Sensitivity Analysis as a Tool for Estimating Numerical Modeling Results

Modeling of real physical processes by numerical methods is highly time-consuming and requires significant computational capacity. In some cases, tens or even hundreds of hours of high-power computing are needed to virtually model a real process that lasts one second. Processes that take many hours, such as drying, pose an even greater challenge. This problem can be solved in two ways: by using faster computers (such as computing clusters) or by significantly simplifying the modeled process (its geometry, physical phenomena, or the impact of individual factors). For this reason, all methods which speed up or minimize the number of simulations required to achieve the research objective should be analyzed. This article focuses on the latter approach, and it proposes a simple method for predicting the responses of a numerical model (values of any output parameter) to changes in input values (values of any input parameter). This method requires a base model, such as a numerical model which is qualitatively and quantitatively consistent with experimental observations, and a sensitivity analysis. This article discusses the mathematical and logical premises for the discussed model, and it proposes two methods for predicting numerical simulation results. Those methods are illustrated with examples which analyze the behavior of the Eulerian Multiphase Model and describe phase interactions based on Gidaspow's approach. The discussed example relies on data from a series of articles published by the authors in Drying Technology. This article was inspired by the observations made during a time-consuming process of modeling a spouted bed grain dryer, which was described in the above publications. The objective of this study was to discuss the advantages and possibilities created by sensitivity analyses of numerical models and to encourage their practical application.     

基于Chan-Vese模型的树形结构多相水平集图像分割算法

由于Chan-Vese(C-V)模型通过单个水平集的符号将待分割图像划分为目标和背景两个部分,所以当图像的多个目标的轮廓成多连接时,C-V模型将无法表示.为了解决C-V模型在表示目标轮廓上的局限,提出了基于C-V模型的树形结构多相水平集算法.关键策略是通过改变图像背景,使得水平集在新图像上重新收敛;核心技术是依据同时明度对比提出的背景填充技术;算法流程采用多水平集串行收敛方式实现多相分割(n-1次收敛可以实现n相分割,n＞1).实验结果表明,本算法可以表示复杂的区域连接情况(n相分割最多可以表示n连接情况),能够实现多目标分割(n相分割可以实现n-1个目标分割),特别适合于目标中含有子目标的图像.     

深水压井井筒瞬态传热及复杂流动行为研究

在深水压井循环期间,随着压井液的循环,井筒瞬态温度场不断变化,导致环空多相流动行为变化复杂,进而影响压井过程中的井筒压力分布.为快速准确地预测深水压井过程中不同循环时间和压井排量下的井筒瞬态温度分布,基于能量守恒原理,综合考虑压井液、钻杆、环空、地层、海水以及隔水管之间的热传递,建立了深水压井过程中井筒瞬态温度场解析模...     

高碳烯烃氢甲酰化研究进展

水/有机两相催化体系被成功应用于低碳烯烃氢甲酰化反应.对于水溶性差的高碳烯烃,其氢甲酰化反应速度远远低于低碳烯烃.本文论述了近年来铑催化高碳烯烃氢甲酰化反应的研究和开发进展,其新型配体和新催化体系的研究开发一直是该领域的研究热点.主要涉及两相反应体系中的水溶性膦配体以及均相催化剂固相化、氟两相催化、非离子液体催化体系和超临界CO2中的氢甲酰化反应等几种新型反应体系.     

钠水反应试验系统中小泄漏钠水反应氢气分布特性

蒸汽发生器是钠冷快堆的关键设备之一,其传热管破裂引发的钠水反应会产生大量氢气及热量,危害钠冷快堆的安全运行。本文基于VOF多相流模型,在钠水反应试验系统内开展中小泄漏钠水反应工况的数值分析,获得了高压反应釜内氢气在钠水反应下的三维空间分布特性和迁移特性。结果表明：高压反应釜内氢气的迁移特性受钠液流速影响,氢气在整个循环环路的迁移特性主要受水泄漏量控制。通过设置灵敏度为0.005 ppm的氢计,获得了环路不同区域检测到氢气的最快特征时间。     

颗粒负荷对小型旋风器性能影响的模拟分析

为探究颗粒负荷对小型旋风器内气固两相流动的影响,基于雷诺应力模型（RSM）和欧拉-欧拉方法的混合流模型（Mixture）进行气体-颗粒、颗粒-颗粒的相间耦合计算。采用粒径为0.5～5μm的颗粒组在40L/min、60L/min和80L/min的入口流量下模拟0~3kg/m³的5种不同颗粒浓度工况,通过对比旋风器内纯气相流场和颗粒负荷流场的不同,研究了颗粒的存在对流场的影响;探究了入口流量和浓度变化对旋风器内分离效率和压降特性的影响。基于模型有效性验证的数值模拟结果表明：较高颗粒浓度负荷使旋风器内的气相流场发生显著变化。随着入口流量的增大,旋风器的分离效率先增大后减小,压降呈非线性增大。随着颗粒浓度的增大,旋风器的分离效率逐渐增大,压降先减小后增大。     

超重力强化臭氧高级氧化技术的研究进展

臭氧高级氧化技术因其绿色高效、适用性广、操作简便等优势,成为当前水处理领域前沿技术之一,但臭氧在传统反应器内普遍存在吸收效果差,臭氧利用率低等缺陷。旋转填料床（RPB）利用高速旋转的填料产生超重力场,将液体剪切破碎为细小的液膜、液丝或液滴,其较高的相界面积、不断更新的界面以及内部流体的强制湍动,加快了臭氧的传质与分解,该技术对于传质受限的臭氧高级氧化过程的强化有着突出的优势。本文简述了超重力强化臭氧氧化过程的原理,介绍了RPB与O₃、O₃/H₂O₂、O₃/Fenton、O₃/PS（过硫酸盐）、催化臭氧氧化等高级氧化法耦合应用处理有机废水的研究现状,并对超重力技术的优势及技术突破进行了述评,总结了超重力应用臭氧高级氧化技术的潜在经济效益和环境效益,提出功能化填料及大型RPB的开发需求,以期为超重力技术在废水处理领域的拓展应用提供理论基础和技术参考。     

基于BS值的钢中多相组织分相技术

为了对钢中双相或多相组织进行分相定量表征,利用场发射扫描电镜(FE SEM)与电子背散射衍射技术(EBSD)中的BS值对其进行了详细的研究与讨论。结果表明,对于单相的铁素体、贝氏体或马氏体,其BS灰度分布图呈近似的正态分布,BS图可以呈现出类似于组织的图像。利用BS值可以很好地对结构相近的双相或多相组织进行分相定量。在分相定量时,需选择适合的拟合函数,定量结果才更为准确。     

水平管路油气混输模拟技术

以双流体模型为基础,建立了适用于水平油气混输管路的瞬态数学模型,并讨论了模型的求解以及分层流的结构方程对计算结果的影响。在大型多相流实验环道上进行了大量的混输瞬变流动过程实验,利用实验和现场数据对瞬态模型模拟得到的混输管道中的平均持液率、压降以及瞬变过程的入口压力、持液率等流动参数等进行了验证和计算,结果表明建立的模型可以比较准确地预测油气混输管路中的流动参数。     

尿基熔体造粒高塔内流场分析

以复混肥造粒过程原理为基础,采用Fluent软件对尿基复混肥高塔造粒过程进行数值模拟。连续相数学描述采用欧拉法,分散相采用拉格朗日法,连续相与分散相进行耦合计算。分析得到造粒塔内空气的温度、速度分布及复混肥颗粒的运动轨迹、空间分布。通过与测试结果对比,证明数值模拟结果可信,方法可行。关键词尿基复混肥高塔造粒数值模拟多相流