型下量纲一液滴长度的经验关联式,为微液滴系统的设计和应用提供了指导.     

管束式换热器导流结构数值模拟研究与优化设计

采用计算流体力学方法,建立进口带导流结构的叉排管束式换热器的CFD模型,分别模拟了换热器入口流速为15、30、46 m/s时,导流结构及叉排管束间的流场分布。以前4排管束间截面的速度标准差为流场均匀性判断依据,研究换热器入口变径长度以及内导流结构进出口尺寸对换热器内部流场均匀性的影响.结果表明:在模拟范围内,随着换热器入口流速减小,热器入口变径长度系数λ最优值减小,导流入口结构比值H_1/W_i最优值增加,导流出口结构比值H_2/H_0最优值减小。     

基于Fluent的前混合磨料水射流高压管道流场的数值模拟

利用Fluent软件对前混合磨料射流技术高压管道中的液固两相流场进行数值模拟,得出了水、磨料在管道中速度云图和磨料的体积分数分布图,考察了磨料浓度,高压管直径及水流量等参数的影响。结果表明,磨料浓度越大,水和磨料在出口处获得的平均速度越小,实现水和磨料的充分混合的距离越长。在流量一定的情况下,随着管道直径的增大,水的入口速度减小,水和石英砂的出口处平均速度v减小,而在管径相同或入口速度相同的条件下,水流量越大出口平均速度越大,磨料的密度对出口速度影响不大,但密度大的磨料需要经过较长的距离才能和水实现充分完全的混合。