航空发动机金属海绵通风器分离特性数值研究

建立了一套金属海绵分离特性的数值研究方法。以金属海绵和金属海绵通风器为研究对象,采用体心立方模型作为金属海绵的简化模型;采用N-S方程求解流场,运用DPM模型对研究对象的油气分离特性进行了数值计算;并通过实验数据验证了该方法的有效性和可靠性。在此基础上,分析了不同的金属海绵结构参数、不同的通风器工况对分离特性的影响。结果表明,金属海绵有较大的孔密度和较小的孔隙率时,对油滴的分离效率更高;而金属海绵通风器的转速和入口流量较大时,对油滴的分离效率更高。研究发现,金属海绵通风器对尺寸很小的油滴有很好的分离效率并具有更好的综合性能。     

油气分离器内油滴运动轨迹的数值模拟

在不考虑相间相互作用的条件下，气相采用RNG k-ε（重整化群）湍流模型，油滴相采用随机轨道模型，对油气分离器一次油分内的油气两相流动进行了数值模拟，揭示了油气分离器内的流动分布和油滴的运动轨迹及分离机理．计算结果表明：一次油分内的速度场分布不均匀，而且靠近挡板底面附近的气流速度很小，这样易使进入二次油分滤芯前较小的油滴分离；另外，不同粒径的油滴其运动轨迹差别很大，很明显，粒径大的油滴较容易分离；油滴入射的初始位置不同，其分离速度的差别较大，运动轨迹也明显不同．     

旋风式油气分离器数值模拟与实验研究

针对旋风式油气分离器内高速旋转流场引起油滴与壁面碰撞而破碎,从而使分离效率降低的问题,设计了多种不同参数组合的旋风式分离器,对分离器内部气液两相流动及分离效率进行了数值模拟和实验研究,其中气相流场采用RNGkε-湍流模型,油滴运动轨迹采用分散相模型.同时,搭建了油气分离器性能试验台,对不同结构参数的旋风式油气分离器在不同工况下的分离效率进行了测试,并利用Malvern激光粒度分析仪对分离器进出口油滴粒径分布进行了测量与分析.研究结果表明,最佳的入口速度与参数组合使得分离器效率最高,对于直径大于25μm的油滴,旋风式分离器完全可以分离.旋风式分离器内部油滴分离的数值模拟与实验对比表明,采用考虑油滴破碎的分散相两相流模型的模拟结果与实验数据吻合良好.     

喷油压缩机卧式油气分离器特性的数值模拟及实验研究

在对油气分离器内气相流场模拟计算的基础上,采用随机轨道模型对不同直径油滴在分离器一次油分内的运动轨迹进行了模拟计算,并使用Malvern粒度分析仪对油分离器一次油分出口处的油滴直径分布特征进行了实验测量,同时对排气压力和喷油量变化对一次油分效率的影响进行了测量.结果表明:不同直径的油滴颗粒的运动轨迹差别较大,其分离时间和分离效率也截然不同,直径较大的颗粒较容易分离下来;油滴的入射位置对其运动轨迹及分离时间也有明显的影响.随喷油量的增加,油气混合物中大直径油滴增多,一次油分效率增高;一次油分效率随排气压力的升高先提高后降低,排气压力为0.65 MPa时,一次油分效率最高.模拟计算表明:此分离器一次油分能够完全分离的最小油滴直径为16μm;实测油气分离器出口处油滴的最大直径介于17.7～20.5μm之间,所占体积分数为0.2%.实验结果与数值计算结果基本吻合.     

油水分离器中液滴流动模拟方法研究

对油气储运行业来说,油水两相流是不可避免的问题.然而储运设施中油水两相带来了一系列风险,因此油品在储运过程中进行油水分离处理是必要的.对油水两相流中液滴流动的实验观测和数值模拟这两种主要研究方法进行了分析比较,指出了当前实验水平所具有的模糊、定性化和不统一等问题.在此基础上,提出了基于CahnHilliard方程的相场模型,引入了"Shift-Matrix"矩阵快速解法,通过与LBM方法的对比来论证本算法优越性,并通过对不同条件下水滴和油滴的运移及融合过程的模拟,验证了本文模型和方法的可靠性和正确性,指出了当前在油水分离器设计中所采用公式的不足,从而能够为日后油气储运领域实际油水两相流过程的研究提供理论依据和技术基础.     

吸气浮选处理含油污水适用药剂的评价

吸气浮选用于处理含油污水吸入气体量多.气泡直径大.水中分散油滴的脱除是基于大气泡夹带小油滴浮升分离而完成的.用四种药剂对两种含油污水进行分离处理.考察了不同药剂类型和用量的处理效果.实验证明,有效的药剂及适宜用量能降低油滴与气泡的电位,增加有效碰撞.促进细小油滴聚结絮凝.降低气泡直径.依据机理分析建立的动力学模型中的捕集因数、极限脱除浓度及气泡直径等参数可作为这些作用的评价指标.     

柴油机喷雾两相流蒸发混合的数学模型研究

提出了预测直喷式柴油机燃油喷雾蒸发和混合过程的数学模型.基于紊流射流的积分方法,在计及喷雾平均油滴直径和油滴分布指数随蒸发过程而变化的情况下,通过气相射流子模型和油滴蒸发子模型的有机结合,使柴油机喷雾两相流的计算大为简化.与复杂的密集喷雾模型相比,本模型的计算工作量很小,而两者的计算结果却符合较好.     

油气分离器内油滴轨迹的数值模拟

采用数值模拟的方法研究分离器内油滴的运动。单相流场采用各向异性的雷诺应力方程模型，气液两相流场采用相间耦合的DPM模型计算，用随机轨道模型对油滴的运动轨迹进行追踪。通过对油滴轨迹的分析，揭示了油滴在分离器中运动的物理机制。结果表明：油滴的轨迹受叶片数量、叶轮转速和油滴粒径的影响很大。     

旋流分离器油水分离机理的数值分析

采用计算流体动力学(CFD)的数值方法研究旋流分离器内的速度场分布,空气柱的产生、发展过程以及油滴粒子的运动轨道,探讨油水旋流分离器的分离机理.模拟结果表明:油水旋流分离器内的流场是三维非对称分布的;空气柱的产生和发展是负压和对流传输共同作用的结果;油滴粒子在径向力、轴向力以及周围湍流脉动流场的共同作用下作随机运动,部分粒子由溢流管排出而得到分离;通过计算溢流管排出的油滴粒子数与进入旋流分离器的油滴粒子总数之比可得到油水旋流分离器的分离效率.模拟结果为进一步研究旋流器特性参数对分离效率的影响和旋流器的结构优化提供了参考.     

井下旋流油气分离器流场数值模拟

鉴于现有油气分离器效率较低,为改善高含气井中井下多相混抽泵或电潜泵机组效率低下的问题,选择雷诺应力模型作为湍流模型,代数滑移混合模型作为多相流模型,对井下水力旋流油气分离器内的两相流场进行了数值模拟.通过数值计算得到了两相介质等浓度分布图和轴向速度矢量图,并将数值计算结果与同结构的水力旋流油气分离器样机的室内模拟试验结果进行了对比.研究结果表明,数值计算得到的各种图完全符合已知的旋流器流场分布规律.水力旋流器经过结构优化设计不仅可以进行井下油气分离,且分离效果较好,适用于较大流量和高含气率的油井条件.     

单锥式油水分离旋流器内流场的数值模拟

为了研究水力旋流器用于油水分离的复杂情况,使用FLUENT软件中的多相流欧拉分析方法,结合雷诺应力湍流模型对单锥式旋流器的内部流场进行了数值模拟.分析了旋流器内部的体积浓度分布、压力分布,以及切向、轴向和径向速度分布的规律,揭示了油水两相流的分离特性.在不同流量下,计算出了旋流器的流量-效率曲线,计算结果与实验数据吻合较好,从而证明了该湍流模型和数值算法的可靠性.     

水力旋流器内油水分离过程的三维数值模拟

由于计算模型的局限性,目前对水力旋流器内两相湍流的模拟计算仅限于来流分散相浓度低于10%(体积分数,下同)的情况.文中利用Fluent软件,将多相流欧拉分析方法与各向异性的雷诺应力湍流模型相结合,实现了水力旋流器内油水分离过程的三维数值模拟并预测了分离效率.该模拟可用于来流分散相浓度超过10%、湍流具有各向异性的一般广义情形,展示了油水两相由开始的均相来流逐渐在旋流器内分离、聚合、迁移的过程.实测结果验证了文中对旋流器分离性能预测的正确性.     

径向滑动轴承中油气两相流体的润滑特性

本文根据含有小气泡的油气两相流体的物理特性,建立了湿空气和油的两相流体润滑膜物理模型,以及径向滑动轴承的润滑基本方程,同时采用SIP法求解了上述方程,并对径向滑动轴承的性能进行了计算、分析。     

考虑变应力影响的粗糙裂缝油水两相流动能力数值模拟方法

油水两相相对渗透率和毛管力曲线是表征裂缝中流体流动特性的重要指标。基于侵入逾渗模型,建立一种考虑变应力影响的粗糙裂缝内油水两相流动数值模拟方法。通过蒙特卡洛法构建单条粗糙裂缝模型;利用侵入逾渗模型模拟单条粗糙裂缝中的稳态油-水驱替过程,数值求解毛管力及相对渗透率曲线。通过与Mualem解析模型比较验证模型的准确性。借助裂缝所受有效应力与开度间的解析关系,研究变应力影响下油水两相流动能力的变化规律。结果表明:油-水驱替过程中,随着裂缝有效应力增加,毛管力曲线呈整体抬升趋势,其中油相相对渗透率明显减小,而水相相对渗透率基本不变,同时发现油相开始流动对应的含水饱和度和水相基本失去流动能力对应的含水饱和度均随有效应力的增加而减小。     

新型分油机两相流场的有限元计算

采用两相流连续介质模型,对新型分油机内油水两相流动作了细致分析,并用有限元法解POISSON方程、N-S方程、连续方程的方法,对流场内压力场、速度场、浓度场进行了计算.计算结果与实际分油机分离现象相符,说明设计方案正确.为设计和维护保养提供一定依据.     

喷射润滑高速轴承内部油气两相流动研究

针对喷射润滑高速轴承内部产生的油气两相流动状态,基于VOF方法和滑移网格技术建立了油气两相流三维瞬态仿真模型,研究了轴承内部的两相流流场,揭示了润滑油喷入轴承后的油气混合过程,明确了轴承内部的油气比例和分布状态.建立了轴承结构-转速-供油量与轴承内部实际油液体积分数之间的联系,分析结果显示油液体积分数随转速的升高而降低,随供油量的增大而增加,并呈非线性关系,轴承内部油气分布不均匀,为高速滚动轴承的温度场分析提供了更为接近实际的边界条件.     

水力旋流分离器在油水分离领域的研究进展

水力旋流器利用密度差实现两相分离,具有结构简单、分离效率高等优点,因此在原油预脱水处理等油水分离领域得到广泛应用。 鉴于此,通过分析和收集水力旋流器相关文献,对油水分离领域水力旋流分离器的研究现状进行了阐述和总结,包括水力旋流分离器的发展历程、基本结构、内部流场和工作原理等相关方面;同时,对油水分离领域不同类型的水力旋流分离器进行了对比分析,发现在水力旋流器的结构参数优化以及内部液体流动规律等方面,单一结构的参数优化或单一、静态的系统分析不能系统全面地反映实际复杂工况。 因此,将计算机仿真模拟和相关先进检测技术相结合,用于旋流器的参数优化、内部液体流动规律分析以及构建预测模型等方面,对于旋流器的结构设计优化、分离效率提升等方面意义重大;另外,目前的研究多着重于旋流器的结构和流体特性等方面,对于旋流器内部的磨损、疲劳损伤等方面的研究较为缺乏;最后,对水力旋流分离器在油水分离方面研究的不足和发展方向进行了分析和展望。     

液力缓速器瞬态两相流动大涡模拟及性能预测

为了全面掌握液力缓速器各个流动单元内速度场和压力场的分布特性,提取了全流道几何模型作为计算区域,利用CFD平台的大涡模拟法和多流动区域耦合计算的滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,获得了不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分数分布情况,分析了流场内二次流、脱流及涡旋的产生机理,并计算了缓速器的外特性.结果表明:数值计算结果与试验结果吻合很好,误差在8％以内;流场计算十分准确,运用的大涡模拟方法可以有效地模拟液力缓速器流场内的真实液流结构,其结果可以用来指导液力缓速器的设计及其结构优化.     

螺旋油楔高速主轴动静压轴承研究

提出了一种新轴承--螺旋油楔动静压轴承.该轴承的结构能加速润滑油在轴向的流动;在周向两相邻油楔之间无润滑油流动.这样轴承的温升大为降低.该轴承具有高速、低温升、高抗振性优点,是高速主轴理想的轴承.