含气率对长圆管内气液两相流流场特性的影响

为了解决不同工况下长圆管径向支撑承载力及其稳定性的问题,采用有限体积法,对长圆管内不同含气率的气液两相流的流场特性进行了数值计算。基于流体力学基本理论与多相流理论,完成了长圆管内气液两相流湍流流动形态的瞬态追踪,并计算了不同含气率的流场分布对管道内壁产生的流场作用力。结果表明:随着流动的进行,当气相流体加入液相流体时,气相流体作用于液相流体表面形成波浪,且含气率越大,气相流体对液相流体的作用越强,当含气率α50%时,液相流体的流动效应被逐渐减弱,流动形态转变为层状流,管壁受到的流场作用力减小。     

气液喷射器中不同粒径分布函数下液滴轨迹数值模拟

采用数值模拟的方法研究气液喷射器内液滴的运动轨迹,液相流场采用离散相模型。研究粒径和液滴速度对液滴运动轨迹的影响,探索了单一液滴和不同RosinRammler分布函数下液滴的运动轨迹。结果表明,气相旋转气流并没有对液滴的轨迹造成太大的影响,液滴仍是以接近直线的形式向前运动;离散相液滴最终的速度主要取决于气相速度,与液滴粒径大小、粒径分布和初速度无关;液滴的运动轨迹随着RosinRammler分布中均匀性系数的增加,液滴速度的增大和平均粒径的减小而发生改变,造成离散相液滴喷出趋向于集中和液滴相对远离壁面。     

水下两相冲压喷射发动机性能的数值模拟研究

为了对水下两相冲压喷射发动机的性能进行理论研究,分别对扩张段、混合腔及喷管进行分析并建立了物理模型.基于双流体模型,采用变步长的Runge-Kutta法进行了喷管内泡状流计算.综合各部分计算结果求得发动机推力与推进效率.重点研究了混合腔与入口面积比(Am/Ai)、发动机入口面积(Ai)、通气量、航行速度及初始气泡半径对发动机推力及效率的影响.计算结果表明:发动机推力和效率均随着面积比Am/Ai的增大而增大;当Am/Ai保持不变时,推力和效率随入口面积Ai的增大而增大;推力随着通气量、航行速度的增大而增大,效率却随其增大而减小;气泡初始半径增大时,发动机推力及效率同时减小.这将为两相冲压喷射发动机设计提供一定依据.     

浮射流速度场和断面流量规律特性的研究

在工业生产过程中经常产生大量高温含尘浮射流,研究浮射流的流动规律能从根本上使此类浮射流得到有效控制.在实验误差验证的基础上,运用数值模拟方法研究了浮射流的速度场和断面流量,研究表明:浮射流在初始段轴心速度递增率随阿基米德数(Ar)数增大而增大,在充分发展段轴心速度随断面高度的增高而减小;在同一高度下,浮射流断面流量与初始温度、初始速度和出口尺寸成正比;并分别提出了在浮射流断面高度大于和小于出口尺寸两种条件下,浮射流断面流量受温度、速度及出口尺寸综合影响的计算式,从而补充浮射流上方排风罩的设计计算依据.     

不同流量下T型微通道结构对液滴生成特性的影响

为探究不同流量下不同T型微通道对液滴生成特性的影响,建立了适用于液液两相流模拟的计算模型,并采用了VOF法进行数值求解。模拟过程中通过改变T型微通道结构、连续相毛细数、两相流动方式、分散相流量以及两相流量比对微液滴的形成机制进行分析。结果表明:随连续相毛细数增加,液滴尺寸会持续减少。两相界面周围由于速度差异会出现涡,随着速度差异增大,涡的形态也会随之改变。液滴尺寸会随着分散相流量增加先增加后减小。微通道结构以及两相流动方式的改变在高流量下对液滴尺寸近乎没有影响,但是会对能产生微液滴的两相流量比范围有较大影响。     

气相Ｆ 因子对规整填料内液膜流动的影响

采用ＣＦＤ数值模拟方法研究规整填料内液相参数改变时气相Ｆ 因子对气液两相流体动力 学的影响,建立基于流体力学软件ＦＬＵＥＮＴ并与Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和ＶＯＦ方法相结合的二维 模型,湍流结构模拟采用ＲＮＧ　Ｋ－ε 模型．对Ｍｅｌｌａｐａｋ　２５０Ｙ型金属板波纹填料在不同液相流量和 表面张力下气相Ｆ 因子对液膜流体动力学的影响进行模拟分析,并与文献实验结果对比验证．结 果表明：不同液相参数下,受气相Ｆ 因子的影响,液膜逐渐由稳定流动变为液滴;持液量随流量的 增大而增加,随表面张力的增加先增大后减小;当流量超过临界值时,有效传质面积突然增大,而有 效传质面积随表面张力的增加而持续增大;受气相Ｆ 因子和液相参数的影响,速度分布Ｖｙ 存在临 界值,当液相参数大于临界值时Ｖｙ 波动较大,液面变化较大．     

含气率对导叶式离心泵内部流动的影响

为研究含气率对导叶式离心泵输送气液两相时内部流动的影响,基于延迟分离涡DDES(Delayed Detached-Eddy Simulation)湍流模型及Mixture多相流模型对导叶式离心泵进行非定常数值模拟,得到不同含气率下,模型泵内气相分布、压力分布、流线分布以及所选监测点压力脉动情况,并将数值模拟的外特性曲线与试验进行对比分析。结果表明:气相主要在导叶靠近蜗壳出口的流道、蜗壳靠近叶轮前盖板一侧以及出口段靠近隔舌一侧聚集;导叶出口处压力从靠近隔舌处沿顺时针方向逐渐减小;蜗壳隔舌至第Ⅰ断面内及出口段靠近隔舌侧均出现了回流区;蜗壳壁面从P₁点顺时针方向沿蜗壳至出口段静压值逐渐减小;随着含气率的增大,叶轮进口处低压区面积增大,导叶内压力降低;蜗壳出口段多个面积较小的回流区转变为几个面积较大的回流区;同一监测点静压值逐渐减小,隔舌处静压值受含气率的影响最大。     

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.     

不同倾角下悬链线立管数值模拟分析

为降低混输管严重段塞流带来的危害,须对其流动特性进行分析研究。以某水平下倾管⁃悬链线立管实验系统为研究对象,建立相关的数学模型、物理模型,运用CFD软件,模拟该种管型下的严重段塞流流动现象,分析了严重段塞流流动特性以及压力、速度、含气率变化特性。通过数值模拟得到了不同倾斜角度下的流型图、压力变化曲线及周期变化规律。分析结果表明,随着下倾管倾斜角度的增大,流型图的转换边界发生变化,形成严重段塞流所需的气相折算速度增大,形成间歇流所需的气相折算速度减小;严重段塞流压力最大值随倾斜角度变化较小,其周期则随倾斜角度的增大而减小,并呈指数函数变化。     

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.     

水平管内油气水三相环状流截面含气率的研究

对水平管内油气水三相流中环状流的截面含气率进行了理论和实验研究。建立了平均截面含气率的计算模型。结果表明：影响水平管内油气水三相环状流的主要因素不仅包括气相折算速度和液相折算速度。油水混合物的含油率也起着一定的影响。     

氮液滴在气流中的破碎和碰撞模拟

为揭示喷雾冷却中雾场氮液滴的行为,基于流体体积法(VOF)建立氮液滴的碰撞模型,对氮液滴在高速气流下的不同碰撞过程进行数值模拟,研究碰撞过程中液滴形态及气隙压力的变化情况.设定相同与不同液滴尺寸的液滴碰撞,以及对心与偏心液滴碰撞等4种不同条件,分析在各种碰撞条件下,碰撞初始条件改变对于液滴形态与后续液滴大小的影响.数值计算结果表明:高速气流下液滴发生碰撞时,其破碎形态主要由气流速度决定,而碰撞参数B主要决定液滴拉伸形成韧性带的方向;液滴接触时形成的气体间隙,其压力呈现先增大后减小的趋势;与对心碰撞过程相比,偏心碰撞时气隙压力会更快释放;相同尺寸对心碰撞的后续液滴分离情况最差,这是由于韧性带沿着气流方向,导致液膜没有明显破碎,对于后续液滴蒸发不利.     

垂直上升气液两相弹状流液弹空隙度研究

目的建立垂直上升气液两相弹状流液弹空隙度模型．方法通过考虑Ｔａｙｌｏｒ气泡与尾随液弹之间的气体交换建立垂直上升气液两相弹状流液弹空隙度模型;用实验来验证和评价模型的正确性．结果模型计算结果与本文实验数据及其它相关数据进行了比较,两者符合较好,模型计算值与实验数据的误差在±２０％以内．结论推荐的模型可以准确地预测垂直上升气液两相弹状流液弹空隙度．     

Water distribution and removal along the flow channel in proton exchange membrane fuel cells

Distribution expressions of total gas pressure and partial water vapor pressure along the channel direction were established based on lumped model by analyzing pressure loss in the channel and gas diffusion in the layer. The mechanism of droplet formation in the flow channel was also analyzed. Effects of the relative humidity, working temperature and stoichiometry on liquid water formation were discussed in detail. Moreover, the force equilibrium equation of the droplet in the flow channel was deduced, and the critical flow velocity for the water droplet removal was also addressed. The experimental results show that the threshold position of the liquid droplet is far from the inlet with the increase of temperature, and it decreases with the increase of the inlet total pressure. The critical flow velocity decreases with the increase of the radius and the working pressure.     

T型微通道内液滴形成过程及长度的实验研究

利用高速摄像机研究截面为400×400 μm的正T型微通道内液-液两相流动特性,离散相（硅油）和连续相（质量分数为0.5%的十二烷基硫酸钠SDS蒸馏水）的体积流量范围分别为1~5、2~110 mL/h. 结果表明,两相流型主要为弹状流和滴状流,前者的形成机理为挤压机理,后者为剪切机理. 液滴的长度随离散相体积流量和离散相与连续相体积流量之比的增大而增大,随连续相的体积流量和毛细数的增大而降低. 液柱长度的变化规律与液滴长度相反. 液滴生成时间随离散相与连续相的体积流量的增大而逐渐降低,剪切机理生成液滴所需时间小于挤压机理. 依据实验结果,采用离散相与连续相体积流量比和连续相的毛细数,总结出无量纲液滴、液柱长度及液滴生成时间的预测关联式.     

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.     

一种改进的水平管气液两相流截面含气率预测模型

考虑了环状流液膜中含有气泡, 气芯中夹带液滴的情况, 根据S m i t h的环状流液膜动能与中间气芯动 能相等的假设, 提出了一个改进的截面含气率预测模型。实验结果表明, 对于水平管空气 - 水两相流, 在质量含气率 为0. 0 4 85~0. 7 9 60, S m i t h模型对于分层流误差为2 9. 2%, 环状流误差为1 8. 6%, 而改进模型对于分层流预测误差 1 0. 8 9%, 环状流误差为1 3. 3%, 大大提高了S m i t h模型的预测精度。     

半干法压力旋流式喷嘴雾化性能数值模拟

对压力旋流式脱硫雾化喷嘴雾化特性进行了数值模拟研究,分析了各因素对雾化液滴粒径的影响,得到了喷嘴下游流场内液滴粒径和速度空间分布.计算结果表明:雾化液滴粒径与雾化压力和喷嘴直径成正比,与雾化介质黏度和表面张力成反比;液滴速度沿轴向方向急剧衰减,在距喷嘴200mm处几乎不发生变化,而在径向方向上呈中心低,边缘高的分布;在破碎和聚合的作用下,液滴粒径沿轴向方向呈先减小、后增加的趋势,大颗粒主要集中在雾炬外围.试验结果与计算值基本吻合.     

暂态过程中分层流到塞状流转捩的研究

本文从非恒定、可压缩分层流基本方程出发,应用线性稳定理论,导出了非恒定、可压缩的分层流向塞状流转捩的判别公式。     

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。