离心叶轮内宾汉流体的密相两相湍流数值模拟

阐述了宾汉流体控制方程的特点,首先对单相的宾汉流体与密相液固两相流进行了计算,计算结果与实验数据吻合较好。其次对离心叶轮内的含颗粒的宾汉流体的两相流动进行了计算,从进口到出口,宾汉流体的速度是减小的,压力随半径增大逐渐升高,而且压力面上的压力大于吸力面上的压力。吸力面上的颗粒拟温度小于压力面上的颗粒拟温度,而且靠近壁面处的大于叶道中的。从减轻叶片磨损角度来讲,双圆弧型线比单圆弧的好,叶片出口角小的比出口角大的好。最后比较了液固两相流与含颗粒的宾汉流体的两相流的流动,颗粒拟温度有较大差别。     

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。     

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。     

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。     

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。     

水轮机转轮内部的三维固液两相紊流计算

利用K-ε-AP两相紊流模型和SIMPLEC法计算水轮机转轮内部的三维固液两相紊流.计算结果给出了水轮机转轮内部的三维固液两相流动的主要流动参数，例如，连续相(液相)和离散相(固相)速度，两相速度滑差，固液两相流动下的压力分布等。     

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。     

离心泵叶轮输送固相颗粒的数值模拟研究

为了研究不同固相体积浓度条件下固液两相流离心泵内流场的流动规律.应用Fluent软件对离心泵叶片流道进行流场模拟,在多重参考系坐标下,采用有限体积法对雷诺时均N-S方程进行离散,选用标准的κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法进行求解,分别得出在不同固相体积浓度时叶片流道内固相浓度、速度和压力分布规律,对其进行分析和比较.模拟结果表明:在叶片的非工作面和入口处浓度差较大,造成流动效果降低;叶轮内部速度随着固相浓度的变化基本保持不变;叶片进出口总压差随着固相体积浓度的增加而增大.所得结论对于指导实际应用和为两相流离心泵的优化设计提供参考.     

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—液两相流中的一种湍流模式

定义了体积分数速度，并由此建立了固－液两相流中的一种湍流模式，模化了动量方程，Ｋ方程及ε方程，本模型中，考虑了相间的速度滑移，颗粒间的作用及相间作用，对一管湍流中固－液混合物流动的预测表示与实验结果比较一致。     

旋流流动中的颗粒相非线性双尺度k_p-ε_p湍流模型

基于多尺度湍流的概念,建立了颗粒相的非线性双尺度k_p-ε_p湍流模型.利用该模型对旋流突扩室内的两相流动进行了数值模拟,并且将两相平均速度及脉动速度的模拟结果和实验数据以及颗粒相的单尺度k_p-ε_p两相湍流模型的结果做了对照.结果表明:对两相切向速度,两种模型具有相接近的模拟能力;但是对脉动速度及轴向速度,本模型的预报结果比单尺度两相模型所获得的结果有较大改进.     

A SECOND-ORDER MOMENT TURBULENCE MODEL FOR POWER LAW FLUID WITH PARTICLES

The USM-θ model of power law fluid for dense two-phase turbulent flow was developed, which combines the unified second-order moment model for two-phase turbulence with the particle kinetic theory for the inter-particle collision. This model was used to simulate the turbulent flow of power law fluid single-phase in pipe. It is shown that the USM ? θ model has better prediction result than the k f ? ε f?kp?εp?θ model. The USM ? θ model was then used to simulate the dense two-phase turbulent up flow of power law fluid with particles. With the increase of the flow exponent, the velocities of power law fluid and particles increase near the pipe centre. Comparison between the two-phase flow of power law fluid-particle and of liquid-particle indicates that the axial fluctuation velocity of fluid phase and particle phase in liquid-particle two-phase flow is smaller than that in the power law fluid two-phase flow, but the two-phase velocities of power law fluid-particle and liquid-particle are close to each other.     

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。     

不同上限粒径泥石流浆体的流变参数变化规律

根据云南东川蒋家沟黏性泥石流原样颗分资料,利用泥石流堆积物配置4个黏性泥石流原样对应的上限粒径分别为0.25、1、2、5和10 mm的浆体,通过球系统开展流变试验,利用Herschel-Bulkley模型拟合流变曲线,研究较粗的颗粒加入细颗粒浆体后流变参数的变化规律。结果表明各样品均表现为剪切稀化流体,粗颗粒加入细颗粒浆体后浆体屈服应力增加,剪切稀化程度减弱;同样颗粒级配下,浆体的屈服应力随固体体积浓度指数增加。由于流动性指数的变化,粗颗粒加入后浆体稠度指数的变化没有明显规律,但是表观黏度增加,增幅略小于屈服应力的增幅。粗颗粒浆体与细颗粒浆体的相对黏度和相对屈服应力之间存在显著的线性关系,可根据该关系式对泥石流原样的表观黏度进行估算。     

煤浆管道输送颗粒级配降级研究

针对目前管道输煤颗粒级配降级影响因素及煤颗粒降级对输送参数的影响规律方面的研究不足,采用试验方法研究了煤颗粒管道输送时浆体流速、颗粒大小、泵送时间对颗粒级配降低的影响,同时还通过试验以及理论分析相结合的方法,研究了煤浆级配降低后对浆体黏性、管道输送阻力和临界淤积流速等输送参数的影响。研究指出浆体流动速度越大,泵送时间越长,颗粒粒径越大,颗粒的降级率越大。试验观测和理论分析结果表明,浆体级配降级导致浆体黏度升高,阻力降低,不淤流速相应减小,且黏度和阻力值可用费祥俊黏度和阻力模型进行准确预测。在此基础上,结合有关研究,推导了临界淤积流速的计算模型。     

超稠原油的流变学特性及流动特征研究

该文针对三种不同类型的超稠原油的触变性、屈服应力和黏弹性等开展了研究工作。实验首先采用Haake RS6000旋转流变仪进行了流变学测试,结果表明随温度的上升,超稠原油的黏度、触变性和屈服应力均呈现出指数衰减的趋势;超稠原油表现出明显的黏弹性性质,且随频率的增大,样品从黏性主导转变成弹性主导。室内管道流动实验中,分别考虑温度、流速等因素研究了原油管道输运时的启动应力和流动规律,并将管流的测试结果与流变仪测量数据进行了对比分析,采用流变仪得到的在低剪切速率区间的流变学参数可以很好地应用于高剪切速率区的管道流动中。     

水沙动力学适用牛顿流体的基本方程

通过改进蔡树棠两相流基本方程的相间阻力项,建立能够进行二维解析研究的水沙动力学基本方程.该研究给出沙相压力和沙相粘性切应力的学科定义,以及它们的本构关系.对于牛顿流体,当输沙稳定时,挟沙水流的能坡与清水并无差别.沙相压力的二阶导数不为零是泥沙扩散条件,也是凹岸冲、凸岸淤自然现象的力学本质.蔡树棠方程隐含着流体的粘性切应力按运动组成可以分解或叠加的物理性质.正是这个结构性特点,给了解答浑水粘性这个古老的力学难题的方法,使我们能够完整地推导出牛顿流体沙相运动学粘滞系数vs公式;推导并证明了浑水综合粘滞系数μm=εv+ svνs,而不是习惯使用的μm=v+svvs.探讨了影响vs值的一些复杂因素,如颗粒表面束缚水的影响.本文研究能够证明:对分散相应用连续介质原理不仅可行,且是遵从压力传递规律惟一的正确方法.而揭示粘性切应力的结构性,在多相流和流变学领域具有深远的意义.     

泥石流流变特性的试验研究

为了研究泥石流体的流变特性，专门研制了一台环形锥板式流变仪，其特点是能保证切变率场分布均匀.用四种颗粒材料和不同粘度的液相试料配制成不同特性的试样进行了一系列试验，成功地测得了试样受剪时的切应力和法应力变化.试验表明，两相体内颗粒间的作用不只是惯性碰撞，还有接触支承、摩擦滑动等作用.颗粒切应力与法应力之比基本为常数，其值只随颗粒外表特征而异.随着浓度增大，应力曲线的屈服值益超显著.外形不规则颗粒的试样在低切变率区具有一个与高切变率区不同变化规律的初始段，出现应力随切变率减小而增大的逆向变化和更大的屈服值.这些现象对于研究泥石流运动机理有重要意义。     

考虑含气量变化的浆体水击基本方程

压力波的传播速度是影响液-固两相流浆体水击压强的主要因素，而波速与管道的材料和流体的成分密切相关。本文分析了含气量对浆体水击的影响，提出了考虑含气量的浆体水击波速公式，在此基础上推导了考虑含气量变化的液-固两相流浆体水击的基本方程。