轴流泵固液两相数值模拟及磨损特性研究

为研究轴流泵输送含沙水时过流部件的磨损情况,基于ANSYS CFX软件,应用非均相流模型和粒子模型,对轴流泵内固液两相流场进行数值模拟.重点分析了过流部件壁面处固相体积分数分布、固相滑移速度、体积分数分布及滑移速度与过流部件磨损的关系.结果表明:固相颗粒主要集中于叶片头部和叶片工作面,导致了叶片工作面磨损速度大于背面,并以进口头部的磨损破坏最为显著;固相滑移速度方向的不同,造成了叶片头部和叶片表面磨损类型的不同;固相滑移速度大的地方,固相体积分数较大,过流部件的磨损较为严重;在相同固相体积分数下,叶片工作面固相滑移速度大于背面;在叶片表面的同一部位,固相滑移速度均随着固相体积分数和颗粒直径的增大而增大,大颗粒对过流部件的磨损更为严重.     

深海矿石输送设备工作性能

为研究深海矿石输送设备的工作性能,提出矿浆分离效率和矿石储集效率这2个评价指标,运用计算流体力学理论和Fluent仿真软件对矿石输送设备三维流场模型内固液两相流进行模拟仿真,研究进料流量、颗粒体积分数、颗粒粒径和活塞行程对这2个评价指标的影响。研究结果表明:进料流量越小,矿浆分离效率和矿石储集效率越大;随着颗粒体积分数增大,矿浆分离效率减小幅度不大,矿石储集效率先增加后减小,存在1个最优体积分数,粒径越小,最优体积分数越小;矿浆分离效率随颗粒粒径的增大而增大,当颗粒粒径增大到25 mm后,矿浆分离效率上升幅度很小;矿石储集效率先随颗粒粒径的增大而增大,当颗粒粒径增大到20 mm后,矿石储集效率大幅度下降;矿石储集效率随活塞行程的增大先大幅度上升,随后趋于平稳,而活塞行程对矿浆分离效率影响不大。     

天然气水合物输送管道的压力损失规律

为了研究海底天然气水合物绞吸式开采水力输送系统中管径、流速、体积分数和颗粒粒径对输送系统压力损失的影响规律,确定各参数的合理选择范围;建立输送管道三维流场模型,采用控制变量的方法,运用计算流体力学理论和Fluent仿真软件对输送管道内固液两相流场进行仿真分析。研究结果表明:输送系统压力损失梯度随管径的增大而减小;当管径增大到0.4 m时,继续增大管径对压力损失梯度影响越来越小;压力损失梯度随浆体流速的增大先减小后增大,存在1个最优流速,在2.5～4.0 m/s之间,且颗粒粒径和体积分数越大,对应的最优流速就越大,压力损失梯度随体积分数的增大呈线性增大;压力损失梯度随着颗粒粒径增大而增大,但增大幅度很小。     

离心泵输送清水和含沙水时滑移系数的变化

应用Fluent软件对离心泵进行清水和含沙水的数值模拟,分析离心泵在输送清水和含沙水时的滑移系数变化.结果表明:滑移系数的变化与扬程有关;泵在输送清水和含沙水时滑移系数差异较大,且滑移系数随流量的增大而迅速减小;含沙水体积分数较小时,滑移系数随粒径的增大而增大,扬程也伴随升高;体积分数增大,滑移系数随着沙粒粒径的增大而减小,随着体积分数的增大而递减剧烈,扬程随之降低.     

环管反应器内液固两相流的数值模拟

为了对环管反应器内液固两相的流动形态进行研究,建立以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型。在浆液流速远大于自由沉降速度的情况下,模拟不同浆液入口速度时的环管反应器上升段压力降,同时对管道内液固两相流中的一些重要参数进行数值研究：在入口液固两相体积分布均匀的情况下,环管反应器上升段、弯管段以及下降段液固两相体积分布和液固两相速度均不一样,在弯管段由于离心力引起管道内二次流,使得固相颗粒甩向弯管的外侧壁,引起固相体积分数在弯管外侧壁明显增大,管道内固体颗粒相分布不均。在浆液速度v=3m.s-1时,液相和固相的速度有一定的速度差,随着入口速度增大,速度差变小;当浆液速度v=7m.s-1时,固体颗粒相速度分布与液相速度基本相同,两者之间的滑移速度可以忽略。计算结果与传统经验公式的比较表明模型能有效地描述环管反应器内压力降和反应器内浆液流动形态。     

卧式双轴搅拌槽的液固两相流数值分析

采用液固两相流的数值模拟方法,针对卧式双轴搅拌器的均质混合,运用FLUENT软件结合非结构化网格划分、Eulefian多相流模型、RNG k-ε湍流模型及离散相模型,在非稳态条件下数值模拟卧式双轴搅拌槽的速度分布、压力分布、湍流强度及颗粒轨迹线的规律,分析不同工况对均质混合效果的影响,并获得搅拌轴扭矩及流场冲刷磨损率.在此基础上,分析搅拌功率、搅拌效率和叶片冲刷磨损率的变化规律.研究结果表明:搅拌功率随粒径增大而减小,随体积分数的增大而增大,与转速近似线性关系;当转速高时,搅拌效率高,且粒径和颗粒体积分数对搅拌效率影响小;当颗粒体积分数大时,磨损量大;当粒径增大时,磨损率先增大后趋于平稳.     

基于正交试验设计的水合物浆液流动特性数值模拟

 针对竖直管道内水合物浆液输送过程中的流动问题,以浆液流速、水合物颗粒粒径和水合物颗粒体积分数作为影响浆液流动特性的主要因素,以水合物浆液在管道输送过程中的压降为评价指标,对水合物浆液在竖直弯管中的流动进行了正交试验设计,并在正交试验设计的基础上运用CFD软件模拟了浆液在管道中的流动情况。结果表明,在浆液输送过程中,输送速度对压降的影响最大,随着输送速度的增加,压降损失也随之增大;颗粒的粒径对压降的影响次之,水合物颗粒的粒径越小对压降的影响越大,随着粒径的增大,压降损失趋于平缓;水合物颗粒体积分数对压降的影响最小,随着水合物颗粒体积分数的增加,压降逐渐减小。通过对试验结果的进一步分析,给出了该试验条件下水合物浆液在管道输送较优的方案。     

加压循环流化床气固流动特性实验研究Ⅱ:气固滑移特性

针对加压煤燃烧、气化和化学链燃烧的发展需求,建立了一种上升管内径为0.068 m、高5.2m的加压循环流化床冷态实验装置,研究了不同操作压力(0.1 ～0.5 MPa)下,平均粒径为137 μm、密度为2 490 kg/m3的Geldart B类颗粒的气固滑移特性.实验结果表明,在固体通量和状态表观气速一定的情况下,随操作压力的增加,上升管内颗粒的表观滑移速度和表观滑移因子逐渐减小,但并未对上升管内的气固滑移特性造成本质影响.与常压情况类似,加压下表观滑移速度、状态表观气速和表观颗粒体积分数之间存在显著的相关性.无量纲滑移速度随表观颗粒体积分数的增加呈幂函数型增加,表观滑移因子随无量纲滑移速度的增加呈指数型增加.     

NiFe2O4尖晶石粒度级配对振实效率的影响

根据Furnas模型及线性堆积理论,研究了两种粒径颗粒的级配及细颗粒体积分数对NiFe2O4尖晶石基料振实堆积效率及空隙率的影响,发现随着粗细颗粒粒径比(R)的增大,NiFe2O4尖晶石基料振实堆积效率(E)也相应增大,空隙率减小,且当细颗粒体积分数为30%～40%时,体系的振实堆积效率最大·将粒度分布最宽即粗颗粒尺寸为1 00～0 85mm的试验结果与理论计算值相比较,发现当R≤5时,Furnas模型适用于该体系,但当R≥7时,Furnas模型中的参数C2为6时更适合·     

壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯过程的影响

 数值模拟了壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯（RPVC）过程的影响。由Navier线性滑移定律确定螺杆壁面熔体所受的剪切应力与熔体滑移速度的关系,在不同壁面条件下,使用Polyflow软件的Eolution法,数值计算了异向锥形双螺杆计量段流道内RPVC熔体的体积流量和三维等温流场。结果表明,熔体在螺杆壁面无滑移时,螺杆流道内熔体速度大,速度梯度大,剪切速率等值线形状不规则,分布杂乱。当滑移系数小于104Pa·s/m时,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量不变。当滑移系数大于104Pa·s/m时,随着滑移系数的减小,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量增大,速度梯度减小,压力和剪切速率梯度减小,参考线上熔体压力波动减小。因此,改善壁面条件有利于提高聚合物螺杆挤出过程的稳定性,降低制品的残余应力,提高制品质量。     

垂直旋转圆盘边缘液体滑移率及液柱形态

旋转圆盘表面液体与壁面之间存在切向相对滑移,液体的转速并不等于圆盘转速.利用高速摄影拍摄圆盘边缘液体形态,用软件Image J测量了液体的滑移率及液体头液滴与液柱的直径比.分析发现,垂直旋转圆盘不同区域的液体滑移率不同,随转速增加,各区域滑移率趋向相同,为10％～13％.圆盘表面的波动、边缘液体的形态会影响液体滑移率的...     

滑移边界下气膜厚度阶跃变化的阶形板间气体流动

为进一步研究微尺度下气膜厚度阶跃变化的阶形板间气体流动的相关物理特性,通过代入适用于任意克努森数的新滑移边界条件修正雷诺方程,应用有限体积法迭代求解了阶形板间沿气体流动方向的气膜压力和克努森数分布曲线,沿高度方向的气体流动速度分布曲线,不同环境克努森数下的气膜承载力随速度参数的变化曲线。结果表明:随着气膜间克努森数进入滑流区时,边界速度滑移效应对流体流动特性作用明显,当气膜间克努森数进入过渡区时,一阶滑移与新滑移边界条件间的数值结果产生明显偏差。可知相对于滑移系数固定的一阶滑移边界条件,滑移系数随气膜间克努森数改变而变化的新滑移边界条件,可以更好地描述高度存在阶跃变化即气膜间克努森数跨区域分布的微尺度气体流动。     

复杂路况下高速行驶汽车防抱死制动系统滑移率最优跟踪控制

为了研究在复杂路况下高速行驶汽车能稳定制动的控制策略,基于防抱死制动系统(ABS)滑移率非线性动力学模型,以滑移率误差及其变化率综合最优为控制目标,利用极小值原理推导出制动时最优滑移率的解析解,进而利用制动减速度、制动车速、车轮角速度等反馈信号,在无需复杂路况附着系数信息的前提下,计算制动控制扭矩,建立ABS滑移率最优跟踪控制方法.利用Matlab/Simulink软件,对不同复杂行驶路况下目标滑移率的最优跟踪控制效果进行了仿真验证,发现实际滑移率均能在任意规定的时刻与目标滑移率同步;而同步过程的滑移率误差仅取决于滑移率误差权值与误差变化率权值的比值和制动初始时刻的滑移率误差.所建立的控制方法能保证在复杂路况行驶的任意时刻较为快速、精准、稳定地完成最优制动控制.     

板坯连铸结晶器数值模拟

运用Fluent 6.3对板坯连铸结晶器进行数值计算,研究拉速、水口浸入深度及水口开口角度对流场的影响.结果表明:对于断面1400 mm×230 mm结晶器,随拉速增加,液面最大水平和垂直流速均增加,而窄边冲击点的位置基本不变,随距液面距离增加,窄边速度先增加后减小,直至趋向于零;当拉速超过1.2 m.min-1时,液面水平速度增加明显.随水口浸入深度增加,液面最大水平流速减小,浸入深度超过140 mm时,最大水平流速变化不明显;垂直于液面方向的最大速度逐渐增加;对窄边冲击点影响较小.随水口开口向下角度增加,液面最大水平流速减小后增加,水口开口向下12.5°时液面最大水平流速最小,而水口开口向下10°～12.5°时窄边冲击点速度最小.     

基于3DEC的楔形体滑移过程分析 ——以兰成渝管线伴行边坡 K0526+300边坡为例

岩质斜坡楔形体滑移速度变化与路径曲线,对防治工程的布置有重要意义。为了研究岩质斜坡楔形体失稳滑移的速度变化及路径曲线,分析滑移运动过程与防护工程布置的关系,以兰成渝管线伴行道路岩质边坡——上缓下陡反倾边坡的楔形体为研究对象,定性分析楔形体的稳定性及滑移过程,使用3DEC模拟滑移过程并监测该过程速度位移变化。得到楔形体滑移运动分为匀加速直线、转动滑移变速和匀加速直线3个阶段,楔形体绝对速度的3个极小值存在于转动滑移阶段。针对以上楔形体滑移运动特征,提出在转动滑移变速阶段进行楔形体滑移灾害防治的建议,为防治工程的布置提供了依据。     

矩形微通道内滑移区气体流动换热的数值模拟

在等壁温边界条件下对矩形微细通道速度滑移区的对流换热进行了二维数值模拟、在一阶速度滑移和温度跳跃的边界条件下，计算出了通道内的速度和温度以及压力分布。比较了不同克努森数Kn对于滑移速度和跳跃温度的影响。结果表明，由于气体的稀薄性，压力呈现更加线性化减小的趋势，随着Kn的增加，通道入口与出口处的滑移速度和跳跃温度至现增加的趋势。在通道入口附近，气流速度和温度变化剧烈，而在出口处截面平均流速和温度随加的增加而降低．     

聚合钛铁净水剂混凝效果及污泥沉降性能

以钛铁矿为原料制备聚合钛铁净水剂（I-PTF），并利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析其微观特性。通过烧杯实验和污泥沉降实验研究I-PTF净水效果和污泥沉降性能，并利用荧光显微镜观察其污泥形貌。结果表明：I-PTF对COD_Cr的去除效果优于聚合氯化铝（PAC），在投药量为168 mg/L时，I-PTF对于CODCr的去除率比PAC高22%；与PAC相比，I-PTF的污泥体积减量率达到80%以上，其沉降速度也快，11 min左右即可沉降完成；I-PTF形成的絮团更加紧密，边界更加清晰。     

聚合钛铁净水剂混凝效果及污泥沉降性能

以钛铁矿为原料制备聚合钛铁净水剂（I-PTF），并利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析其微观特性。通过烧杯实验和污泥沉降实验研究I-PTF净水效果和污泥沉降性能，并利用荧光显微镜观察其污泥形貌。结果表明：I-PTF对COD_Cr的去除效果优于聚合氯化铝（PAC），在投药量为168 mg/L时，I-PTF对于CODCr的去除率比PAC高22%；与PAC相比，I-PTF的污泥体积减量率达到80%以上，其沉降速度也快，11 min左右即可沉降完成；I-PTF形成的絮团更加紧密，边界更加清晰。     

湿滑状态下飞机轮胎与道面摩擦特性试验

湿滑道面会造成飞机制动性能下降,影响起降安全。本文通过搭建污染跑道摩擦特性测试装置,根据飞机在湿滑道面滑跑的实际情况,对飞机轮胎在不同水膜厚度、速度、载荷条件下运行的接触力、滑移距离进行研究,分析了湿滑条件下道面摩擦特性与影响因素间的关系。实验结果表明：水膜厚度对道面摩擦特性影响显著,水膜厚度为13mm时,轮胎与道面之间的接触应力变化明显,滑移距离大幅度增加。随着速度的增加,轮胎与道面之间的接触应力呈线性增加趋势,过高的速度会增加滑水风险。轮胎载荷的增加会减少湿滑道面上的滑移距离,在一定程度上提高飞机轮胎的载荷,能有效改善湿滑道面上的摩擦特性。