圆形弯管气液两相流数值模拟

采用双流体模型建立了基于贴体坐标和有限体积法的气液两相湍流全三维计算模型,模拟了180度圆形弯管内气液两相流动。模型中连续相(水)采用了考虑分散相(气泡)分布影响的κ-ε两方程的湍流模型;分散相采用代数湍流模型。模型将分散相按气泡分组,可以考虑不同尺寸气泡对流动的影响,提高了计算精度。在两种来流条件下,对180度圆弯管内部三维两相湍流进行了模拟,计算中将气泡按大小分为两组,通过数值模拟获得了弯管内部三维两相湍流的压力、速度和气泡体积率分布等数据。气泡体积率分布的计算结果与实测结果吻合良好。     

曝气池内气液混合液两相流力学特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉多相流模型和标准k-ε湍流模型对曝气池内气液两相流力学特性进行数值模拟研究。速度与压力的耦合求解采用了Phase-Coupled-SIMPLE算法。对中心截面(y=0.025 m)在(z=0.71 m)测线上垂向速度的模拟值与实验值进行比较分析,结果吻合较好。结果表明:当表观气速较小时,进口气速对曝气池上方混合液的垂向速度影响较小;当表观气速较大时,整个曝气池中心截面(y=0.025 m)呈现中心垂向速度大,靠近两侧边壁的垂向速度小,且为负值的规律。并且发现气泡在上升的过程中由于附壁效应容易产生摆动,表观气速越大,附壁效应越明显。通过对曝气池内不同气体速度下池内力学特性的分析研究,以期对曝气池的设计运行提供参考。     

气-液两相泡状流K—ε紊流模型

本文详细讨论了一个用来模化气-液两相泡状流的K—ε紊流模型推广形式。该模型将两相流中的紊流扰动分解成剪切力诱导和气泡诱导两个部分,并假设两者是可以线性叠加的。由此引出了两个时间常数模型,该模型与均匀两相紊流数据和管流数据符合很好。模型中各系数仍使用单相K—ε模型的形式,只新引入了气泡虚拟容积系数这一参数。运用该模型不但可令人满意地计算紊流各量的变化趋势,而且可预报紊流扰动的衰变特性。     

曝气池中气液两相流数值模拟

应用数值模拟的方法,对曝气池气液两相流运动规律进行了探讨。研究表明:当孔径相同,空气流量越大,紊动强度越大,气液混合越充分,曝气效果越好。对于相同的水深和相同的孔径,流量是影响气泡大小和速度的主要因素。当气体流量或速度增加时,气泡体积增大,气相速度也明显增大。     

长输水管道充水的气液两相流数值模拟

基于缓慢充水过程中管道内气液两相流的流态及其特性,在一系列合理假定的基础上,推导建立了描述充水过程的气液两相流控制方程,给出模型的求解方法和计算流程。采用南水北调工程北京西四环暗涵充水试验数据对模型进行验证,结果表明,数值模型可用于模拟"V"形复杂管道系统缓慢充水过程中管内水流和通气孔气流的两相变化过程。研究成果对长距离输水工程中通气孔、排气阀等调压设施的设计、选型,及后期管道的安全运行、维护管理等具有重要意义。     

基于气液两相流模型的水轮机数值模拟研究进展

随着水电站机组容量不断增大和计算机技术的飞速发展,传统的数值模拟手段已不能满足人们对深入分析水轮机性能的要求,因此更贴近实际、结果更准确的基于气液两相流模型的数值模拟越来越受到人们的关注。介绍了气液两相流动的主要计算模型,概述近年来国内外水轮机气液两相流数值模拟进展,重点阐述在其应用于水轮机空化性能、尾水管压力脉动等方面的研究成果和应用前景,并对需要进一步深入研究的问题及研究中应遵循的一些原则作出初步探讨。     

气液两相流供水管道停泵水锤计算及防护研究

为对输水管道内气液两相流时停泵水锤工况进行模拟研究,根据水锤基本理论,通过对系统内气液两相流流态的合理简化,搭建水锤计算模型,选取工程实例,进行最不利工况下的模拟计算。结果表明：突然停泵会在管道中产生严重的断流弥合水锤现象,最大超压约71 m;管道含气5%时比不含气状态的水锤压力水头高出10～40 m,且水锤波周期变长,收敛性更差。针对工程实例进行水锤防护分析,对“快关止回阀+气压罐”“缓闭止回阀+气压罐”“缓闭止回阀+箱式双向调压塔”3种防护措施进行比较,得出采用“缓闭止回阀+箱式双向调压塔”可以有效缓解管网水锤压力、保障管网正常稳定运行的结论。     

3级离心混输泵在气液两相流条件下流动特性分析

以深海3级离心式混输泵为几何计算模型,水和空气为研究介质,在进口含气率在0～20％条件下对泵进行三维全流道数值模拟,采用Eulerian-Eulerian非均匀流模型作为湍流计算模型,其中气相采用零方程模型.该次计算对3级泵外特性和内部气体分布、压力分布等内部流场特性.结果显示:随着含气率的增加扬程和效率均呈现下降趋势...     

鼓泡塔内气液两相流动力特性数值模拟研究

利用CFD软件模拟的方法研究鼓泡塔内气液两相流动力特性,为鼓泡塔的设计提供依据。采用欧拉-欧拉双流体模型分别结合标准k-ε紊流模型和RNG k-ε紊流模型对鼓泡塔内气液两相流进行数值模拟,并使用Phase Coupled SIMPLE算法进行速度与压力耦合求解。比较鼓泡塔内轴截面(y=0)处不同高度液相速度和气相速度的变化情况,发现速度沿径向呈现出抛物线分布,沿水深方向越接近通气孔,速度越大,且气相速度整体大于液相速度。通过将z=0.28 m处的垂向液相速度与实验值比较,得出欧拉-欧拉双流体模型结合标准k-ε紊流模型模拟鼓泡塔气液两相流动力特性优于RNG k-ε模型,且发现上升力对模拟结果有显著的影响。     

气液两相流压力波动特性

压力波动是两相流动的固有特性，研究波动规律对实现两相流动的智能监测有重要意义。本文采用统计学原理和确定性混沌学中的分形理论，对垂直上升空气水两相流的壁面静压力波动过程进行了研究，分析了表观液速对统计特征和分形特征的影响规律，首次发现环状流内高气速时压力波动的分维数大于1．5。     

低比转速离心旋涡泵的气液混输汽蚀试验分析

提出了低比转速离心旋涡泵的叶轮设计方法,研制了具有诱导轮、复合离心叶轮和开式旋涡叶轮串联组合结构型式的低比转速离心旋涡泵样泵,并设计了气液混输泵闭式试验装置,进行了气液混输对汽蚀性能影响的试验;以清水汽蚀试验作为对照,分析了试验工况点的含气量和气液混合总流量两个关键因素变化对汽蚀性能的影响.试验结果表明,气液混输时泵的汽蚀性能陡降,且含气量越大,汽蚀性能越低;样泵适合在额定流量5m~3/h且含气量在0-0.42 m~3/h范围内进行气液混输.     

Numerical prediction of 3-D periodic flow unsteadiness in a centrifugal pump under part-load condition

Numerical simulation and 3-D periodic flow unsteadiness analysis for a centrifugal pump with volute are carried out in whole flow passage, including the impeller with twisted blades, the volute and the side chamber channels under a part-load condition. The pressure fluctuation intensity coefficient （PFIC） based on the standard deviation method, the time-averaged velocity unsteadiness intensity coefficient （VUIC） and the time-averaged turbulence intensity coefficient （TIC） are defined by averaging the results at each grid node for an entire impeller revolution period. Therefore, the strength distributions of the periodic flow unsteadiness based on the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes （URANS） equations can be analyzed directly and in detail. It is shown that under the 0.6Qd~. condition, the pressure fluctuation intensity is larger near the blade pressure side than near the suction side, and a high fluctuation intensity can be observed at the beginning section of the spiral of the volute. The flow velocity unsteadiness intensity is larger near the blade suction side than near the pressure side. A strong turbulence intensity can be found near the blade suction side, the impeller shroud side as well as in the side chamber. The leakage flow has a significant effect on the inflow of the impeller, and can increase both the flow velocity unsteadiness intensity and the turbulence intensity near the wall. The accumulative flow unstea- diness results of an impeller revolution can be an important aspect to be considered in the centrifugal pump optimum design for obtaining a more stable inner flow of the pump and reducing the flow-induced vibration and noise in certain components.     

天然河段港口工程三维流场数值模拟

根据天然河段的地形条件,结合某港口建筑物布置,构建了工程河段流场数值计算模型.基于标准k-ε紊流模型,用有限体积法离散控制方程组,利用全隐式多重网格耦合求解技术,预测了港口工程河段水流流场的变化.     

泡状流"失稳"时空隙率波及其非线性讨论

本文根据不同条件下的实验结果对线性空隙率波动理论进行了分析和讨论，指出由于多相流动的复杂性，线性波动理论在描述气液两相流空隙率波动及其不稳定性方面存在着的局限性。通过空隙率波的测量和非线性分析说明，泡状流“失稳”时是一个混沌动力系统。利用Grassberg的计算方法，计算了泡状流失稳前后空隙率波时域信号的关联维数D2和关联熵K2，泡状流失稳时关联维数D2=2．39，关联熵为0．207。采用了Wolf的方法得到了时间序列最大Lyapunov指数，泡状流失稳时得到的最大Lyapunov指数为0．395。     

浅水流动及输运三维数学模型研究进展

对近年来国内外浅水流动及输运三维数学模型的发展作了较全面的回顾，重点论述了数学模型研究中的若干基本问题，包括垂向坐标的σ变换、悬沙输移的近底边界条件、自由水面的计算、紊流的封闭问题以及有效的数值计算方法。讨论了浅水流动及输运三维数学模型有待于进一步研究的方向和发展趋势。     

利用非结构化网格三维模型探讨桥墩周围流动现象

本文简要介绍了一种基于非结构化网格的三维水动力模型,模型采用有限体积法的思想,考虑水流垂直方向流速,建立三维水动力控制方程。引用通量差分分裂(FluxDifferenceSplitting)算法对控制方程进行了数值求解。最后基于该模型建立了日本川上河上的包含两个桥墩河段的三维水动力模型。通过模拟计算,对两个桥墩周围的流动状态进行了分析。结果表明,该模型能够体现复杂情况下桥墩周围的流动现象。     

垂直上升通道内气液两相绕圆柱流动旋涡脱落频率和脉动升力的数值模拟

采用有限容积法，综合考虑了由剪切引起的紊流和由气泡引起的紊流关系式，基于RNGk-ε紊流模型对气液两相绕圆柱流动进行了数值模拟。通过计算发现：对于气一液两相绕圆柱流动而言，旋涡脱落频率随含气率的增大而增大；脉动升力系数先随含气率的增大而缓慢增加，在含气率增大到0．1后增大得较快。并通过实验对模拟结果进行了验证，实验结果与模拟结果较吻合，验证了模拟结果的正确性。     

金沙江干流山区水库通航流态三维数值模拟研究

采用三维水动力学模型,借助非结构网格重构地形,开展了金沙江干流山区水库通航流态的数值模拟研究。以攀枝花河段为例,选取不同的来流条件进行了模拟,重点关注了水深、流速、平面流场和典型弯道的环流结构等水动力学特性,进一步对河段可能的碍航点进行了分析。计算结果表明:在一定的出流边界条件下,河道水深整体呈沿程递增趋势,基本可满足三级航道标准;同时某些流量级下,局部卡口、突扩和弯道河段可能出现碍航流态。研究结果可为金沙江梯级水库群联合调度提供技术参考。     

辐流式沉淀池液固两相流力学特性三维数值模拟

采用两相流混合模型,选取RNG k-ε湍流模型封闭两相流时均方程,对辐流式二次沉淀池液固两相流力学特性进行三维数值模拟。采用有限体积法求解微分方程;紊动能、紊流耗散均采用Quick离散格式;速度与压力耦合求解时使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法。通过模拟获得了速度场、紊动能和污泥质量浓度等参量在空间的分布规律,对沉淀池的设计有一定的参考价值。