水力旋流器流场径向速度分布规律研究

水力旋流器内部流体径向速度对其内部颗粒的径向运移有着重要的影响,它是固体颗粒径向运移受到阻力的重要原因,直接影响水力旋流器的最小分离粒度.针对水力旋流器内部流体径向速度分布规律基本上是沿旋流器半径成反比的观点,通过合理选择湍流模型,对水力流器内部流场进行数值模拟,得出旋流器径向速度的分布规律基本上是速度值沿着半径向里先逐渐增加,然后又逐渐降低,在气液界面处基本为零,并对这两种结论从理论上做了对比分析,认为标准k-ε湍流模型和Boussinesq假设均不适合水力旋流器流场.     

滴灌用水力旋流器的颗粒分离粒度

阐述了用于滴灌系统水力旋流器的设计依据,在此基础上得到旋流器的主要结构参数.应用单颗粒流体动力学模型,在正确理解平衡轨道理论意义的基础上推导出旋流器的颗粒分离粒度公式,计算出水力旋流器的颗粒分离粒度和分级粒度.计算结果表明,水力旋流器能够对水源中泥沙颗粒进行有效的过滤,保证滴灌系统滴头不因物理颗粒而堵塞.     

基于DEM-CFD水力旋流器的水合物浆体分离规律研究

采用离散元素法和计算流体力学耦合仿真的方法,研究不同入口速度下的水力旋流器分离效率.以较佳入口速度的分离效率工况为例,研究不同入口区域的水合物颗粒的力学行为与特征.结果表明：由入口上侧和入口内侧进入的水合物颗粒具有短路流特征.由入口下侧和入口中心进入的水合物颗粒以螺旋轨迹线向下运动.同时在离心浮力与离心惯性力的差值作用下,沿半径向中心运动.进入内旋流场后,水合物颗粒则改变方向,以螺旋轨迹向上运动,直至从溢流管被排出.这是典型的水合物颗粒分离运动轨迹.由入口外侧进入的水合物颗粒中大多数也具有这一特征,只有少部分水合物颗粒紧贴水力旋流器的内壁,沿边界层或在边界层附近,以螺旋轨迹一直向下运动,最终从底流口排出.这一部分水合物颗粒对总体分离效率影响最大.     

进料方式对水力旋流器径向流场影响的研究

水力旋流器内部流体径向流场对其内部颗粒的径向位移有着重要的影响,直接影响水力旋流器的最小分离粒度。而不同的进料方式影响水力旋流器内部流体径向流场。针对单边进料和双边进料两种形式,采用FLUENT的RSM模型和mixture模型,对水力旋流器内部流体进行流场数值计算,得出了旋流器内部液流径向速度分布规律。对于设计出高效水力旋流器及确定合适的进料方式提供了依据。     

过滤式水力旋流器方案设计

利用现有旋流器流场分析理论研究成果,针对常规水力旋流器存在的短路流等问题,提出在常规水力旋流器的基础上增设轴向零速包络面过滤网的结构改进思路,将常规的水力旋流器改进成为以旋流为主过滤分离为辅的新型分离设备,并对其合理性和可行性进行了理论上的分析论证,同时讨论了滤网对流场的影响以及相关的问题.     

海底水合物混合浆体除泥砂水力旋流器

根据海底天然气水合物基本特征和多相流理论,完成了水力旋流器结构参数初步设计,并对原汉考克综合效率计算公式中各参数的含义进行了修正,得到了符合海底水合物混合浆体的改进汉考克综合效率计算公式.然后,建立了水力旋流器的有限元模型,基于雷诺应力模型开发了一种适合液-固-固三相流的流场模拟分析方法,通过数值模拟分析,得到了水力旋流器内部的速度、压力和密度等参数的分布规律.最后,通过结构参数的正交试验优化,得到了水力旋流器的最优结构参数组合,使其分离效率提升到初始方案分离效率的1.36倍.进一步对操作参数进行了正交试验优化,得到了水力旋流器的最优操作参数组合,使水力旋流器的分离效率又提高了5.15%.     

重介旋流器入口流道内颗粒冲击参数计算方法

针对重介质旋流器入口流道磨损的成因,分析了流态化颗粒的运动和对器壁的冲击力作用,提出了颗粒冲蚀参数计算的数学模型．结合煤炭重介分选的实际情况,计算了各种颗粒和旋流器结构参数,分析了其对冲蚀作用的实际影响,为旋流器的结构参数优化提供了理论依据．作为本次研究阶段性成果的工业化产品,在实际生产中表现出了很好的抗磨性能和令人满意的分选效果．     

石膏旋流器分离粒度模型建立研究

针对火力发电厂WFGD系统中的石膏旋流器,基于旋流器的分离面是零速包络面与溢流管内径所形成的圆柱面的交界面的思想,对各关联公式进行了有效的推演,获取了分离粒度模型,并通过经验优化,建立了综合反映旋流器结构参数、物性参数和操作参数的分离性能的定量描述模型.该模型计算结果与试验结果的相对误差和其他传统经验模型的相对误差相比...     

利用拉格朗日方法对旋流器分离过程随机特性的实验研究

为了探测旋流器中固体颗粒的随机分离特性,实验采用高速摄像技术并利用拉格朗日方法对粒子运动轨迹进行了测定,所进行的100多种实验工况能充分说明粒子运动和分离特征。统计分析实验中粒子运动轨迹表明其分离过程存在随机特性,且产生短路流的大部分颗粒是由3点注入时产生的,这为进一步进行理论研究和旋流器结构设计提供了可靠的实验依据。     

泥水分离用水力旋流器的数值模拟

利用CFD软件对泥水分离用水力旋流器内的三维流场和泥水分离过程进行了数值模拟研究。采用Eulerian模型和RSM湍流模型分别考察了进料口直径、溢流管直径和插入深度等结构参数及处理量、泥浆浓度等操作参数对分离性能的影响。数值模拟结果表明:溢流管直径增大,泥水分离效率明显降低;溢流管插入深度增大,分离效率先增大后减小;底流口直径增大,分离效率明显增大;进料口直径和筒体高度对分离效率的影响相对较小。操作参数模拟结果表明:水力旋流器的操作弹性较小,额定处理量下分离效率最高;泥浆浓度增大,分离效率明显降低;固体泥颗粒黏度增大,分离效率增大。     

Numerical investigation of particle saltation in the bed-load regime

This paper numerically investigates particle saltation in a turbulent channel flow having a rough bed consisting of 2–3 layers of densely packed spheres.In this study,we combined three the state-of-the-art technologies,i.e.,the direct numerical simulation of turbulent flow,the combined finite-discrete element modelling of the deformation,movement and collision of the particles,and the immersed boundary method for the fluid-solid interaction.Here we verify our code by comparing the flow and particle statistical features with the published data and then present the hydrodynamic forces acting on a particle together with the particle coordinates and velocities,during a typical saltation.We found strong correlation between the abruptly decreasing particle stream-wise velocity and the increasing vertical velocity at collision,which indicates that the continuous saltation of large grain-size particles is controlled by collision parameters such as particle incident angle,local rough bed packing arrangement,and particle density,etc.This physical process is different from that of particle entrainment in which turbulence coherence structures play an important role.Probability distribution functions of several important saltation parameters and the relationships between them are presented.The results show that the saltating particles hitting the windward side of the bed particles are more likely to bounce off the rough bed than those hitting the leeside.Based on the above findings,saltation mechanisms of large grain-size particles in turbulent channel flow are presented.     

振动形成的单一尺寸硬球晶的结构表征及其动力学的离散元模拟

采用离散元（DEM）数值方法结合物理实验,分别实现了单一尺寸硬球在三维（3D）间歇振动及批量加料条件下堆积的有序化（结晶）,通过对晶体的结构表征、数值仿真中的微观性能如配位数（CN）、径向分布函数（RDF）、角分布函数（ADF）、Voronoi／Delaunay孔的尺寸分布、力的网络分析以及晶体形成过程中的动力学分析,得出如下结论：（1）数值仿真和物理实验中所获得的均为{111}取向FCC晶体,晶体中粒子的最大堆积密度可达0．74;（2）晶体中粒子的配位数分布在CN=12处出现峰值,表明每个粒子具有12个近邻;RDF和ADF分布表明堆积粒子之间分别在径向具有长程相关性及角度上具有相关性,这是晶态结构的典型特征;Voronoi／Delaunay孔的尺寸分布与非晶态相比表现为高且窄的曲线,且向左移,表明所获得的硬球晶中孔隙很小且分布均匀;粒子间力的网络更直观地表明了晶体的结构,同时还指出在FCC硬球晶中分别存在着面内的力和面问的力,其中后者小于前者;（3）晶体形成过程中的速度场和力场等动力学信息的变化表明粒子在堆积过程中一旦形成有序,它将作为一个整体运动,并为后续粒子的有序化提供模板,起到了结晶的晶核的作用．     

Application of particle trajectory model in 1D planar ejection

A simple one-dimensional planar model for ejection was set up based on experiments.And numerical simulation was performed on this model with particle trajectory model method.An Eulerian finite volume method was conducted to resolve gas field.And Lagrangian method was imposed to track each particle.The interaction between gas and particles was responded as source terms in governing equations which were induced by forces.The effects of total spraying mass,particle size and other factors on the mixture of particles and gas were investigated.The spatial distributions of particle mass and velocity at different time were presented.The result shows that the numerical results are qualitatively consistent to those of experiments.     

方形粒子在Oldroyd-B流体中的沉降特性

为研究方形粒子在黏弹性流体中的沉降特性，应用基于分布式拉格朗日乘子的虚拟区域方法对方形粒子在Oldroyd B流体中的沉降运动进行了数值模拟.通过模拟得到了不同长宽比粒子的沉降轨迹、取向角和沉降速度的变化情况，并讨论了不同形状粒子的沉降特性.当方形粒子在Oldroyd B流体中沉降时，粒子的平衡取向为长边与重力方向平行，平衡位置为方槽的中心线.粒子的长宽比对沉降过程的影响较大，长宽比大的粒子在沉降过程中具有较大的横向漂移和沉降速度.当水力直径相同时，圆形粒子具有最大的沉降速度，而正方形粒子的沉降速度最小.     

广义零程粒子系统生成元的局部有界性

研究了广义零程粒子系统生成元的局部有界性和系统生成元预解算子的局部散逸性.作为粒子系统理论的主要研究对象之一的零程无穷粒子系统,描述了这样一种随机模型,在可列个位置上有无穷个不可辨粒子做随机的移动,同一时刻任何位置上最多只能发生1个粒子转移,粒子转移的概率转移速率仅受该位置的粒子数影响.将上述模型作了推广,研究了在同一时刻任一位置上可以发生任意有限个粒子转移的情形.使用泛函分析的方法,给出了系统的生成元的局部有界性和预解算子的局部散逸性.主要结果为广义零程粒子系统的生成元具有局部有界性,其预解算子具有局部散逸性.     

广义零程粒子系统预解算子的值域结构

研究了广义零程粒子系统生成元预解算子的映上性质及值域结构.作为粒子系统理论的主要研究对象之一的零程无穷粒子系统,描述了这样一种随机模型,在可列个位置上有无穷个不可辨粒子做随机的移动,同一时刻任何位置上最多只能发生一个粒子转移,粒子转移的概率转移速率仅受该位置的粒子数影响.将上述模型作了推广,研究了在同一时刻任一位置上可以发生任意有限个粒子转移的情形,使用了泛函分析的方法.研究表明:广义零程粒子系统的生成元预解算子具有映上性质且其值域恰好为其试验函数空间.     

Predicting the Growth of Ash Deposits in Drop Tube FurnaceUsing Dynamic Mesh Technique

沉降炉内积灰增长过程的动网格技术预测

Krzysztof Wac?awiak¹,王辉^2*,杨琦²,秦雪箭²,秦裕琨²

（1.西里西亚工业大学 材料与技术系,卡托维兹,波兰

2.哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院,哈尔滨150001）

摘要：

本文介绍了沉降炉燃烧过程中积灰增长的模拟和实验研究。采用现有的灰沉积模型,该模型考虑了灰颗粒撞击瞬间的重力、弹性回弹和粘附力之间的关系。通过实验数据确定了该模型的重要参数。研究了颗粒大小和速度对沉积物几何结构的影响。利用Fluent中的动网格技术,对不同入口速度、管径和管子布置方式下的灰沉积生长进行了模拟。模拟结果表明,由于弹性反弹力项的存在,颗粒法向碰撞速度起着重要作用。沉积几何结构受侧向速度（入口2的速度）的影响,较大的速度对改变沉积形状和延迟稳定时间有明显的影响。

关键词：飞灰;沉积;动网格技术

     

室内悬浮颗粒物分布及输运特性的实验研究

采用大型有限元分析软件ANSYS,对深圳福田大型地下车站主体结构标准段的钢管混凝土柱顶 横纵梁、柱脚 底纵梁以及柱 地下1层梁等节点在梁端及柱端的弯矩、剪力和轴力等荷载作用下的力学性能进行模拟和分析.从钢管混凝土梁柱节点的受力状态出发,分析在梁端及柱端的弯矩、轴力和剪力等荷载作用下节点模型各组成构件（包括柱钢管、梁、加强环梁、承台、抗拔桩等部位）的主应力及切应力分布情况、变形情况和各个截面的内力分布情况等,与各个构件所对应的设计强度值进行对比分析,根据分析结果提出更合理的节点结构设计与加固方案.     

Analysis of solid particle clusters in coherent structures of turbulent channel flow

A particle-laden turbulent channel flow is investigated to study particle clusters in large-scale turbulent coherent structures.The fluid phase is calculated by large eddy simulation and particles are tracked using Lagrangian trajectory method.The flow Reynolds number is 180 based on the friction velocity and half-width of the channel.The particle is lycopodium with St=0.93which may well follow the fluid phase.The mean and fluctuating velocities of both two phases are obtained,which are in good agreement with previous data.The strongest accumulations of particles in low-speed streak structures are observed at y+=11.3.Moreover,once particles are captured in low-speed streaks,most of them will reside there for a long period.Particles clustered in low-speed streaks obtain smaller instantaneous wall-normal and spanwise velocities than those out of there,which induce a larger particle flux into low-speed streaks than that out of there.The study is important for understanding particle dispersion mechanisms in gas-particle turbulent channel flows.