密闭长管内甲烷-空气爆炸火焰传播数值模拟

用LES湍流模型与预混燃烧模型对直径 D=104 mm,长度 L=2 400 mm的圆柱形容器内甲烷-空气预混爆炸进行了数值模拟,模拟最大爆炸压力与实验结果吻合。结果表明,混合气体被引燃后,火焰速度快速增加,接下来火焰速度突然下降;火焰传播过程中出现郁金香火焰,它的形成与中心区域逆流和容器壁的相互作用有关;在郁金香型火焰面后出现涡团,该涡团对层流燃烧转变为湍流燃烧起到重要作用。研究内容揭示了密闭长管内气体爆炸火焰传播规律。     

风场条件下LPG瞬时泄漏扩散的数值模拟

液化石油气（LPG）是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品,由丙烷、丙烯、丁烷和丁烯等易燃易爆气体组成,一旦发生瞬时泄漏,后果十分严重。基于计算流体力学（CFD）理论,采用商业软件Fluent模拟LPG瞬时泄漏扩散,对泄漏产生的两相云团在风场下的扩散及其特性开展研究。模拟计算在欧拉 拉格朗日体系下进行,分别对气液相采用欧拉和拉格朗日法计算,并从宏观云团和微观液滴两个角度分析了风速对云团演化的影响。模拟结果表明,云团先膨胀成球体随后在风力作用下成为沿水平方向拉长的椭球体,云团运动速度随风速增大而加快,而浓度随风速增大而快速减小。云团扩散时最低温度变化先快速减小,在最低值附近保持小段时间,最后逐步恢复到环境温度。过热液滴释放后速度迅速下降,然后随风运动,最终速度与风速一致。液滴在风场下加速蒸发,风速越大,液滴群平均直径下降得也越快。该研究结果可为泄漏事故的后果和风险评估的提供一定的参考。     

基于CFD的电液主控阀阀芯内部流场数值分析

以液压支架用的电液主控阀为研究对象,对其主阀芯进行了详细的流场模型建立,采用CFD方法对主阀芯内部流场进行了仿真分析,得到主阀芯内的流体压力、速度矢量与湍动能云图。发现主阀芯内的流场规律,为改进优化阀的性能提供了有利的依据。     

曳力模型和湍流模型对内环流反应器数值模拟的影响

研究了曳力模型和湍流模型对气升式内环流反应器流体力学参数的影响,进一步证实了DBS-Local曳力模型在气升式内环流反应器中的适用性。结果表明：曳力模型决定了是否可以模拟出下降管中的气体;而曳力模型和湍流模型共同作用,决定了气含率模拟结果的准确性。Schiller-Naumann、Tomiyama、Grace、Ishii-Zuber这4种曳力模型均无法预测出下降管含气这一现象,而DBS-Local曳力模型能够模拟出下降管中的气体。DBS-Local曳力模型与standard k-ε mixture湍流模型组合,对气含率的预测值与实验值较为接近,而与RNG k-ε dispersed湍流模型组合,对轴向液速的预测值与实验值更为接近。     

竖直窄通道充分发展段液固流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,基于水-玻璃珠体系,对长×宽×高尺寸为240 mm×12 mm×1800 mm的竖直窄通道充分发展段内液固两相流动特性进行了数值模拟。结果表明,沿窄通道竖直方向0.7 m以上液固两相流动进入充分发展阶段,在充分发展阶段的窄通道截面上,狭长方向与狭窄方向各位置颗粒速度及浓度均呈中心区域高、贴近边壁区域低的分布趋势;随着入口液速提高,截面各位置颗粒速度均提高,而颗粒浓度在流道中心区域降低,在贴近壁面区域升高;随着初始固相体积分数增加,截面各位置颗粒浓度均提高,而颗粒速度在流道中心区域略有降低,在贴近壁面区域略有升高;在窄通道截面狭长方向两端靠近三边壁影响的区域存在颗粒增浓效应,在截面狭窄方向颗粒速度和浓度分布梯度较大的区域无量纲占比随着入口液速的提高而提高,随着初始固相体积分数的提高而减小。     

Integrated free‐form method for aerostructural optimization of wind turbine blades

A typical approach to optimize wind turbine blades separates the airfoil shape design from the blade planform design. This approach is sequential, where the airfoils along the blade span are preselected or optimized and then held constant during the blade planform optimization. In contrast, integrated blade design optimizes the airfoils and the blade planform concurrently and thereby has the potential to reduce cost of energy (COE) more than sequential design. Nevertheless, sequential design is commonly performed because of the ease of precomputation, or the ability to compute the airfoil analyses prior to the blade optimization. This research compares 2 integrated blade design approaches. The precomputational method combines precomputation with the ability to change the airfoil shapes in limited ways during the optimization. The free‐form method allows for a complete range of airfoil shapes, but without precomputation. The airfoils are analyzed with a panel method (XFOIL) and a Reynolds‐averaged Navier‐Stokes computational fluid dynamics method (RANS CFD). Optimizing the NREL 5‐MW reference turbine showed COE reductions of 2.0%, 4.2%, and 4.7% when using XFOIL and 2.7%, 6.0%, and 6.7% when using RANS CFD for the sequential, precomputational, and free‐form methods, respectively. The precomputational method captures most of the benefits of integrated design for minimal additional computational cost and complexity, but the free‐form method provides modest additional benefits if the extra effort is made in computational cost and development time.     

液-液喷射混合装置微观混合特性的研究进展

液-液喷射混合装置具有优异的微观混合特性,特别适用于液-液快反应体系。在研究不同液-液喷射混合装置的微观混合特性时,选取合适的研究方法和定量指标非常关键。本文对比分析了液-液喷射混合装置中常用的微观混合特性研究方法（化学探针法、激光诱导荧光技术和计算流体力学方法）,包括其优缺点、适用范围、选用原则和应用要点,并总结了表征微观混合特性的定量指标。其次,对液-液喷射混合装置进行了系统性的分类,分别介绍了不同液-液喷射混合装置中微观混合特性的影响因素和研究进展,后者主要包括3种研究方法在研究微观混合机理、微观混合特性时间、微观混合过程强化和装置结构优化等方面的进展。最后总结了罐中喷射混合装置和管状喷射混合装置微观混合特性研究存在的不足和后续研究方向。     

CFD-PBE simulation of a bubble column in OpenFOAM

A general CFD-PBE (computational fluid dynamics-population balance equation) solver for gas–liquid poly-dispersed flows of both low and high gas volume fractions is developed in OpenFOAM (open-source field operation and manipulation) in this work. Implementation of this solver in OpenFOAM is illustrated in detail. The PBE is solved with the cell average technique. The coupling between pressure and velocity is dealt with the transient PIMPLE algorithm, which is a merged PISO-SIMPLE (pressure implicit split operator-semi-implicit method for pressure-linked equations) algorithm. Results show generally good agreement with the published experimental data, whereas the modeling precision could be improved further with more sophisticated closure models for interfacial forces, the models for the bubble-induced turbulence and those for bubble coalescence and breakage. The results also indicate that the PBE could be solved out the PIMPLE loop to save much computation time while still preserving the time information on variables. This is important for CFD-PBE modeling of many actual gas–liquid problems, which are commonly high-turbulent flows with intrinsic transient and 3D characteristics.     

低速大扭矩水压马达配流副仿生凹坑形非光滑表面流场分析

通过在低速大扭矩水压马达配流盘上设计了不同凹坑形仿生非光滑表面,并建立配流副的全水动压润滑模型,采用CFD方法研究了凹坑的不同开口形状和截面形状对内部液体流动的影响及其对流体动压润滑性能的影响规律。结果表明:在凹坑截面形状、开口尺寸及凹坑深度相同的情况下,开口形状为圆形的凹坑形仿生非光滑表面的液膜表面压力分布情况要略好于开口形状为正方形和三角形的凹坑形仿生非光滑表面的液膜表面压力分布情况;凹坑开口形状都为圆形时,截面形状为半圆形的半球坑与截面形状为矩形的圆形柱坑、截面形状为三角形的圆形锥坑相比,其液膜表面压力分布情况较好,液膜表面承载力略大,流体动压润滑性能较好。     

带电水冲洗打击力特性及清洗效率仿真研究

为了更好地完成带电水清洗作业,提高带电水清洗的效率,通过流体仿真软件FLUENT对水射流打击力进行仿真研究。分析了大、中、小水冲3种典型喷嘴在不同进口压力和靶距下的打击力特性;分析冲洗角度对清洗效率的影响以及打击力与流量和功率之间的关系。结果表明:水射流打击力随进口压力增加而增加,随靶距增加而降低;冲洗角度会改变射流特性,影响清洗效果;通过增加进口压力来提升打击力比通过增大喷嘴直径更经济。