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。     

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。     

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。     

环形井眼气液两相流流动规律研究

本文在１０００米深全尺寸模拟实验井上进行了气液两相流实验研究。利用自行研制的计算机实时数据采集系统及井眼数据测量与传输遥测系统，获取取大量实验数据。依据这些数据，根据质量与动量守恒定律及其状态方程，通过变系数法，建立并求解了描述环空气液两相流的一维拟线性双曲型偏微分方程组，从而得出了适合井眼环空情况下的气体上升速度模型，依据本文提出的流型过渡区及气体上升速度模型所计算的结果和现有国内外有关模型计算     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

表孔泄洪的水气二相流数值模拟

采用水气二相流VOF法数学模型对表孔泄洪进行了二维数值模拟，并与模型试验值进行了比较，二者吻合良好，表明该模拟方法是可行的，可为工程设计提供参考。     

水轮机模型压力脉动的测试及分析方法

结合水轮机模型试验工作实践经验,综述了水轮机模型压力脉动测试的原理及数据采集、分析方法。水轮机模型试验结果是原型机压力脉动变化趋势分析及稳定性研究的重要参考依据,因此进一步提高模型压力脉动测试的精度及分析方法,是目前的一项重要课题。     

压力洞闸槽进水的数值模拟与分析

本文应用Ｋ－ε紊流模型数值模拟了压力洞闸槽进水后洞内水流的流动情况。计算中，对Ｋ－ε方程及雷诺方程作者采用了皆沿坐标方向分步然后交叉求解的简便数值方法。计算实例所得结果与文献〔４〕试验资料一致。     

腐蚀混凝土管道气液两相流非线性有限元分析

针对市政混凝土排水管道腐蚀问题,建立带承插口和橡胶圈的气液两相流腐蚀管道有限元模型,通过在管顶沿壁厚方向对混凝土弹性模量设置不同的折减系数来模拟管道腐蚀,同时对正常管道和腐蚀管道分别进行了流固耦合和多场耦合的非线性有限元分析。结果表明:由于管道承插口的存在,接头处的等效应力会突然增大,且在两端处增大幅度更大;考虑交通荷载和土压力多场耦合共同作用使插口在底部外表面表现为压应力,承口在顶部外表面的底部外表面表现为压应力,且多场耦合作用下承插口的最大主应力明显大于流固耦合;流体对管道的作用是有限的,但在考虑交通荷载和土压力多场耦合共同作用的情况下是不能忽略的;多场耦合作用使管道在管顶和管底呈现出应力集中的现象,腐蚀管道横截面的等效应力变化更快,应力集中现象更明显。     

宽顶堰淹没出流水气二相流数值模拟

采用VOF方法对宽顶堰淹没出流进行水气二相流数值模拟,其数值计算结果与模型试验结果比较吻合,表明宽顶堰淹没出流水气二相流数值模拟是可行的.     

城市地区水库溃坝洪水演进模拟

因水库下游的地形、边界、糙率等存在明显不同,城市水库溃坝后的下泄演进与山区水库可能存在显著差异。针对城市水库下游区域建筑物众多、糙率复杂的特点,利用地理信息系统(GIS)技术生成高仿真的数字高程模型(DEM),对不同地表类型赋予不同的糙率值并生成糙率场。以深圳龙口水库为例,利用MIKE21水动力模块构建溃坝洪水演进模型,假设主坝瞬间全溃后对下泄洪水进行演进模拟。计算结果表明:模型能较好地模拟城区建筑物的雍水效应,较能反映城市主干道在洪水演进过程中的引导作用以及局部地区洪水迅速涨落和消退的特点,说明高仿真的DEM和多元分布的糙率场对保证城市水库溃坝模拟演进的合理性具有重要作用。     

应力波入射滑移节理传播特性的数值模拟

基于弹性波理论,建立应力波入射滑移节理的数值模拟模型,并计算应力波的透射系数、反射系数和吸收系数,并据此研究应力波垂直入射滑移节理的传播特性。研究表明:纵波垂直入射滑移节理的传播特性主要受节理面的抗拉强度影响,当纵波产生的拉应力大于抗拉强度的瞬间,节理面产生分离而破坏,透射波瞬间消失,反射波增强,吸收能量增加,发生全反射;剪切波垂直入射滑移节理的传播特性主要受节理面的切向刚度与抗剪强度、等效切向刚度乘积的比值λ的影响,随着λ增大,反射波逐渐增强,透射波逐渐减弱,吸收能量先增大后减小,当λ足够大时,应力波在节理面处发生全反射而不产生透射。     

不同孔眼数量下曝气池中气液两相流数值模拟

曝气池是活性污泥处理系统中的核心处理构筑物,而曝气池中气液两相分布及其流动规律对曝气作用的影响又至关重要。本文运用FLUENT软件对曝气池内气液两相流动问题进行了数值模拟,并对比了相同的曝气量,不同的孔眼数量下,曝气池内气液两相的分布情况和流动规律,说明了在本文所模拟的工况下采用孔眼数量为五孔时曝气效率最高。     

沟埋式涵洞垂直土压力的数值模拟

利用大型有限元软件ANSYS,对刚性矩形沟埋式涵洞进行施工过程模拟,分析涵洞土压力的变化规律,讨论沟槽宽度及地基刚度对洞顶垂直土压力的影响.结果表明:方形涵洞顶部具有两边大、中间小的土压力分布;在刚性地基条件下,沟槽宽度较小时,洞顶土压力系数单调减小,沟槽宽度较大时,洞顶土压力系数呈先增后减的趋势;地基弹性模量增大时,涵洞顶部的土压力增大.     

围压水作用下混凝土孔隙水压力的数值模拟研究

基于不同水压下混凝土的内部孔隙水压力试验数据,采用ANSYS有限元分析软件,进行了围压水作用下混凝土孔隙水压力变化瞬态反演模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明:混凝土内部孔隙水压力的变化过程与试验所得变化过程基本一致。说明所建瞬态分析反演数学模型能够用来对围压水作用下混凝土的渗透系数进行反演计算,并且所得到的结果能够与试验结果较好的吻合,具有一定的可靠性。