聚驱后凝胶颗粒调剖数值模拟

以渗滤理论为基础,考虑凝胶颗粒调剖的膨胀特性、“变形虫”特性以及与残留聚合物的协同作用特性,建立了凝胶颗粒运移的数学模型;将渗流模型与凝胶颗粒运移模型、储层参数动态变化模型进行耦合,建立了聚驱后凝胶颗粒调剖的单井流固耦合数值模拟模型,采用迭代耦合方式对该模型进行了求解,并对所建模型进行了参数敏感性分析．     

旋风分离器内颗粒轨迹的数值模拟

采用数值模拟的方法研究旋风分离器内的颗粒运动:对单相流场采用湍流各向异性的雷诺应力模型,对气、固两相流场采用相间耦合的随机轨道模型;通过描述颗粒的运动轨迹,揭示了颗粒在旋风分离器中运动的物理机制.结果表明:颗粒的运动轨迹比较复杂,且带有很大的随机性;尤其是小粒径颗粒,受气流湍动影响显著,即使是粒径、入射位置相同,其运动轨迹也各不相同,最终的位置也不同;小粒径颗粒更容易受二次涡流影响,从而降低分离器的效率;另外,还模拟出了上灰环、排气管短路流及排尘口返混等影响分离效率的几种现象,为进一步研究旋风分离器的分离机理理论及实验研究打下基础.     

锥形节流器内冲刷磨损的数值模拟

在注汽管道内固体颗粒对锥形节流元件的冲刷磨损是造成失效的重要因素。采用计算流体力学有限体积法对其进行数值模拟,研究了冲刷磨损量和切应力与注气量、颗粒直径、颗粒质量浓度的关系。结果表明,随着颗粒直径增大,管壁磨损相对集中于高速区,锥体磨损量增大;流量增大时,磨损量和切应力均增加;颗粒的质量浓度增加,磨损量增大。此研究可为节流元件的抗磨腐蚀研究和油田节流元件的失效预测提供理论指导。     

单沉浸管流化床内离散颗粒数值模拟

基于FLUENT软件信息传递模式的多点接口(MPI)并行计算平台,在二次开发框架内通过用户自定义函数(UDFs)文件发展计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)耦合并行算法.该算法具有随计算节点数增加的良好扩展性能和加速性能.采用该算法数值模拟了单沉浸管流化床内的颗粒混合过程,揭示了气固两相的运动特性和颗粒混合机制,考察了沉浸管的磨损特性.结果表明:沉浸管引起床内气泡的聚并和破碎,气泡主要绕沉浸管而非沿两侧壁向上移动,随着表观气速的增加,气相流场沿径向的分布更加均匀;颗粒宏观流动结构与分布呈现出明显的径向非均匀特性;沉浸管的存在和表观气速的增加均有助于颗粒混合,使颗粒达到完全混合的时间减少;颗粒撞击管壁的频次和冲刷速度是造成沉浸管磨损的主要原因.     

柴油机颗粒捕集器内颗粒层不均匀分布的数值研究

针对壁流式柴油机颗粒捕集器捕集颗粒物的工作过程,建立了描述通道内流场和颗粒层分布的一维非稳态模型.通过数值计算,研究了壁面渗透系数不均匀对颗粒层分布和过滤压强的影响.研究结果表明:壁面渗透系数不均匀造成颗粒沉积高度的不均匀,渗透系数大的位置颗粒层沉积高度大.在相同的不均匀偏差条件下,平均壁面渗透系数越低,颗粒层高度的不...     

基于DPM 的旋风分离器内颗粒轨迹数值模拟

采用数值模拟的方法研究旋风分离器内固相颗粒的运动轨迹,固相流场采用离散相模型(DPM)。通 过分析不同粒径及入口速度对旋风分离器内固相颗粒运动轨迹的影响,探索了颗粒在旋风分离器中运动的物理机 理。结果表明,颗粒在旋风分离器中运动轨迹比较复杂,同时受到入口速度和粒子半径的影响。相同粒径颗粒在不 同入口速度下运动轨迹不同,且小粒径颗粒较容易受到入口速度的影响。模拟结果可为工程实际应用提供一定的 理论指导。     

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.     

太阳能热化学反应器内流动和反应的数值模拟

太阳能热化学反应器可利用二氧化铈的催化作用,分解水和二氧化碳,是一种将太阳能转化为燃料中的新途径.设计该类型反应器的难点是如何准确把握质量、热量传递和非计量化学反应的复杂耦合关系,文中以Bader设计的太阳能高温反应器为基础,选用合理的数学模型和化学反应动力学模型,模拟得出还原阶段和氧化阶段反应器内氧空位浓度、反应产物...     

天然气增输器数值模拟

根据自激振荡脉冲射流理论与壁面振动减阻理论,对变径管及天然气增输器管道内天然气流动情况进行了数值模拟及分析。结果表明,天然气流经增输器时,在碰撞壁处压力波动较大,存在径向环流,引起壁面的径向振动;与普通变径管相比,增输器出口处的压强与入口相比有明显的降低,湍动能变化较大。在相同工况条件下,经增输器后压力降低,管道输气量显著增加。     

透平流道内颗粒运动轨迹的数值模拟及冲蚀分析

应用透平机械流道内固体颗粒三维运动轨迹迹的数值分析方法,对江苏州贾汪增压流化床联合循环中试电电燃气轮机叶片流道内煤飞灰颗粒运动轨迹进行数值计算,给出了计算结果的数据图象资料,就叶片流道内的冲蚀问题进行了分析讨论。     

选煤流化床内气固流动和颗粒分层的数值模拟

针对选煤流化床内跨尺度的复杂气固流动逐步开展数值模拟研究.首先采用欧拉-欧拉方法对基础相气固流动过程进行数值模化,对比研究了一系列子模型的适用性,进一步验证了不同平台和方法所得到的模拟结果,评价了这些方法的特征和对实际选煤过程模拟的可能性.结果显示:模拟误差均在5%以下,但是模拟的流动过程与实际差距较大.以此为基础,本文最终提出了一种新的TFM-DEM混合模型,成功实现了整体分选过程的数值模拟.模型准确预测了实验的重要趋势及结果,并从微观上解释了颗粒分选机理:静压梯度力占浮升作用的80%以上,是主要作用力;被选颗粒气相直接曳力占主要作用力的0.5%以下.轻重介质静压梯度力与重力差异的不同推动了颗粒的分离.     

离心泵内大颗粒下运动特性数值模拟与磨损分析

为揭示离心泵在输送固液两相流时颗粒密度和粒径对泵性能和磨损的影响,采用Realizable k-ε湍流模型（液相）和DPM离散相模型,对模型泵内固液两相流动进行定常数值模拟,研究固液两相流场中颗粒的运动轨迹以及磨损规律。结果表明：随着颗粒密度和粒径的增大,模型泵的扬程和效率均下降;密度、粒径越大的颗粒,其运动轨迹越易偏向叶片工作面;随着颗粒密度的增加,叶片工作面以及蜗壳内的磨损程度加剧,但是叶片背面的磨损减轻,颗粒相应地在叶片工作面和蜗壳外壁边缘聚集;随着颗粒粒径的增大,蜗壳整体磨损程度加重,其中蜗壳的隔舌区域、Ⅱ区域和Ⅵ区域磨损程度最严重;叶片整体磨损程度逐渐降低,且叶片工作面磨损程度大于叶片背面。

     

W火焰锅炉炉内三维流场和颗粒运动轨迹的数值模拟

W火焰锅炉具有独特的炉膛和烟气流动结构,适用于低挥发份劣质煤发电,炉膛配风和煤粉颗粒对W火焰锅炉形成良好的炉内燃烧和保证安全高效洁净燃烧影响显著.针对300 MW W火焰锅炉,采用RNGk~ε和DPM模型数值研究了不同工况下W火焰锅炉炉内三维流场和煤粉颗粒运动轨迹,分析了炉膛配风和煤粉粒径对流场特性的影响.研究表明:配风对流场对称性影响很大,不合理的配风可导致火焰"短路"和气流冲刷冷灰斗.炉膛折焰角结构决定了对称的配风形成非对称流场,但增加前墙配风速度可有效平衡折焰角效应.当前后墙配风比为1.05时流场对称性最佳.下炉膛冷灰斗区双旋涡流动结构可增强煤粉气流热质交换,增加煤粉停留时间,有利于煤粉燃尽.随粒径增大,煤粉深入下炉膛平均深度越大,煤粉在燃烧炉膛内停留时间先增大后减小,存在最佳煤粉粒径.研究结果对大容量W火焰锅炉设计和燃烧调整有意义.     

气垫防磨叶栅内固体颗粒运动特性的数值模拟

以气垫叶栅作为研究对象,从含尘风机气-固两相流动的规律出发,采用SJMPLE算法,结合标准k-ε紊流模型、壁面函数法,利用适体坐标系下的通用控制方程,编制相应的计算程序。在不同的主流与射流速度比、不同的缝隙数和缝隙宽度等条件下,计算了固体颗粒在气垫作用下的运动情况。计算结果表明,气垫阻碍了粒子与壁面的撞击几率,在理论上论证了气垫防磨的可行性。     

砂土注浆颗粒流数值模拟研究

基于流固耦合原理的PFC2D颗粒流数值模拟程序,运用其内置FISHTANK函数库和FISH语言,分别定义流体域的流动方程和压力方程,对灌浆过程中浆液在地层中的扩散过程和形态进行了数值模拟计算。通过调节PFC命令流中的注浆压力p、时步step、水力传导系数perm等参数,对浆液的注浆过程进行了模拟计算。结果表明,灌浆过程中浆液与地基土的作用形式与灌浆压力大小密切相关,过高的注浆压力会对地层结构造成一定的破坏。对钻孔周围土体的应力状态进行了理论推导和分析,理论推导结果与数值模拟结果相符。劈裂灌浆作用发生时,孔隙率和应变率均增加。浆液的渗透性能对高压劈裂灌浆的作用效果不明显。     

油水分离碟式分离机内油滴破碎与聚并过程的数值分析

现有油水分离用碟式分离机相关研究均忽略了液滴的聚并与破碎行为,以及其对内部流场和分离性能的影响规律,致使碟式分离机理论难以深化,严重制约着碟式分离机的发展及应用.为此,采用CFD-PBM耦合模型研究油滴在碟式分离机内的聚并、破碎行为以及该行为对分离性能的影响.结果表明入口油滴的粒径主要为8～40μm,而预分离区和轻相出...     

直吸式太阳能热化学反应器内工质流动特性的数值模拟

采用CFD软件,选用离散相追踪模型对直吸式太阳能热化学反应器内悬浮粒子系的运动轨迹进行三维数值模拟,从而得到反应器内离散颗粒相的运动轨迹.对比不同进口速度下反应器内的粒子轨迹可知,反应器存在一个最佳进口速度,使悬浮粒子系在反应器内达到较好的悬浮流动状态.通过分析模拟结果,在采用粒径为0.5μm,密度为550 g/m3的炭黑颗粒的情况下,理论研究所采用的反应器的最佳进口速度为2 m/s.     

水力喷砂射流器切割效果数值模拟

为了有效地保持油田的稳产增产,科学工作者提出了用于切割、破岩和清洗的水力喷砂射流技术。它能增加弹道的穿透深度,减少压实伤害,改善压裂效果。因为对水力喷砂射流机理、影响因素研究的不够深入及成本高等因素,在很长一段时间内水力喷砂射流技术未能得到广泛应用。迅速发展的计算机技术与日益成熟的计算流体力学,为水力喷砂器的数值研究提供了可靠途径。采用计算流体力学的方法,利用仿真软件,对不同磨料密度﹑粒径和喷射速度下的喷砂器工作情况进行了数值研究。切割口处的压力随颗粒直径和射流速度的增加而增加,随粒径的增加而减少。这一研究结果,可为水力喷砂射流器优化方案的研究提供理论基础。     

数字显微全息中颗粒重建数值模拟

采用数值模拟方法研究了颗粒空间位置及间距对显微全息测量结果(颗粒位置和粒径)的影响,分别考察了颗粒在平行和垂直光轴方向上,电荷耦合元件(CCD)平面内不同间距和不同粒径情况下的颗粒重建结果,讨论了灰度阈值对颗粒识别的影响,并结合实验对实际拍摄得到的颗粒全息图进行重建分析.结果表明:在垂直光轴方向上,当记录距离分别为5、50、100μm时,可以识别出粒径均为1μm的双颗粒的最小间距分别对应为1、2、2μm;在平行光轴方向上,记录距离分别为5、50、100μm时,可以识别出粒径均为1μm的双颗粒的最小间距分别对应为2、8、16μm;在重建过程中,灰度阈值应设定为不小于0.5.     

颗粒复合材料微裂纹增韧的数值模拟

将弹性复合材料体中主裂纹尖端划分为3个不同的区域,导出了各个区域的本构模型及饱和区域的范围。在最大饱和区域内,应用Monte-Carlo技术产生均匀分布的微裂纹来表示损伤的各向同性,并采用轮流迭代数值技术来评估主裂纹和微裂纹相互作用。在稀疏微裂纹的假设前提下,忽略微裂纹间的相互作用,主裂纹与每一个微裂纹相互作用的应力强度因子可以叠加。分析了两种荷载源,一个是在无限远荷载作用下主裂纹和微裂纹的相互作用,另一个是伴随着微裂纹面上残余应力的释放主裂纹和微裂纹的相互作用。结果表明,两种荷载源都对主裂纹有屏蔽作用,且主裂尖后的微裂纹有最大的屏蔽作用,主裂尖前的微裂纹没有屏蔽作用。