低压蒸汽管道气液两相流场数值分析

采用Ansys Fluent 17.0对管道模型进行气液两相流数值分析,采用Euler模型计算出液相比例在5%、10%、15%对应液态颗粒直径分别为0.01 mm、0.04 mm、0.08 mm时,管道内中轴面处液相流场速度云图和液相浓度分布云图。模拟结果表明:增大液相浓度和液相颗粒直径会导致出口管道中紊流现象加剧。     

旋转填料床气液两相流场的仿真分析

通过合理简化旋转填料床(RPB)结构,建立了三维物理模型,利用商用软件Fluent的计算平台,采用欧拉两相流模型和多孔介质模型对旋转填料床内的气液两相流场进行了仿真分析,深入分析了其压力场分布和速度场分布,并在此基础上对比了气相压降随旋转床转速变化的仿真结果与实验结果,两者变化趋势一致,表明所建立模型能近似地模拟旋转填料床的流场分布,并指导理论研究和实验研究进一步深入。     

低压蒸汽管道气液两相流数值分析

采用Ansys Fluent 17.0对管道模型进行气液两相流数值分析,采用Euler模型计算出液相比例在5%、10%、15%时,对应液态颗粒直径分别为0.01mm、0.04mm、0.08mm时,管道内中轴面处静压流场分布和气液两相分布情况。模拟结果表明:增大液相浓度和液相颗粒直径都会导致压力损失,湍流增强,但增大颗粒直径的影响明显大于增大液相浓度。     

球形空腔内气液两相毛细压力与饱和度的关系

毛细压力与饱和度的关系是多孔介质多相流最基本、最重要的关系之一。综述了毛细压力与饱和度关系的研究现状,列举了多种毛细压力与饱和度关系模型,展现了Leverett-J函数的发展历程。在此基础上以单个球形空腔内气液两相流体为研究对象,依据几何分析推导得到了固液接触角分别为10°、30°、60°和90°时毛细压力随饱和度的变化关系,计算结果与文献中的实验结果具有相同的变化趋势,从而很好地说明了毛细压力与饱和度关系曲线的变化特征。     

开孔金属泡沫内气液两相流动的可视化

开孔金属泡沫内流动特性的研究多局限于局部流动特性的分析,大尺寸（100cm²以上）金属泡沫内气液两相宏观流动特性的研究目前较为缺乏。为了深入认识金属泡沫内气液两相流动特性,本文通过光学可视化手段,对金属泡沫多孔介质薄层内的气/液驱替、液/气驱替两相流动过程进行研究,分析了入侵流体的流速及金属泡沫的孔径对泡沫薄层内两相流动的影响。结果表明：在气/液驱替流动方面,随着空气流速的增大,气液两相的界面形态由毛细指状结构过渡到黏性指状结构,随着泡沫孔径的减小,部分排水现象愈加显著;在液/气驱替流动方面,气液界面较为规则,近似呈锥形,且流速越大,界面锥角越大、长度越小,试验中仅在最小孔径的金属泡沫中捕捉到明显的部分驱替现象,并且随着水流速的减小愈加显著。     

气液两相流混合设备流场特性

利用有限元软件ANSYS Workbench 17.0对气液两相搅拌釜,在通气量分别为0.2 m~3/h和0.4 m~3/h以及同一搅拌转速120 rpm下的液相速度矢量分布进行分析。结果表明:上层桨附近的流场是相当经典的混合流型的特征,釜内底部下层桨附近流场是明显的径向流,釜内的整个流场分布是以搅拌轴作为中心轴呈轴对称分布。     

气液两相流管线的计算与应用

气液两相流是一种复杂并常见的流态,如果管径选择不合适,会造成管线振动等问题,影响操作安全。本文以某炼厂其中一处气液两相流管线为例,采用公式计算与ASPEN PLUS软件模拟两种方式来计算管径,并利用CAESARⅡ软件进行配管应力分析,使气液两相流管线的应用更为合理。     

气液两相绕流错列管束升力特性的数值模拟

采用混合物模型和RNGk-c紊流模型对气液两相绕流错列圆柱管束升力特性进行了数值模拟。重点研究了节距比、含气率和雷诺数对升力功率谱的影响。结果表明：节距比增大,功率谱峰值增加,节距比为1．5时中间管排出现“双稳态现象”;含气率增加,功率谱峰值减小直至没有峰值,涡街消失;雷诺数增加,功率谱峰值减小;下游圆柱功率谱峰值较中间管排峰值大。模拟结果与实验结果基本吻合,旋涡脱落频率误差为1．03％。     

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。     

气液两相流对板式换热器影响的模拟研究

用Fluent软件对人字形板式换热器冷流道中气液两相流的4组不同工况进行了模拟研究,分析了冷流道中两相流体的流动和换热特性以及气体在流道中的分布状况。结果表明,由于气相的扰动作用,使进出口连线一侧传热死区的换热状况有了很大改善;在一定含气率范围内,随着空气体积含气率的增大,增强了板式换热器的换热效果。     

多孔泡沫材料对二元体系气液相平衡的影响

多孔泡沫材料作为新型气液传质元件已被证明对精馏过程具有强化作用,但其强化作用的关键机制尚不清晰而亟待研究。已有研究从流体力学方面阐述多孔泡沫材料对气液传质的强化机理,多孔泡沫材料对热力学性能方面是否存在影响仍缺乏定论。本文设计了泡沫碳化硅对二元体系气液相平衡影响的实验,通过动态法的气液双循环相平衡釜装置测定了泡沫碳化硅以及刻蚀形成表面微孔的泡沫碳化硅存在时乙醇/乙酸乙酯、乙醇/环己烷二元体系的气液相平衡数据,旨在基于不同孔径的泡沫碳化硅构造曲率气液界面的理论探究多孔泡沫材料孔径大小对气液相平衡的影响。本文实验中多孔泡沫碳化硅材料对乙醇/乙酸乙酯、乙醇/环己烷体系的气液相平衡的影响在气液相图上的体现不明显,通过对实验过程与结果进行分析,反思了多孔材料下的气液相平衡实验存在的问题,并在现有实验技术条件下探究了泡沫碳化硅对气液组成的影响,进而对未来在多孔泡沫材料对二元体系气液相平衡影响的深入研究提出了建议与方向。     

鼓泡塔内气液两相湍流实验研究

介绍了研究鼓泡塔气液两相流的实验装置、实验方法。液相用激光多普勒测速技术(LDV)测量,气相用粒子示踪测速技术(PIV)测量。实验表明,轴向液相速度的径向分布呈塔中心峰值、壁面附近倒流形式,且与气相表观速度大小有关,当液相表观速度一定时,随气相表观速度增大而愈加陡峭,返混也剧烈。当表观液速与表观气速之比小于19．6时,返混区总是存在,且返混区大小与高度有关：当表观液遣与表观气速之比大于19．6时,返混消失,含气率分布由塔中心峰值转向壁面峰值。径向液相速度既与气相表现速度有关又与位置高度有关,在塔底部呈现负值,这意味着向塔轴心方向流动。随着塔高增加。流动方向逐渐转变为向塔壁方向,且又有明显的峰值。     

喷射反应器内气液两相流体动力学特征

喷射反应器是一种重要的化工过程强化设备,可有效强化传质与传热过程、加快反应速率、提高反应产率,近年来在多个领域得到应用。本文对两种典型喷射反应器的结构及其工作原理进行了描述,系统地分析了各操作参数和结构参数对气体吸入量和气泡直径的影响规律,指出研究气体吸入和气泡破碎两种机制的必要性。对采用计算流体力学方法模拟喷射反应器内气液两相流进行了分析,指出Mixture模型适合研究气体吸入量,无法准确描述气泡运动和破碎这两个重要过程,提出采用计算流体力学与群体平衡模型结合的方法进行模拟,关键在于建立适合喷射反应器的气泡破碎频率模型。另外,结合工业应用的实际情况,强调了加入催化剂颗粒相的多相流分析对于指导工业应用的重要意义。     

具有不同孔隙率多孔介质内的蒸发特性

制作了具有3种不同孔隙率（0.85、0.75和0.60）的多孔镍粉样本,并进行了毛细抽吸实验和蒸发冷却实验（包括稳态冷却实验,初始状态为干态和湿态的冷却实验）,以探究多孔介质抽吸和蒸发过程规律。毛细抽吸实验发现孔隙率大的镍粉样本抽吸速率更快,且根据毛细单管抽吸实验和毛细抽吸理论分析结果表明：孔隙率大的镍粉样本具有更大孔径是其抽吸速率更快的根本原因。稳态冷却实验结果表明孔隙率0.85的镍粉样本具有最快的蒸发速率,0.60镍粉样本蒸发速率最慢,这是受到多孔样本抽吸速率主导的结果。在初始干态冷却实验中,孔隙率为0.85的镍粉样本具有最大的瞬态冷却热通量,但要达到最大冷却温度幅度须取得瞬态冷却热流与冷却时间的平衡,因此孔隙率0.75样本冷却温度幅度最大。在初始湿态实验中,孔隙率为0.85的镍粉样本具有最高的烧干温度和最长的烧干时间,表现出最强的抗烧干性能,但是孔隙率0.75样本剧烈蒸发过热度最小且剧烈蒸发时间最长,最能有效抑制样本热端温度升高。     

基于多孔介质模型的膜式氧合器内部流场分析

膜式氧合器内部流体运动特性对其性能有重要影响,利用计算流体力学（CFD）对氧合器模型进行流体动力学分析是预测其性能的重要方法之一。本文基于压降实验计算氧合器纤维束的黏性阻力系数,建立了各向同性多孔介质模型。采用RNGk-ε湍流模型对不同流量下氧合器内部流场进行计算,得到了血液速度、压力和壁面剪切应力分布云图。发现随着流量的增加,氧合器内部速度梯度分布形式基本保持不变,压力分布呈倾斜状态且逐渐减小,大部分压力损失位于纤维束内,其中53.3%位于氧合室,42.6%位于变温室。氧合器血液的入口及出口位置为血液损伤的高发区域。采用溶血数值预估模型计算得到了氧合器的标准溶血指数NIH。结果表明：在低流量1.65～3.00L/min下,各向同性多孔介质模型的模拟结果与实验结果基本一致,模拟数值与实验数值的偏差会随着液体流量的增加而变大;流量为1.65～6.00L/min时,标准溶血指数NIH为0.0084～0.0835g/100L,满足人体生理允许的使用范围。     

Non-Newtonian flow in porous media

In this article we present a review of the single-phase flow of non-Newtonian fluids in porous media. The four main approaches for describing the flow through porous media in general are examined and assessed in this context. These are: continuum models, bundle of tubes models, numerical methods and pore-scale network modeling.     

Two-phase flow in porous media

Two-phase flow in porous media depends on many factors, such as displacement vs steady two-phase flow, saturation, wettability conditions, wetting fluid vs non-wetting fluid is displacing, the capillary number, interfacial tension, viscosity ratio, pressure gradient, uniformly wetted vs mixed-wet pore surface, uniform vs distributed pore throats, small vs large pores, well-connected pores vs pores connected by small throats, etc. These parameters determine how the two fluids are distributed in the pores, e.g. whether they flow in seperate channels or side-by-side in the same channels, either with both fluids being continous or only one fluid being continous and the other discontinuous. In displacement, the capillary number and the viscosity ratio determine whether the displacement front is sharp, or if there is either capillary or viscous fingering.