Level Set方程在气-液两相流分层流数值模拟中的应用

随着计算机技术和科学计算技术的发展,数值模拟方法成为研究气液两相流的一种重要方法.介绍了界面追踪的Level Set方法,并通过求解原始变量不可压N-S方程和Level Set方程模拟平行平板间气液两相分层流动,并得到不同气液相雷诺数时,气液相界面和截面流速随时间的变化情况,为研究气液两相流动提供了一个新的研究方法.     

过共晶Ti-Si合金熔体电磁定向凝固过呈实验和数值模拟

通过建立电磁场-热场-流场多物理场耦合数学模型,采用实验和COMSOL Multiphysics 5.4商业软件研究了Ti-89 wt.％Si合金熔体在电磁感应定向凝固过程中的不同线圈功率、电磁频率和下拉速率下Ti-Si合金熔体的流动行为,及其对初晶硅相电磁分离的影响规律.研究表明:电流频率为15kHz时,熔体的平均流动速度最大,分离效果较好;线圈功率为5.4kW、固相分数为0.50时,熔体的最大流速为0.55m/s,硅富集层的含量达到95.84％.此外,增大下拉速率会导致熔体的平均流速减小以及凝固前沿吸收硅原子的时间变短,从而导致硅相富集效果变差,不利于硅相与合金的分离,下拉速率从10μm/s增加到50μm/s,硅富集层中硅含量从93.96％降低至88.04％.     

过共晶Ti-Si合金熔体电磁定向凝固过程实验和数值模拟

通过建立电磁场-热场-流场多物理场耦合数学模型,采用实验和COMSOL Multiphysics 5.4商业软件研究了Ti-89 wt.%Si合金熔体在电磁感应定向凝固过程中的不同线圈功率、电磁频率和下拉速率下Ti-Si合金熔体的流动行为,及其对初晶硅相电磁分离的影响规律.研究表明:电流频率为15kHz时,熔体的平均流动速度最大,分离效果较好;线圈功率为5.4kW、固相分数为0.50时,熔体的最大流速为0.55m/s,硅富集层的含量达到95.84%.此外,增大下拉速率会导致熔体的平均流速减小以及凝固前沿吸收硅原子的时间变短,从而导致硅相富集效果变差,不利于硅相与合金的分离,下拉速率从10μm/s增加到50μm/s,硅富集层中硅含量从93.96%降低至88.04%.     

水平T型管中油水两相流流动数值模拟研究

针对我国稠油油田较多和油田含水率高的特点,运用VOF多相流模型对地面集输管网中较为常见的水平T型管内油水两相流流动进行数值模拟。给定条件下中质稠油含水率为80%,流速1.5m/s,模拟结果为油水两相流属于水包油型分散流型,水作为基本相,油为分散相。分支前主管段内压力值以300Pa/m的速率线性减小,分支处主管段内压力值有所增大,而后随着流动线性减小,分析了支管段内油水两相流的压力降机理。研究结果对于优化管网结构、合理设计管道参数、管道腐蚀与防护具有重要作用。     

十字交叉型微通道内液滴形成的数值模拟研究

基于Fluent软件的流体体积分数（Fluid Volume Fraction,VOF）模型,针对十字交叉型微通道内液滴的形成过程开展了三维数值模拟研究,分别研究了连续相黏度、分散相黏度、两相界面张力系数、壁面接触角对液滴形成的影响,为实际应用提供参考。研究表明随着连续相流速的增加,液滴生成直径减少,生成频率增大;增加连续相黏度时,液滴生成直径变小,生成频率的变化则相反;当分散相黏度超过连续相黏度时,出现射流现象而不能生成液滴;液滴生成直径随两相界面张力系数的增加而增大,生成频率降低;增大壁面接触角有利于液滴的产生,且两相流速为0.01 m/s和0.02 m/s时,接触角应分别取到150°和120°才能正常生成液滴。     

500kA铝电解槽磁场数值模拟及测试分析

利用SolidWorks三维建模及COMSOL三维仿真模拟软件,对500 kA铝电解槽进行数值模拟.对某厂家500 kA铝电解槽进行磁场测试,测试结果与模拟结果吻合较好.得出500 kA铝电解槽的磁度分布,并对500 kA铝电解槽进行磁场优化,通过增加立柱母线和槽周母线到铝电解槽的距离降低立柱母线与槽周母线对铝液层的影...     

操作压力对过热蒸汽流化床干燥的影响

针对操作压力对过热蒸汽流化床干燥过程中蒸汽-颗粒物料两相流动特性、传热传质特性的影响具有非线性特征问题,基于油菜籽过热蒸汽流化床干燥过程的轴对称二维非稳态数学模型,仿真研究了操作压力对颗粒物料干燥动力学的影响规律,对负压、常压附近和高压环境下操作压力与最大干燥速率之间的关系进行了定量分析,并得到了进口过热蒸汽温度和流速设定条件下颗粒物料过热蒸汽流化床干燥的最佳操作压力参数值。数值模拟结果表明:进口过热蒸汽温度358K、流速2.5m/s、颗粒物料直径1.0mm时,过热蒸汽流化床干燥最佳操作压力为0.02MPa;进口过热蒸汽温度403K、流速2.5m/s、颗粒物料直径1.0mm时,最佳干燥操作压力为0.10MPa;进口过热蒸汽温度443K、流速2.0m/s、颗粒物料直径2.0mm时,最佳干燥操作压力为0.2 MPa。     

圆柱形涡致振动压电能量收集阵列的仿真分析

对内嵌压电悬臂梁的柔性圆管串列结构进行流固耦合和压电耦合数值模拟.圆管排列方式采用刚性圆柱作为阻流体,沿来流方向在阻流体后面串行排列两个内嵌压电梁的柔性圆管作为能量收集阵列,通过数值模拟分析涡致振动下的能量收集阵列振动状态和产生的电压情况.通过控制流速从0.4 m/s增加到1.4 m/s,分组仿真研究柔性圆管顶端最大形...     

聚丙烯环管反应器的流体力学模拟

采用颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型研究反应器内液固相的流动力学特性.通过fluent软件,采用标准k-ε模型描述流体的湍流状态、Gidaspow曳力模型描述流体的相互作用力,运用SIMPLE算法求解速度场.结果表明:在5~9m/s的浆液速度范围内,环管反应器直管段的固相体积分数分布均匀,弯管段的固相体积分数分布不均匀;浆液速度增大,其固相体积分数分布的非均匀性增加;当固相体积分数为0.35时,浆液密度为563~571千克/立方米.通过对速度场的分析可知,上升管中段的流速为6~7.5m/s,速度呈对称分布;下降管中段的流速为5~8m/s,速度呈非对称分布.计算结果与工厂实际生产情况接近,表明欧拉双流体模型能有效地描述环管反应器内浆液流动形态.     

我国铝电解槽计算机仿真技术的研究发展及现状

铝电解槽的多物理场仿真及在线动态仿真分析研究对铝电解槽大型化、微机过程控制化的开发、优化设计、生产启动和运行管理具有重要的指导意义.文中阐述了铝电解槽物理场模型和计算方法的发展过程及主要的商业化分析软件,列举了21世纪以来我国科研工作者在铝电解槽电、热、磁、流体和应力场仿真及智能多模式控制系统领域的重要科研成果.文中分析了我国铝电解槽多物理场及在线动态仿真的研究现状与发展前景,并提出了未来我国在铝电解槽计算机仿真研究领域亟待解决的问题,即磁流体全槽模型的建立与分析;多物理场同一计算平台的耦合解析;铝电解槽的全息仿真技术、在线动态仿真技术以及焙烧启动方式、材料属性对铝电解槽运行影响的研究分析;强适用性、参数化建模应用软件的开发.     

300kA曲面阴极电解槽设计仿真与生产实践分析

从300 kA铝电解槽曲面阴极的设计、仿真和生产实践两方面对铝电解的运行过程进行分析研究,若采用曲面阴极,电解槽的热场、磁场、流场与阴极电解槽基本一致,但可以改善铝液和阴极炭块中的电流分布的均匀性,减少铝液的波动;曲面阴极电解槽运行的安全性较高、效应系数较低,节能效果显著.通过与普通阴极电解槽的比较得出：目前300 kA曲面阴极电解槽运行的优势和不足,以及采取的优化措施.     

T型管内两相流分配特性数值模拟

T型管内气液两相流分配不均易导致换热器偏流和受热不均。为了优化T型管内气液两相流流动,以FLUENT为模拟软件,以流体流动参数和管子几何结构为研究变量,对T型管内流体流动进行数值模拟。发现流体入口液相体积分数越大,入口速度越小,液滴粒径越小,越利于流体均布;同时支管衔接处采取弯管结构较直管结构优越,其中入口速度对流体分布影响最明显,速度相差3个数值即可优化两个出口液相体积分数比差10%左右。结果表明,相应改变流体流动参数和管子几何结构能有效优化T型管内流体流动。     

LES/FDF simulation of particle dispersion in a gas-particle two phase plane wake flow

A filtered density function (FDF) transport equation was derived for the fluid velocity seen by the particles in gas-particle two-phase flow. An LES/FDF simulation of a two-phase plane wake flow was carried out. The simulation results were compared with both the experimental photograph and the simulation results without using the FDF model, and proved that the LES/FDF model can clearly improve the spatial dispersion of the particle phase.     

Effect of electromagnetic force and anode gas on electrolyte flow in aluminum electrolysis cell

1 INTRODUCTIONThe movement of electrolyte has a veryi mpor-tant influence on the process of aluminumelectrol-ysis[1]. On one hand,the movement of electrolytecan help anode gas release ,accelerate the dissolu-tion and diffusion of alumina and eli minate temper-ature gradient of electrolyte ,and enhances the heattransfer between electrolyte and the freeze . Ontheother hand,the movement of electrolyte can makealuminumfluid fluctuate , causing aluminum cellsto unstably operate and re-oxidation…     

放电反应器内气液两相流混合过程的数值模拟

为了研究放电水处理技术中气液两相流的混合状况,对放电反应器内气液两相流混合过程进行了数值模拟,得到最佳气液两相混合条件.通过建立混合模型,在水流速度一定的条件下,在不同的气体流速和不同的出气孔个数的条件下进行了数值模拟计算,得到了不同工况下的YZ中心截面速度分布图,YZ中心截面水体积分数分布图,XY中心截面速度矢量分布...     

毛细抽吸两相回路蒸发器管内流动的理论分析

在建立物理模型的基础上，采用了一个二维计算模型对ＣＰＬ的单个蒸发器的管内两相流动状态进行了数值计算，分别得出汽、液相液体的速度、压力的分布，并对系统过程进行了理论分析，为试验研究提供理论依据。     

两相流相关流量计的Monte Carlo模拟

本文分别给出了利用Monte Carlo方法研究气/液两相泡状流脉冲超声相关流量测量系统和电容相关流量测量系统的仿真结果     

旋流喷嘴内部流场的数值模拟和实验研究

为了揭示旋流喷嘴内部流动机理,有效预测其外部雾化特性,采用VOF多相流模型和RNG κ-ε湍流模型对旋流喷嘴内部的气液两相流动进行了数值模拟.通过对喷嘴结构进行合理的网格划分和特殊边界条件设置,计算了喷嘴内部的速度场、压力场和空气芯的形状尺寸.分别通过激光测速仪和高速摄像仪测量出口速度、空气芯的直径和雾化半锥角,对计算结果进行了验证.结果表明,旋流喷嘴内部流动为Rankine涡结构,其雾化特性如雾化角和液膜厚度等可以通过分析出口处流场得到.     

光滑粒子动力学方法的固液二相流研究

为了精确、高效地模拟生物工程和化工生产领域中的固液两相流动、指导设备设计和改进生产工艺，在光滑粒子流体动力学方法（SPH）的基础上，提出了一种考虑固液双向耦合作用的固液二相流算法.其中，固液两相被离散为拉格朗日粒子，流体和固体力学的控制方程则转化为相应的粒子间作用力.模型由初始状态启动后，粒子在这些力的作用下运动演化.由粒子携带的信息，通过插值核函数可以求得流场和固体的运动参数.通过标准算例的模拟，验证了控制方程组和边界条件的正确性.使用该方法模拟二维球形固相在水中的运动，初步分析表明模拟结果是合理的，因而采用该方法模拟化工生产中的固液二相流问题也是可行的.