多孔介质电渗流动计算流体力学模拟与实验研究（Ⅱ）电渗流动与传质特性

采用流体动力学方法模拟多孔介质内的电渗流动行为，探讨了电场强度、多孔介质的孔隙率等对填充床层中电渗流场、宏观电渗流动及传质特性的影响，并以羟基磷灰石电色谱、采用DEAE Sepharose Fast Flow为介质的离子交换电色谱及Blue Sepharose Fast Flow为介质的亲和电色谱分离过程为例将理论计算结果与实验结果进行了对比，二者吻合较好，证实了上述理论研究的正确性并显示出此方法在发展新型固-液电动分离技术中的应用前景.     

多孔介质中流体流动的格子气自动机模拟

介绍了 13-Bit正六边形多速格子气自动机模型的特点 ,讨论了多孔介质流体流动的格子气自动机模型的渗透率等参量算方法 ,应用该模型对计算机产生的多孔介质几何构型和焦炭多孔介质中的流体流动进行了模拟 ,其结果既可以给出多孔介质中的流动细节 ,也可统计得到表征多孔介质宏观流动特征的物理参量 .初步研究表明 :格子气自动机模型可用于模拟复杂边界条件下多孔介质的流体流动     

多孔介质内颗粒流动特性的格子Boltzmann模拟

地下岩石孔隙中小颗粒的运移和沉积会使得储层渗透性能降低,影响石油开发。为了探究悬浮颗粒在多孔介质中的流动过程,采用格子Boltzmann方法对三维多孔介质内流体和颗粒的运动过程进行了数值模拟,采用有限体积颗粒法构建多孔介质中骨架颗粒和悬浮颗粒。通过Half-Way反弹格式实现流体与颗粒间的相互作用,考虑孔隙结构、入口流速、孔隙率和颗粒直径对颗粒流动特性的影响,探究颗粒的运移和沉积规律。结果表明,入口速度对不同孔隙结构下颗粒的运动作用显著。随着入口速度增大,颗粒与颗粒、孔隙壁面以及流体之间的动量和能量交换作用增强,缩短了颗粒的运移路径,颗粒沉积率逐渐变小,颗粒拟温度增大。孔隙率的下降强化了颗粒间的碰撞,孔隙率由0.581降低至0.400,使得颗粒拟温度提升至9倍。颗粒拟温度随颗粒直径的增加而增加。但随着孔隙率增加,颗粒轴向速度增加,颗粒最高轴向速度可达入口流速的11倍,而颗粒接触力降低。     

多孔介质固阀塔盘流体力学性能的研究

为了提高石油化工塔器的处理能力和效率,开发了一种新型多孔介质固阀塔盘.采用空气-水冷模实验的方法,对其流体力学性能进行研究.研究结果表明,多孔介质固阀能够有效改善塔盘气体分布情况,提高塔盘流体力学性能,有效提高塔盘通量和传质效率.     

计算流体动力学（CFD）及其软件包在双螺杆挤出中的应用

从数学模型、软件包的应用和数值模拟对象（即整根螺杆、熔体输送段、混合以及反应挤出等）三个方面介绍了计算流体动力学（CFD）及其软件包在双螺杆挤出中的应用,并讨论了双螺杆挤出加工数值模拟中尚特解决的问题。     

施加温度场的多孔介质中超临界流体流动特性模拟

为了研究温度场作用下超临界流体在多孔介质流动中“可调”性质的变化特性,针对各向同性多孔圆柱体建立了多孔介质中超临界流体的流动与传热耦合传递过程数学模型。在均匀加热和非均匀加热条件下,采用COMSOL Multiphysics3.3a软件对模型方程进行数值求解,研究了超临界CO2注入砂床过程中流体“可调性”随局部压力和温度耦合变化的特性。研究表明,非均匀的线性加热条件可以改变近壁区的流动特性,使多孔介质内在近壁处的流体速度沿流动方向趋于平均,在一定程度上加速壁面处滞缓的流体;超临界流体相对密度等性质的分布特性主要受计算区域中温度和流速影响而发生较大变化。施加温度梯度的作用可以成为调控多孔介质中超临界流体“可调性”的手段。     

旋流板内两相流场的CFD模拟与分析

The flow field of gas and liquid in a φ150mm rotating-stream-tray (RST) scrubber is simulated by using computational fluid dynamic (CFD) method. The simulation is based on the two-equation RNG κ-ε turbulence model, Eulerian multiphase model, mad a real-shape 3D model with a huge number of meshes. The simulation results include detailed information about velocity, pressure, volume fraction and so on. Some features of the flow field are obtained: liquid is atomized in a thin annular zone; a high velocity air zone prevents water drops at the bottom from flying towards the wall;the pressure varies sharply at the end of blades and so on. The results will be helpful for structure optimization and engineering design.     

多孔介质中流动泡沫的压力分布计算

将多孔介质简化为一簇变截面毛细管组成的毛细管束,根据多孔介质的颗粒直径、颗粒排列方式、孔喉尺度比以及束缚水饱和度,计算出变截面毛细管的喉道半径和孔隙半径。在考虑多孔介质喉道和孔隙中单个气泡的受力和变形基础上,利用质量守恒定理和动量守恒定理,推导出单个孔隙单元内液相的压力分布和孔隙单元两端的压力差计算公式,最终得到多孔介质的压力分布以及多孔介质中泡沫当量直径计算方法。利用长U型填砂管对多孔介质中稳定泡沫的流动特性进行了实验研究,并对实验结果和计算结果进行了对比。结果表明:稳定泡沫流动时多孔介质中的压力分布呈线性下降,孔喉结构和泡沫干度是影响泡沫封堵能力的主要因素;泡沫的封堵能力随泡沫干度的增加而先增加后降低,在泡沫干度为85%时达到最强封堵能力。     

流体横掠多孔介质流动稳定特性研究

采用谱方法对流体横掠多孔介质层的流动稳定特性进行了研究。分析了雷诺数变化时特征值的运动轨迹和对应的特征值速度扰动分布,并进一步研究了临界雷诺数与渗透率之间的关系。结果表明:在渗透率较大时增大雷诺数会使特征值图谱中出现新的特征值,且新增加特征值对应的速度扰动分别发生在自由流体与多孔介质区界面处以及多孔介质区内,并且在较小渗透率下,临界雷诺数的数值变化较为明显,通道内流体的流动稳定性更好。     

热管换热器流动与传热的CFD模拟及试验

根据热管换热器结构特点及传热特性,建立了热管换热器壳程流动与传热的三维物理模型。模型中引入了多孔介质模型中的分布阻力和分布热源的概念,通过CFD计算软件模拟研究了热管换热器压力降与温度场分布,模拟研究结果与试验结果吻合良好,为热管换热器的进一步理论研究和推广应用提供了依据。     

三维小球随机堆积多孔介质内黏弹性流体流动数值模拟分析

复杂流体在多孔介质内的流动广泛存在于自然界和工业生产中,研究复杂流体的非牛顿特性对多孔介质内流动的影响具有重要的意义。基于黏弹性流体本构方程,对三维颗粒随机堆积的多孔介质模型进行研究,获得了流体流变性质对多孔介质内流动特性的影响规律。研究发现,流体的流变性质对多孔介质流场内流动的压力降和渗透率等有着显著的影响。对于黏弹性流体来说,随着弛豫时间的增大,即流体的弹性增强,导致流场内压力降减小,渗透率增大;当表征剪切稀化效应的迁移因子增大时流场内部压力降减小,渗透率增大。     

多通道流动电泳的计算流体力学模拟与实验研究(Ⅱ)流场模拟与设备放大研究

采用计算流体力学方法对多通道流动电泳中的流场分布进行了模拟,显示出焦耳热引起的自然对流导致腔室中出现沿电场方向上的溶液主体流动,由此影响到蛋白质的宏观迁移速率,这与实验现象是一致的.系统地考察了电泳分离过程中的自然对流作用及其影响因素,提出以蛋白质分离率作为参数来表征自然对流对电泳分离的影响.通过计算模拟了设备构型及缓冲溶液特性对分离度的影响.以此为基础确定了沿分离腔室长度进行设备放大的方案并进行了实验验证,理论预期与实验结果一致.     

规整填料塔液相流动的计算流体力学模拟

规整填料因具有诸多优异性能,已在工业上广泛应用,但是至今人们对规整填料内流体流动机理的研究还不是十分透彻,从而限制了其进一步的发展和更新．与散堆填料不同,规整填料在结构上既有规整性又有复杂性,属各向异性,因此对其内流体流动的研究具有一定的难度．而现代计算流体力     

多通道流动电泳的计算流体力学模拟与实验研究（Ⅰ）离子分布模型

多通道流动电泳（MFE）是一种制备型流动电泳技术,采用计算流体力学方法描述MFE设备中的流体流动特性,以指导分离过程和分离设备设计.基于MFE分离过程中离子迁移方程、电解质解离方程和电中性方程建立描述各腔室pH值及离子分布的模型,并通过实验进行了验证.为后续计算流体力学模拟各腔室流场分布提供了基础.     

多孔介质/纯流体耦合区域内可压缩气体的流动

采用统一形式的修正N-S方程描述多孔介质/纯流体耦合区域的流动,提出了方程中用于处理多孔介质内流动的源项确定方法,并利用成熟的CFD技术对圆管内具有前后台阶的耦合区域内可压缩气体的流动进行了数值模拟,得到了与实验吻合的计算结果.     

大孔隙率多孔介质内热弥散现象数值模拟

采用Surface Evolver泡沫演化动力学软件构建理想的大孔隙率多孔介质的几何模型:Weaire-Phelan模型。通过对有效热导率的计算,确定了该模型的适用范围。在此基础上优选两组几何参数作为计算依据,流体相分别采用空气和水,固体相为铝T-6201,通过数值模拟,研究了孔径、Darcy速度和流-固热扩散系数比的影响。数值计算结果表明:孔径越小,热弥散效应越强,流体本身的热物性对弥散的影响越明显;横向分量远小于纵向分量。当工质为气体时,横向分量可以忽略不计,最后得到了计算纵向与横向热弥散系数的经验关联式。     

多孔介质内流体流动的格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法模拟多孔介质内的流动过程,通过预测渗透率,比较了单松弛模型、多松弛模型和熵格子模型在多孔介质计算中的优劣,为研究多松弛模型中各自由参数的影响,选择了12种组合进行模拟,此外,还将大涡模拟与格子Boltzmann方法相结合模拟了多孔介质内高Reynolds数下的流动及流型的转变。结果表明：单松弛模型和熵格子模型预测的渗透率随黏度逐渐增大,而多松弛模型得到的结果随黏度变化很小,另外,多松弛模型中不同松弛参数的组合对结果有较大的影响,通过比较推荐了模拟多孔介质时的最佳组合,计算结果与经验公式吻合较好。大涡模拟与多松弛模型结合较好地预测了多孔介质内流型的转变,Reynolds数越大,多孔介质内的涡越多,并且变大。     

大孔隙率多孔介质内热弥散现象数值模拟

采用Surface Evolver泡沫演化动力学软件构建理想的大孔隙率多孔介质的几何模型：Weaire-Phelan模型。通过对有效热导率的计算,确定了该模型的适用范围。在此基础上优选两组几何参数作为计算依据,流体相分别采用空气和水,固体相为铝T-6201,通过数值模拟,研究了孔径、Darcy速度和流-固热扩散系数比的影响。数值计算结果表明：孔径越小,热弥散效应越强,流体本身的热物性对弥散的影响越明显;横向分量远小于纵向分量。当工质为气体时,横向分量可以忽略不计,最后得到了计算纵向与横向热弥散系数的经验关联式。     

多孔介质中超临界流体可调特性的模拟与分析——温度梯度的作用

多孔介质中超临界流体的可调性与流体流动与传热耦合过程密切相关.今针对各向同性二维正方形区域建立了多孔介质中超临界流体的流动与传热耦合传递过程数学模型.以超临界CO2为模型流体,采用COMSOL Multiphysics软件对模型方程进行数值求解.分析和讨论了多孔介质中温度梯度对超临界流体的流动特性和传递性质的影响特性.研究表明:温度梯度显著地影响计算区域中流体的速度分布,近加热壁区的流体出现了速度的加速层.流体的动力黏度和导热系数等性质的分布特性也受计算区域中温度梯度的作用而存在极小值,导致局部流动性能的提高和传热性能的下降.对于多孔介质中超临界流体的可调性,可通过边界上的温度梯度加以调节和控制.