三维志k-ε-Ap模型在固液两相流时均运动特性研究中的应用

固液两相流运动特性是水动力学中的一个研究热点。本文建立的三维k-ε-Ap两相湍流模型首先研究了模型中颗粒相的两个控制参数对数值结果的影响，然后讨论了不同的颗粒平均粒径、水流流速与颗粒材料密度等三种情况下固液两相流的时均运动特性。数值计算结果和试验实测结果吻合良好。     

方管内固液两相流时均运动特性的数值研究

应用三维κ-ε-Ap两相湍流模型对垂直和水平方管内挟沙水流的固液两相时均运动特性和颗粒浓度分布规律进行数值研究,讨论了颗粒平均粒径和水流流速对固液两相流时均运动特性和颗粒浓度分布规律的影响。数值计算结果和试验实测结果吻合良好,准确得到了方管内固液两相流的时均运动特性。     

水平方管内固液两相流运动特性数值模拟

将周力行建立的k-ε-kp两相湍流模型引入固液两相流的研究中，对水平方管内挟沙 水流固液两相的时均特性、脉动特性以及颗粒密度分布进行了数值模拟。将计算结果与k-ε-Ap模型、动理论计算结果以及物理模型试验观测结果进行了比较，发现k-ε-k p模型数值计算和物理模型试验观测结果的一致性较好；和kεAp模型相比，由于考虑了颗粒相的湍动特性在固液两相流中的作用，k-ε-k-p两相湍流模型可以得到颗粒的脉动速度分布；和动理论相比，k-ε-kp模型无法准确地预测固相的垂向脉动速度，需要引入各向异性的两相流模型。     

水涡轮机械中的湍流固—液两相流动及磨损研究

导出了固体颗粒在任意流场中运动的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方程对此方程进行线性化，并求出了其颗粒运动方程的解析通解。使用颗粒运动方程数值求解和分析稀疏颗粒湍流场中固体颗粒的运动。建立了湍流固－液两相液的Ｋ－ε双方湍流模型，体积分数流模型，Ｅｕｎｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ混合湍流模型以及颗粒磨损模型，利用这些模型对一些水涡轮机械过流通道内的流动及固壁磨损进行了模拟，其预测结果与实验结果较为一致。     

固液两相流中固体颗粒的垂直分选模型

在单个固相颗粒运动方程的基础上，进一步考虑了多颗粒条件下的颗粒之间的相互作用，并通过对液体流动特性的简化考虑，建立了固体颗粒在水流中运动的垂直分选模型。本文提出的颗粒分选模型建立在细致分析两相流运动过程中颗粒受力特点的基础上，有助于对两相流运动和沉积的各个子过程进行深入的了解，可以模拟各种颗粒在固液两相流中的运动过程和最终状态，经过统计平均得出固相颗粒的运动和分选规律。     

固液两相湍流和颗粒磨损的数值模拟

基于两流体模型，建立了固液两相流中更一般的Ｋ－ε双方程湍流模型，模化了固相和液相的连续方程，动量方程及Ｋ方程和ε方程，在这些模化方程中，考虑了固液两相间的滑移，颗粒间的作用及相间作用，使用本文所建立的流模型和粒磨损模型，可 液两相湍流中的流动特性和颗粒对过流部件的磨损率，本文给出了一水轮机导叶在含沙水流中的过流特性及磨损情况的数值模拟，预测结果与实验结果比较一致。     

固液两相流体中刚性平面边壁附近的空泡溃灭计算

本文中利用数值方法分析了固液两相流体中刚性平面边壁附近的空泡溃灭问题,讨论了固相浓度、颗粒尺寸等因素对空泡溃灭的影响以及空泡溃灭过程中的颗粒运动,并用高速摄影实测结果进行了验证。     

水涡轮机械中的湍流固－液两相流动及磨损研究

导出了固体颗粒在任意流场中运动的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方程，对此方程进行线性化，并求出了其颗粒运动方程的解析通解。使用颗粒运动方程数值求解和分析了稀疏颗粒湍流场中固体颗粒的运动。建立了湍流固－液两相流的Ｋ－ε双方程湍流模型、体积分数湍流模型、Ｅｕｎｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｓｉａｎ混合湍流模型以及颗粒磨损模型，利用这些模型对一些水涡轮机械过流通道内的流动及固壁磨损进行了数值模拟，其预测结果与实验结果较为一致     

水沙两相浑水模型的紊流封闭及初步验证

一些学者采用两相浑水模型模拟挟沙水流运动,但其紊流封闭仍借用经验公式、单相紊流模型或双流体紊流模型,未形成两相浑水理论框架下的紊流模式。本文基于双流体紊流模型推导出固液两相浑水紊动能和紊动耗散的偏微分方程,给出固相偏移紊动能的渐近解,以表示固相紊动能与固液两相浑水紊动能的相对差,继而推导出固相紊动耗散的代数表达式,完成对固液两相浑水模型的紊流封闭。固液两相浑水紊流模型能够考虑相间作用和颗粒碰撞等物理机制,保留了双流体紊流模型能够分别计算固、液相各自紊动信息的特点,又将偏微分方程数量减少一半。采用河流动力学绝对含沙量分布的计算方法,并引入各向紊动强度分配系数进行修正后,利用实验资料对两相浑水紊流模型进行验证,计算结果同实测值符合较好,结果表明本文模型能反映出随着泥沙浓度增加,挟沙水流紊动抑制加剧的现象。     

虹吸式轴流泵装置固液两相流数值模拟

为研究轴流泵输送含沙水流时的工作性能,基于Euler多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,对轴流泵装置内固液两相流动进行数值模拟。重点分析了0.8、1.0和1.2倍设计流量条件下轴流泵装置在含沙工况和清水工况的能量性能和流态差别。同时,进一步探究了不同固相颗粒直径和浓度对装置内部固液两相流动的影响规律。结果表明:同一流量条件下,含沙工况下的泵装置效率和扬程都比清水工况低,且导叶体和出水流道流态较清水工况差;随着固相颗粒直径的增加,叶轮叶片壁面处颗粒体积分数逐渐增大,且颗粒体积分布均匀性越差,固相颗粒主要集中于叶片压力面进口处及吸力面靠近轮缘处;而随着颗粒浓度的增大,叶片表面及导叶表面固相颗粒分布的均匀度变差,固相颗粒主要分布于靠近叶片压力面进口处、吸力面靠近轮缘处,导叶处流态变差。研究结果可为轴流泵装置的优化设计提供一定参考。     

贯流式水轮机活动导叶内部三维固液两相紊流研究

针对贯流式水轮机活动导叶内部固液两相亲流的三维数值模拟问题，基于N－S方程和两相紊流的。。一个模型，采用贴体坐标和交错网格系统，用SIMPLEC算法对水轮机活动导叶内部的固液两相亲流进行数值模拟，提出设计工况时活动导叶内部的两相紊流特性．得出了导叶内部流场和压力场的分布．将计算结果用Tecplot7进行处理，用图形表示其内部的流动状态和压力分布．     

单一粒径均匀悬浮固—液两相流中球泡的动力学方程

本文以Ｅｌｇｈｏｂａｓｈｉ和Ａｂｏｕ－Ａｒａｂ提出的固－液两相流动方程作为描述液体相运动的控制方法，以拉格朗日形式下的球形颗粒在液流中的运动方程作为描述固体颗粒相运动的基本方程，建立了固液两流中的泡动力方程及在球泡溃灭时间τ和固体颗粒动力响应弛豫时间τ分别为τｃ〉〉τｒｅｌ和τｃ〈〈τｒｅｌ两种极端情况下的简化方程。     

悬浮颗粒在明渠剪切紊流中扩散系数计算公式研究

本文利用各向同性均匀紊流理论推导了明渠剪切紊流中心区固-液两相速度差的计算公式, 结果表明固液两相速度差依赖于颗粒密度、尺寸以及流体的平均速度和水力半径. 进而研究了悬浮颗粒在紊流中的扩散系数, 给出了紊流中的悬浮颗粒扩散系数的计算公式. 该公式充分考虑了悬浮颗粒粒径、密度等颗粒特征参数以及流体粘性系数、平均流速和水力半径等水流参数对悬浮颗粒在紊中的影响, 能够比较全面地描述悬浮颗粒在紊流中的扩散情况. 为了验证固-液两相流速度差计算公式, 作者进行了水槽实验, 实验结果与计算结果吻合良好.     

水轮机转轮固液两相三维紊流计算及磨损预估

本文在两流体模型的基础上，使用贴体坐标的有限体积法，利用有科氏力修正的κ-ε-Ap两相流紊流模型建立了水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流计算模型。模型中求解了考虑压力对固粒相影响的时均Reynolds动量方程，并利用泥沙相的速度和浓度分布，数值计算了转轮的泥沙磨损。为了验证模型的可行性，用该模型计算了刘家峡HL001-25模型水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流流动，数值预估了转轮的泥沙磨损并与磨损试验结果进行了比较。     

气—固两相流边界层双向耦合模型及其应用

本文提出了一种稀相的气－固两相流边界层的双向耦合模型，在对固壁附近的粒子源项作子特殊处理后，利用此模型研究了流经平面叶栅的气－固两相流中的固体粒子越边界层时受到的影响以及粒子存在对边界层内气体流动的反影响。其中粒子运动特的计算结果与试验进行了对比分析。     

单一粒径均匀悬浮固－液两相流中球泡的动力学方程

本文以Ｅｌｇｈｏｂａｓｈｉ和Ａｂｏｕ－Ａｒａｂ提出的固－液两相流动方程作为描述液体相运动的控制方程，以拉格朗日形式下的球形颗粒在液流中的运动方程作为描述固体颗粒相运动的基本方程，建立了固－液两相流中的泡动力方程及在球泡溃灭时间τｃ＊和固体颗粒动力响应驰豫时间τｒｅｌ＊分别为τｃ＊＞＞τｒｃｌ＊和τｃ＊＜＜τｒｅｌ＊两种极端情况下的简化方程。     

两种叶型离心泵内固液两相流场的对比

为了研究分流短叶片离心泵内固液两相流场的运动规律,应用Fluent软件分别对分流短叶片离心泵和原型离心泵进行固液两相流场的数值模拟,在多重参考系坐标下,采用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行离散,选用标准的k-ε湍流模型和SIMPLEC算法进行求解,得到两种不同叶型离心泵内固相浓度、速度等参数的分布和变化规律,并对其结果进行比较和分析。模拟结果表明:在输送相同初始固相体积浓度时,分流短叶片离心泵内固相浓度分布均匀性明显高于原型离心泵;对于分流短叶片离心泵,流道内固相颗粒浓度分布均匀性随着初始固相体积浓度的增大而减小;分流叶片离心泵内速度等值线基本与叶型平行,减小了流动损失。采用分流短叶片,对于改善离心泵内流动状态,减小流场脉动,降低冲击损失和叶片磨损具有重要意义。所得结论对于指导实际应用以及为分流短叶片固液两相流离心泵的设计提供参考依据。     

高浓度恒定固液两相流运动机理探析：Ⅱ.应用

低浓度和高浓度固液两相流运动可以通过微观动理论加以描述[1].本文在文献[1]的基础上，探讨固液两相流在低浓度和高浓度情形下的应用方法，以颗粒浓度垂线分布为例进行分析，获得了满意的结果，也揭示了高浓度固液两相流的一些特点.     

非均匀流场中变速运动颗粒所受Basset力的性质及其数值计算

本文对固液两相流动研究中颗粒所受Ｂａｓｓｅｔ力的性质不明确性进行了深入探讨．首先导出了Ｂａｓｓｅｔ力的表达式．然后应用典型基函数试验法对其性质进行了解析，最后研究了Ｂａｓｓｅｔ力的数值计算方法，并应用于计算颗粒在二维垂直平面射流驻点附近区域的运动．     

密相液固两相流动的数值研究

本文推导了适用于考虑浓度变化影响的密相液固两相流动数值计算的ＤＩＰＳＡＲ算法，对竖直上升管中密相液固两相流动进行了数值计算，计算值与实测值较为符合。