管道内液固浆液输送的数值模拟

为了对管道内液固浆液输送的流动形态进行研究，建立了以颗粒动力学为基础的Euler Euler双
流体模型.在浆液流速大于临界沉积速度的情况下，模拟了不同浆液入口速度时的管道压力降，同时对管
道内浆液输送液固两相流进行了研究：当轴向位置与管径之比大于50时，管道内浆液流动处于充分发展
状态.此外还分析了在不同浆液速度下管道内液固两相的空间分布和浆液流动形态：在水平方向液相速度
分布和固体颗粒相速度分布呈对称状态；垂直方向液相速度分布和固体颗粒相速度分布由于重力影响，
不再呈对称状态.固体颗粒相速度分布与液相速度基本相同，两者之间的滑移速度很小，可以忽略.计算
结果与实验值的比较表明，所建模型能有效地描述管道压力降和管道内浆液流动形态.     

循环流化床提升管内稠密固液湍流的流体动力学模拟

为揭示循环流化床内稠密固液两相流动特性,对反应器内稠密固液湍流进行了流体动力学模拟.在考虑颗粒碰撞的欧拉-欧拉双流体模型的基础上,通过研究相间拖拽力模型和颗粒碰撞恢复系数的影响,建立了描述循环流化床内稠密固液湍流的流体动力学模型,并利用模型预测了反应器提升管中高浓度颗粒速度、体积分数分布和湍流特性.预测结果与实验结果符合很好,表明理论模型和求解方法有效.     

声信号R/S分析与环管反应器中浆液质量浓度测量

根据固体颗粒碰撞壁面产生不同频段声信号的机理,结合小波分解及R/S分析手段,获得了代表固体颗粒运动的声信号特征频段,并建立了环管反应器中浆液质量浓度的声发射预测模型.在环管反应器中,以水-玻璃珠体系为研究对象,分别考察了在流速为5～8 m/s的条件下特征频段能量与浆液质量浓度的关系.发现在流动稳定的情况下,将声发射信号在0～100 kHz做二阶Daubechies 9尺度小波分解并结合R/S分析,得到代表固体颗粒运动的特征频段,特征频段下的声发射信号能量和流体速度的3次方之比与浆液质量浓度之间存在线性关系.浆液质量浓度的模型计算值与实测值之间的平均相对误差为11.8%,表明声发射技术能快速、准确、非插入地实现环管反应器中浆液质量浓度的在线测量.     

连续三相喷射环流反应器的实验和数值模拟

利用Pavlov管和电导探针分别测量含小颗粒（Stokes数小于1.0）的连续气液固三相喷射环流反应器内轴向液速和气体体积分数分布. 提出大气泡-小气泡-浆态相三相流体力学模型,以模拟三相喷射环流反应器的流体力学行为,对大气泡相和小气泡相分别考虑尾涡加速和气泡阻碍效应并修正其曳力. 对于上升区和下降区,流场模拟结果均与实验结果较吻合. 利用模型预测不同固体体积分数下的气体体积分数与轴向液速分布,结果表明,在考虑的固体体积分数范围内,气体体积分数随固体体积分数增加而下降,液体循环速度随固体体积分数增加而略有上升,其原因主要是反应器内平均气泡直径随固体体积分数增加而增大,进而导致气泡浮升速度加大并增强周围流体的加速运动.     

汽液固三相蒸发管内壁面磨损的数值模拟研究

应用STAR-CC莫拟软件和基于VOF模型基础上的Lagrange多相流模型,在流体入口速度为0.5～1.5m/s,系统固体颗粒体积分率为1%～8%的条件下,研究了汽液固三相循环流化床蒸发管内壁面处磨损率的轴向分布以及其随流体入口速度、固体颗粒体积含量和温度等操作参数的变化规律.结果表明:沿蒸发管轴向方向上,壁面处磨损...     

双流道泵内部固相颗粒分布对泵性能的影响

基于Mixture模型,对一双流道泵内的固液两相流动进行了数值模拟,对不同颗粒直径和不同颗粒体积浓度工况下双流道泵内的固相颗粒体积浓度分布进行了研究.结果表明:在小粒径工况下,颗粒在叶轮流道内分布比较均匀,随着粒径的增大,颗粒逐渐聚集于叶轮进口和流道弯曲的部位,且粒径越大该处的颗粒浓度越大,固相离析作用明显;流道背面颗粒分布不均匀,其后盖板侧的颗粒浓度高于前盖板处,随着固相体积分数的增大,后盖板处聚集的颗粒也随之增多;随着粒径和颗粒体积浓度的增加泵的扬程和效率都降低.通过模拟发现,颗粒在泵内的分布受粒径的变化影响较大.     

采用空间滤波法测量气/固两相流固相速度

由插入式静电传感器的点电荷数学模型得到了固相流速的空间滤波测量原理,同时在实时测量流速的过程中采用了"3dB"原则获取信号的截止频率。通过实验验证了插入式静电传感器空间滤波原理的可行性,建立了一套气/固两相流流体速度模拟实验装置,该装置可以在1～25m/s速度范围内完成固相速度空间滤波速度测量。并采用环状电极互相关速度标定了此空间滤波法测量得到的速度。实验结果表明:得到的插入式电极空间滤波速度测量模型可以在宽范围内实现固相速度测量。     

内置双螺旋结构换热管金属氢化物反应器的传热性能

针对金属氢化物反应器传热性能较差的问题,提出了更紧凑高效的双螺旋结构换热管。建立了内置螺旋管的金属氢化物反应器的三维数学模型,研究了换热流体入口平均流速对反应器传热性能的影响,确定了模拟中入口平均流速的范围,对比分析了单、双螺旋结构对反应器性能的影响。结果表明：在换热流体入口平均流速大于0.5m/s以后,能达到较好的换热效果,换热流体的平均真实温升趋于稳定。减小螺旋导程可以明显提高换热流体的平均真实温升和反应器的传热性能。对于导程为60mm的单、双螺旋结构管,床层平均温度降至300K所用时间从7000s缩短到3000s。导程为30mm的双螺旋结构管的单位重量输出?功率比导程为15mm的单螺旋结构管更高,可见内置双螺旋结构管反应器的传热性能优于内置单螺旋结构管反应器。双螺旋结构管具有更大的换热面积,在反应器床层内的位置分布更加均匀,从而提高了反应器的传热性能。     

径向直叶片湿式风机内气固两相流的数值模拟

利用FLUENT软件中离散相模型(DPM)和混合模型对径向直叶片湿式风机内部三维两相流场进行模拟.分析风机内部的气固二相的浓度、体积分数、速度矢量和压力等参数的分布,比较两模型在此次模拟中的优缺点.模拟结果表明,在入口粉尘浓度很低的情况下,固相颗粒的浓度分布与气流流向大致相符.DPM模型颗粒相浓分布和混合模型颗粒相体积分数分布的趋势基本一致.DPM模型在反映浓度局部分布时更加精确,而混合模型在描述整个流场的浓度分布时更加完整.模拟结果对径向直叶片湿式风机气、液、固三相流场和除尘机理的研究有指导意义.     

垂直管内水合物浆液流动特性的CFD-PBM数值模拟

深海天然气水合物在固态开采过程中,当温度、压力平衡被打破时,开采管路中的水合物浆液由液固(水合物颗粒、海水)两相变为气液固(天然气、水合物颗粒、海水)三相的流动。以水合物浆液的气相为主要研究对象,采用CFD-PBM模型对气泡行为变化进行Fluent模拟,并对该模型进行了验证,模拟结果与实验值吻合度较高。结果表明,PBM模型模拟的浆液流态分布较为均匀,气泡的大小在流动过程中主要从小气泡到大气泡;气泡的初始速度对管道水利提升速度影响较大;在浆液湍动能为0.5 m2/s3、气含率为0.3时,气泡会出现二次聚并破碎。通过CFD-PBM计算得到水合物浆液体系中气泡大小分布能够较好的预测水合物颗粒分解出气相后的浆液流动特性。     

网板结构柱塞流电化学反应器流场的测试

采用粒子图像测速技术(PIV)对用于废水处理的网板结构柱塞流电化学反应器(MPE-PFER)进行全流场测试,分析反应器入口区域及中部反应段截面的速度场分布;考察进口方式和流速对反应器流场分布和进出口压差的影响.实验结果表明,反应器入口区域属流体流动过渡区,受进口方式的影响较大;反应器中部区域流场稳定、规则,速度梯度、进出口压差随流体速度的增大而明显增加;切向进口下的流场均匀,能量损失少,为最佳的反应器入口结构.     

筛板充填浮选柱浮选流体的速度场分布

为了研究充填筛板对旋流-静态微泡浮选柱分选段流体环境的影响,分别用激光粒度测速仪（LDV）和计算流体力学软件（FLUENT）对分选段的流体速度场分布进行测试与模拟,结果表明,轴向速度在0.18-0.41 m/s之间,径向速度在-0.06-0.08 m/s之间.与柱分选段无充填情况进行对比,筛板减弱了流体切向流动速度的50%-60%,改善了流体和气泡的径向弥散不均匀状态,且使轴向速度分布更趋于均匀,降低了Pe准数,促进了浮选流体的＂塞流＂环境.最后,推导出在筛板充填浮选柱单相流体中单个气泡的运动速度.     

基于单根膜丝的膜组件内部流场流动分析模拟

为研究中空纤维柱式膜组件的流场分布情况,建立了基于单根膜丝的三维多孔介质模型,并通过Fluent有限体积法求解控制方程,得出组件内混合模型下气液相的分布状况.结果表明:由于多孔介质膜丝表面的过滤阻力,膜组件内流体流速沿径向呈梯度不断减小,出口处由于组件壁面对其流向的影响,流速较大;气相速度为0.30 m/s与0.15 ...     

65t/h低倍率油页岩循环流化床锅炉流动特性模拟

用数值模拟的方法,对65 t/h低倍率油页岩循环流化床锅炉流动的特性进行分析。通过计算流体动力学软件Fluent,应用基于颗粒动理学理论的:Euler-Euler双流体模型,Standard k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε湍流模型和Gidaspow气固曳力模型数值计算了循环流化床气固两相流动过程,并对循环流化床炉内的颗粒速度分布、压力分布、颗粒体积分数及粒径分布进行分析,验证了循环流化床内循环流动特性。     

Al-Cu合金近液相线铸造中组织演变的计算机模拟

利用多尺度模拟方法针对Al-Cu合金近液相线半连续铸造的特点,建立了描述成形过程的温度场模型、液固相变模型,通过固相率变化将宏观尺度的温度场和介观尺度的微观组织模拟耦合起来,利用有限差分法和元胞自动机法对Cu质量分数分别为4%、4.5%及5%的Al-Cu合金近液相线铸造进行了组织演变的模拟。模拟了上述合金在浇铸温度为液相线温度以上7~25 K、铸造速度为1.5~3.5 mm/s、水冷系数为1 000~2 000 W/(m2.K)的液相线铸造中的组织演变,与ZL201合金的实验吻合。计算表明,当Al-Cu合金中Cu质量分数为5%、浇注温度为930 K、水冷系数为1 000 W/(m2.K)、铸造速度为2 mm/s时,获得的微观组织均匀、细小。     

脉动气流回收蛭石的实验研究与数值模拟

蛭石的低成本高效率回收是后续加工利用的关键环节.分析了蛭石原矿的粒度组成与组分特性;采用脉动气流分选装置对0.5～1.0mm的蛭石原矿进行了实验研究.结果表明:当给料量为13.98kg/h,脉动气流最大速度为2.36m/s,脉动频率为1.165Hz时,分选效率可达91.16%,蛭石品位为91.51%.采用Fluent6.3软件中的标准k-ε湍流模型与Eulerian多相流模型,模拟了蛭石分选回收过程中的气固两相流动.模拟结果表明:3.434s时,蛭石精矿主要分布在分选柱顶端出口1.2～1.8m范围内,平均体积分数大于40%,6.008s时,脉石尾矿基本分布在底端排料口0～0.3m范围内,平均体积分数大于25%.脉动气流可以在较短时间内实现蛭石原矿的高效分选回收,实验与模拟结果基本一致.     

用CFD方法模拟膜生物反应器内部流场及布气优化

采用Eulerian多相流模型对膜生物反应器进行气液两相流数值模拟,对“对齐”和“对齐导流”两种反应器构型内部流场气含率、速度场和膜面液体流速进行了分析比较,并就布气方式进行了分析和优化,同时借助缩小实验模型对模拟结果进行了实验验证.结果表明：两种反应器构型流场内的气泡呈现出汇集于膜组件中心位置,然后在膜组件顶端散开的流动状态;导流作用对反应器内气含率分布的影响不大,但对速度场分布特性影响显著;体积缩小100倍的对齐导流模拟装置中的气液流动状态与CFD模拟结果基本一致;通过对布气方式的优化模拟发现,不均匀布气方式可以改善气体分布状况,提高反应器内气含率和流场的湍流强度.     

大颗粒流化床上升管内两相流动的数值模拟

以欧拉双流体模型和两相流体动力学理论为基础,采用湍流模型对上升管内固液两相流流化过程中两相速度分布、流场特性以及局部压力变化进行了模拟.结果表明管内颗粒存在非定型团聚现象,并对液固管流流场进行了分析.颗粒团聚及破散运动是导致管内局部压力波动和液相能量变化的主要原因.在同一条件下,模拟结果能够与实验结果较好地吻合,为进一步研究多相流化床和优化设计提供了有力的依据.     

双弥散多孔介质平板通道内纳米流体流动特征

基于双速度Brinkman-Darcy扩展动量模型,分析Cu/H2O纳米流体在双弥散多孔介质平板通道内的流动特征.采用正常模式降阶法推得双弥散多孔介质裂纹相(f相)和多孔相(p相)的速度分布解析解.参数分析表明,两相中纳米流体的速度随着固体颗粒体积分数的增加而降低;动量传递系数增加,两相速度呈相反趋势变化,且速度差变小;达西(Darcy)数增大,两相速度增大且速度差变大;当仅p相Darcy数增大时,导致双弥散效应增强,两相速度亦同时增大,但两相速度差变小;随着纳米流体体积分数增加,流动阻力增大.     

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%.