搅拌槽内液固固三相流数值模拟研究

采用Eulerian-Eulerian多流体模型和k-ε-A.多相湍流模型.模拟研究了带挡板的直径为0.154 m的标准Rushton搅拌槽内含两种不同粒径固体颗粒的液-固-固三相搅拌体系的流体动力学特性和相含率分布.模拟结果表明,不管是在r-z平面还是r-θ平面,两种不同粒径固体颗粒相的相含率分布都存在明显的差别,当搅拌转速由200 r/min提高到600 r/min时,相含率分布的差别逐渐减小.在同一搅拌转速下,两种固体颗粒相在搅拌桨以下的相含率分布差别明显大于搅拌桨以上的部分.对于每一种颗粒相,固体颗粒在搅拌槽底部都存在明显的堆积现象,提高转速能改善其分散性.     

不同结构弯管液固两相流冲蚀数值模拟

弯管作为石油化工中常用的部件之一,服役过程中会产生不可避免的冲蚀损伤。本文采用欧拉-拉格朗日数值模拟方法追踪固相砂粒在弯管中的运移轨迹,重点研究不同弯曲半径和弯管内径时冲蚀速率的规律。结果表明,弯曲半径较小的弯管会造成多部位的冲蚀损伤,而较大的弯曲半径时,冲蚀损伤部位集中在弯头外壁面和出口直管段外壁面。弯曲半径的增大会导致最大冲蚀速率增大,管径的增大会导致最大冲蚀速率减小。     

聚氨酯低压混合器内液固两相流数值模拟

为了探究颗粒粒径、颗粒体积分数、流体黏度、混合头转速对混合器内液固两相流流场的影响以及对叶片尖端所受压力进行预测,运用计算流体力学(CFD)软件Fluent,对聚氨酯低压混合器内液固两相流进行三维数值模拟。结果表明,随着颗粒粒径、颗粒浓度、流体黏度的增加,混合头周向叶片间出现颗粒低速区,其范围不断扩大,不利于物料的混合,而提高转速并不能有效地消除颗粒低速区。混合头结构模拟的计算结果表明,优化过的混合头有效地消除了颗粒低速区,能够实现混合器内物料的充分混合。对叶片尖端所受压力进行拟合,得到不同工况下混合头叶片尖端处所受压力的预测公式,为混合头的冲蚀磨损及新型混合头的设计与研究提供参考。     

换热面固液两相流除垢数值模拟与实验研究

换热器的工程应用广泛,但换热面结垢问题会造成管道堵塞,能耗增加,为经济有效地解决该问题,将固液两相流除垢技术应用到换热器的防、除垢中。通过数值模拟方法,研究了沙粒对管道壁面的剪切力、壁面磨损及传热系数的提升情况。研究发现,随着流速的增加固体颗粒对壁面的磨损率先降低后增加,沙粒对管道的最大的磨损率出现在90°弯头处且最大磨损率随着沙粒直径的变大增长明显;在未加入沙粒时,正常换热器流速下,管道内壁面所受的切应力平均为16.8 Pa,加入沙粒后壁面剪切应力平均值为158.4 Pa,超过污垢所能承受的100 Pa剪切力,可有效除垢。在相同的速度下,在流速0.6~2 m×s~(-1),加入颗粒后,其表面传热系数的提升为2.6%到23%。以畅通式污水换热器作为流态化除垢强化换热实验台,对换热器流态化除垢强化换热进行实验研究。实验研究表明,将固液两相流流速提升到0.87 m×s~(-1)时,成功实现了95%的直径为2~3 mm的沙粒在线循环清洗,与理论计算的0.85 m×s~(-1)扬动流速几乎吻合。随着沙粒体积分数的增大,其除垢效果越好;沙粒体积分数为6%时,运行24 h后,传热系数提高了25.6%。当污水流速为扬动流速且沙粒体积分数为4%时,既可减小沙粒对壁面的磨损,又可保证高效除垢效率。     

石化管道液固两相流冲蚀磨损的数值模拟研究

液固两相流对管道的冲蚀磨损是石化行业中经常发生的一种管道失效方式。本文采用Fluent中的DPM模型对某炼厂的石化管线进行数值模拟研究,得到了液固两相流条件下整体管线的冲蚀速率分布,并对不同位置的局部管件冲蚀速率进行了分析。模拟结果表明:该管线中盲三通盲管和支管相贯线区域最容易发生冲蚀破坏。本文的研究结果可为工程实际中冲蚀检测提供准确的布点指导。     

固液两相流渐缩管冲刷特性的数值模拟

为研究固液两相流下油气田输送管道渐缩管的冲刷特性,在液固两相流条件下,在Workbench中建立倾角为3°、8°、13°、18°和23°的渐缩管物理模型,利用ANSYS-Fluent软件对渐缩管段进行冲刷特性数值模拟,同时分析入口流速、渐缩段倾角、砂粒浓度、砂粒粒径四个参量对渐缩管段的冲刷破坏规律。结果表明：流速、动压、剪切应力、湍流动能沿渐缩段流动方向逐渐增加,而静压沿渐缩段流动方向逐渐减小,砂粒浓度在渐缩段底部较高。最大冲刷速率随入口流速、渐缩段倾角和砂粒浓度增加而增大,砂粒粒径对冲刷速率的影响较为复杂,随砂粒粒径增加,冲刷速率先减小,后增大,随后又减小,最终趋于平稳。本文固液两相流渐缩管冲刷特性的数值模拟结果可为油气生产中管道变径管段冲刷控制与防护提供有价值的理论指导。     

液固两相流中磨蚀-腐蚀的数值模拟

Erosion-corrosion of liquid-solid two-phase flow occurring in a pipe with sudden expansion in cross-section is numerically simulated in this paper. The global model for erosion-corrosion process includes three main components: the liquid-solid two-phase flow model, erosion model and corrosion model. The Eulerian-Lagrangian approach is used to simulate liquid-solid two-phase flow, while the stochastic trajectory model was adopted to obtain properties of particle phase. Two-way coupling effect between the fluid and the particle phase is considered in the model. The accuracy of the models is tested by the data in the reference. The comparison shows that the model is basically correct and feasible.     

流化床换热器中液固两相流传热的数值模拟

在循环流化床换热器的流体中加入固体粒子,可以对边界层有扰动作用,加快换热器中的传质与传热,对流化床换热器中的液固两相的传质及传热进行数值模拟,建立了液-固两相流控制方程,通过FLUENT进行数值计算.计算结果表明:随着热通量的增加,流场的速度、湍流强度和壁温均升高.计算结果与试验结果一致.     

基于液固两相流排污管道冲蚀磨损的数值模拟

针对管道的冲蚀磨损问题,基于液固两相流理论及离散相模型,应用Fluent有限元分析软件,建立了排污管道的二维有限元模型。结果表明,含固体颗粒的液体对排污管道产生的冲蚀磨损,主要集中在分支管与总管的交接处。研究方法对排污管道的设计具有一定的参考价值。     

焦油切割泵固液两相流数值分析

分析了不同颗粒大小、转速及转子安放角度对切割泵内流线及固体颗粒分布的影响。结果表明,小流量时进口区域涡流严重,流量对固相浓度分布影响不大;颗粒和浓度越大,转子工作面固相浓度越高,对转子表面的磨损与冲蚀越严重;增大转速可以提高粉碎效率,但是对设备的使用寿命有影响。     

基于EMMS模型的搅拌釜内气液两相流数值模拟

采用欧拉-欧拉模型对搅拌釜内气液两相流进行了三维CFD模拟,重点研究了采用不同曳力模型时CFD模拟对搅拌桨附近排出流区两相流动的预测能力。模拟结果表明CFD能准确地预测排出流区的液相速度分布,但采用传统的Schiller-Naumann曳力一定程度上低估了排出流区的气液相间曳力,导致在完全扩散区CFD预测的分布器和桨叶下方区域气含率偏小,而基于气液非均匀结构和能量最小多尺度（EMMS）方法得到的DBS-Global曳力模型能更准确地描述完全扩散区气液搅拌釜内流动情况。与传统曳力模型相比,采用DBS-Global曳力模型能显著提高对气含率的预测。     

基于EMMS模型的搅拌釜内气液两相流数值模拟

采用欧拉-欧拉模型对搅拌釜内气液两相流进行了三维CFD模拟,重点研究了采用不同曳力模型时CFD模拟对搅拌桨附近排出流区两相流动的预测能力。模拟结果表明CFD能准确地预测排出流区的液相速度分布,但采用传统的Schiller-Naumann曳力一定程度上低估了排出流区的气液相间曳力,导致在完全扩散区CFD预测的分布器和桨叶下方区域气含率偏小,而基于气液非均匀结构和能量最小多尺度(EMMS)方法得到的DBS-Global曳力模型能更准确地描述完全扩散区气液搅拌釜内流动情况。与传统曳力模型相比,采用DBS-Global曳力模型能显著提高对气含率的预测。     

搅拌反应器气液两相流混合过程的涡旋效应数值模拟

为研究气液两相搅拌釜桨叶对釜内流动结构及气液混合性能的影响,本文以直叶片和推进叶片为研究对象,采用ICEM软件对搅拌釜流场进行六面体结构网格划分,基于SST-DDES湍流模型及欧拉-欧拉多相流模型对搅拌釜内部流场进行三维非定常计算,获得两种桨叶下搅拌釜内部涡结构及其演化过程,并分析搅拌釜内瞬态气相分布和瞬时流场的分布规律。研究结果表明：由于叶片旋转而产生的涡有撕裂、合并、衰减和耗散的演化过程;直叶片相较于推进叶片,其涡耗散速度较快,涡产生到消失的周期较短;由于叶片结构不同,主流的运动方向也随之改变,直叶片沿径向分布,推进叶片沿轴向分布。前者在釜内形成上下两层循环区,不利于气相扩散。后者在釜内形成一个大循环区,加剧釜内流动循环,造成后者的气相扩散能力大于前者。比较两者T_0.95分布,推进叶片要小于直叶片,推进叶片搅拌釜T_0.95近似为直叶片搅拌釜T_0.95的50%。     

弯管处液固两相流体流场数值模拟研究

运用Fluent中的DPM模型对含有少量颗粒的流体进入弯管处引起的冲蚀进行了数值模拟,分析流体流速和沙比对弯管处冲蚀的影响。结果表明,弯管处外侧是冲蚀速率最大的的地方,且最大冲蚀速率随进口流体速率和沙比的增大而增大。进口直管段和出口直管段冲蚀较小且较为均匀,出口段略大于进口段,流速和沙比对这两段的影响很小。     

搅拌槽内液-固两相体系的数值研究(Ⅰ)流场的数值模拟

Three-dimensional solid-liquid flow is mathematically formulated by means of the “two-fluid” approach and the two-phase k-ε-Ap turbulence model. The turbulent fluctuation correlations appearing in the Reynolds time averaged governing equations are fully incorporated. The solid-liquid flow field and solid concentration distribution in baffled stirred tanks with a standard Rushton impeller are numerically simulated using an improved “inner-outer” iterative procedure. The flow pattern is identified via the velocity vector plots and a recirculation loop with higher solid concentration is observed in the central vicinity beneath the impeller. Comparison of the simulation with experimental data on the mean velocities and the turbulence quantities of the solid phase is made and quite reasonable agreement is obtained except for the impeller swept volume. The counterpart of liquid phase is presented as well. The predicted solid concentration distribution for three experimental cases with the average solid concentration up to 20% is also found to agree reasonably with the experimental results published in the literature.     

流化床中气固两相流数值模拟技术研究进展

从气固耦合方式、曳力模型、流动特性及反应特性等方面综述了数值模拟技术在气固流化床方向的应用进展以及发展趋势.     

空气钻井环空气固两相流三维数值模拟

应用CFD软件对空气钻井环空气固两相流动进行数值模拟研究。模拟结果显示,不同入口速度条件下,压强分布的趋势基本一致,气体入口速度越大,压强速率变化越快;在斜井中,空气和岩屑的速度分布并不均匀,环空区域明显大于近壁面区域,最大流速发生在井筒环空区域上部,当气体流速与岩屑速度接近时,携岩效果并不理想;井筒内岩屑浓度的分布并不相同,环空区域岩屑的平均浓度明显大于近壁面处。     

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。     

倒置液固流化床内液固两相流动特性的数值模拟

基于欧拉-欧拉双流体模型,数值模拟倒置液固流化床内液固两相流动行为.数值模拟预测了床内颗粒的速度、浓度分布以及空隙率的变化.研究结果表明颗粒在床内分布呈现非均匀分布,床内形成局部高空隙率的流体团;随着床层高度增加,颗粒轴向速度增大:数值模拟床内空隙率与Renganthan等的实验结果相吻合.     

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。