微小通道内气液两相流数值模拟

基于CFD流体动力学计算软件FLUENT模拟了微小通道中气液两相流流动与换热,分析了截面方管与截面圆管内不同含气率下两相流的换热特性;对比微小通道内气液两相流的温度及含气率变化,分析得出同等条件下方管的换热特性更好。     

方形截面螺旋管内气液两相流动特性数值研究

采用CLSVOF多相流模型,结合标准k-ε湍流模型方程,对方形截面螺旋管内气液两相流动特性进行数值模拟,绘制了几种典型流型的流型图,并与相关文献中的实验结果进行对比;分析了截面含气率沿管圈周向的分布规律和平均截面含气率与容积含气率的关系;探究了不同流型压降的变化规律和湍流耗散率沿程变化规律;讨论了螺旋管不同壁面的表面摩擦系数与剪切应力的差异。     

卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流截面含气率测量研究

以空气和水为工质,对卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流动特性进行了实验研究。根据以往截面含气率的计算方法,创新性地提出一种适合于卧式矩形截面螺旋通道内两相流动截面含气率的计算方法,并与漂移流模型进行比较,发现两种计算方法所得结果趋势相近,大部分符合较好,表明利用斜十字交叉法计算卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流的截面含气率是可行的。并且对比Zuber-Findlay模型与Ishii模型发现,Ishii模型预测卧式矩形截面螺旋管通道内的截面含气率精度较高。     

矩形截面螺旋管内气液两相流型转换数值模拟

采用CLSVOF(coupled level set and volume of fluid method)方法,以空气和水为介质对矩形截面螺旋管内气液两相流动进行数值模拟,气相折算速度U_G为0.1～2.5 m·s^-1,液相折算速度U_L为0.09～4.5 m·s^-1.研究螺旋直径、螺旋升角对流型转换边界的影响,并绘制了不同螺旋直径、不同螺旋升角下的流型图.数值结果表明,与传统VOF方法相比,CLSVOF可以得到更精确的相界面;随着螺旋升角的增加,塞状流向泡状流的转换边界向U_L减小的方向进行,但是幅度很小,塞状流向弹状流的转换边界向U_L减小的方向进行;随着螺旋直径的增加,塞状流向泡状流的转换边界向U_L减小的方向进行,塞状流向弹状流的转换边界向U_L减小、U_G增大的方向进行;与Murai流型图相比,流型转换边界有所差异.     

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。     

微通道内气液两相Taylor流数值模拟

本文采用FLUENT软件对T型微通道内气液两相Taylor流进行模拟,得到了各物理参数对Taylor流的影响规律。在此基础上,采用最小二乘法进行拟合,得到了可以更准确预测T型通道内气液两相Taylor流气泡和液柱长度的经验关联式。     

静态混合器气液两相流压降的数值模拟及实验研究

气泡流经过静态混合器的压降问题涉及到舰船动力系统性能的好坏。在分析了气泡平均驰豫时间的基础上,结合k ε湍流模型,利用平衡流模型模拟静态混合器内形成的稀疏湍流气泡流,得到了混合器内两相流流场。空气—水系统的压力降实验表明,计算流体力学模拟能够很好地预测SMV型静态混合器内气泡流的压降,是静态混合器设计的有效手段。     

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％。     

顶底复吹转炉内气液两相流行为的数值模拟

利用可压缩模型描述了四孔喷头顶吹超音速射流行为,并与前人实测结果对比验证了模拟结果. 通过耦合VOF和Lagrange模型对纯顶吹、顶底复吹炼转炉内熔池运动进行描述,并对炉底喷嘴数量、布置进行优化. 结果表明,在纯顶吹条件下,熔池的混均时间为523 s,炉底区域钢液流动微弱. 加入底吹氩气后,底部钢液速度增大,熔池混均时间为99 s. 炉底采用3个喷嘴的熔池混合效率要好于2个或4个的情况. 底吹喷嘴距离炉底轴心在0.3D~0.4D区间内最佳,且应偏近于0.4D区域.     

滑移壁面蛇形微通道两相流数值模拟

基于Fluent平台,采用CLSVOF方法对滑移壁面蛇形微通道气液两相流动进行了数值计算。计算选用的方法与理论结果具有较好的一致性,同时可以表明疏水壁面会产生滑移现象,且在高度较小的微通道内滑移效果更显著,从而减小通道内流体流动阻力,实现减阻;不同壁面性质通道内流体流动情况的计算结果表明,滑移壁面对截面速度分布趋势几乎没有影响,但上下壁面疏水性不同会影响通道截面最大速度分布。此外接触角及相对粗糙度对滑移特性影响较大,合理设计壁面润湿性及微粗糙元结构可以最大限度发挥滑移现象引起的减阻效果;与无滑移壁面相比,滑移壁面微通道内传热效果更好,且随滑移速度的增大,通道换热增强。     

管式离心机固液两相流场的数值模拟

简单介绍了管式离心机的主要技术状况、不足及FLUENT软件;在简化的基础上,从单一相连续方程入手建立了管式离心机内的固、液两相流动数学模型,通过计算网格划分和边界条件的确定,用FLUENT二维数值模拟了该机内的两相流流场及随时间变化的分离状况,得出了直观的机内不同截面上的速度分布及分离颗粒的体积分布云图。模拟结果符合该机的运行规律,为进一步深入研究奠定了基础。     

铜锍转炉中气液两相流动的数值模拟

采用流体体积方法对铜锍转炉熔池内造铜期吹炼过程中气液两相流动进行单喷嘴数值模拟,研究了气体喷入熔体时的喷流运动现象和性质、气流穿透距离、风口压力变化、风口侧壁面剪切应力分布和气含率分布规律. 结果表明,气泡连续产生和分离是风口处气体的运动形式,气流穿透距离约为风口内径的3.6倍,风口处脉冲压力的形成周期为0.2 s,持续时间约为0.04 s;风口侧壁面剪切应力较大的区域集中在风口附近及其上方壁面;风口以上气含率随熔体高度增加而增加,在靠近自由液面处约为21%,部分模拟结果与文献报道和实际生产情况吻合.     

硅包底吹富氧精炼气液两相流动的数值模拟

应用VOF(Volume-of-Fluid)多相流模型,对单个气泡在水中的运动情况进行三维模拟,对气泡在上升过程中的变形与自由表面的波动情况进行研究,表明所建立的数学模型具有一定的合理性.以某公司的底吹氧化精炼硅包为原型,运用数值模拟的方法对富氧-硅液两相流进行三维瞬态数值模拟,研究硅包内不同截面气泡主要参数、气体体积分数分布规律、硅包内液体流动情况以及自由液面波动情况,为硅包的结构设计、寿命计算以及工业硅炉外精炼的优化提供了基础与依据.     

用扩散流动模型分析悬浮床内的气固两相向上流动

A mathematical model of two-dimensional turbulent gas-particle two-phase flow based on the modified diffusion flux model (DFM) and a numerical simulation method to analyze the gas-particle flow structures are developed. The modified diffusion flux model, in which the acceleration due to various forces is taken into account for the calculation of the diffusion velocity of particles, is applicable to the analysis of multi-dimensional gas-particle two-phase turbulent flow. In order to verify its accuracy and efficiency, the numerical simulation by DFM is compared with experimental studies and the prediction by κ-ε-κp two-fluid model, which shows a reasonable agreement. It is confirmed that the modified diffusion flux model is suitable for simulating the multi-dimensional gas-particle two-phase flow.     

COMSOL Multiphysics有限元软件数值模拟气液两相流的可行性研究

在多相流实验管路系统中,设计向上30°倾斜管道中气液两相流的实验方案和流程,进行气液两相流流型实验研究,并绘制气液两相流流型图。再利用COMSOL Multiphysics软件,对向上30°倾斜管中气液两相流中不同时刻的体积分数进行数值模拟研究,验证COMSOL Multiphysics应用于气液两相流的可行性。结果表明采用COMSOL Multiphysics软件数值模拟向上倾斜管道中气液两相流流型的分析结果与室内实验法结果基本一致,可信程度较高,可作为分析气液两相流流型的主要方法之一。     

湿天然气在上倾管道的气液两相流动特性研究

利用VOF (Volume of Fluid)模型模拟了湿天然气在上倾管道的气液两相流动特性。讨论了管道内气体入口流速对气液两相流动特性的影响。结果表明,当管道内气体入口流速较低时,由于气液界面的切应力小于液相在上倾段的重力分力,因此气体无法将液体携带至管道上倾段。随着气速的增加,气液界面的切应力逐渐增大,气液界面开始出现波纹,气体逐渐将液体携带并完全平铺于管道上倾段。     

Numerical Simulation on Gas-Solid Two-Phase Turbulent Flow in FCC Riser Reactors (II) Numerical Simulation on the Gas-Solid Two-Phase Turbulent Flow

Numerical simulation on the flow, heat transfer and cracking reactions in commercial fluid catalytic cracking(FCC)riser reactors were carried out employingthe developed turbulent gas-solid two-phase flow-reaction model for FCC riser reactors given in Part Ⅰ of thepresent paper.Detailed information about the turbulentflow fields in the riser reactor obtained revealed the basic characteristics of the gas-solid two-phase turbulent flows when heat transfer and catalytic cracking reactions were co-existing in the riser. Results showed that the distributions of the flow, the turbulence kinetic energy and the catalyst particle concentration arenot uniform in the axial, radial and tangential directions. The most complicated part of the riser reactor is the feed injecting zone. The complicated configuration of the turbulent gas-solid two-phase flows would exert a great influence on the results of interphase heat transfer and cracking reactions.     

A Numerical Sirnulation of Gas-Particle Two-Phase Flow in a Suspension Bed Using DifFusion Flux Model

A mathematical modei of two-dimensional turbulent gas-particle twophase flow based on the modified diffusion flux modei (DFM) and a numerical simulation method to analyze the gas-particle flow structures are developed. The modified diffusion flux modei, in which the acceleration due to various forces is taken into account for the calculation of the diffusion velocity of particles, is applicable to the analysis of multi-dimensional gas-particle two-phase turbulent flow. In order to verify its accuracy and efficiency, the numerical simulation by DFM is compared with experimental studies and the prediction by k-ε-kp two-fluid modei, which shows a reasonable agreement. It is confirmed that the modified diffusion flux modei is suitable for simulating the multi-dimensional gas-particle two-phase flow.