运用CFD-DEM耦合模拟计算离心泵内非稳态固液两相流动

 对于泵内固液两相流数值模拟,一般方法是将固体颗粒相视为拟流体,采用多相流的CFD 方法进行计算,但这难以体现固体颗粒形状大小、碰撞、凝聚和分离等特性。本文以工程中常用的IS 型离心泵作为研究对象,运用DEM 离散元法结合CFD 方法,采用EDEM-Fluent 耦合,模拟计算离心泵内非稳态固液两相流动,探索泵内固体颗粒群运动规律及其对外特性的影响。计算采用的固体颗粒密度为1500 kg/m³,泵入口固相体积率为15%,粒径在1.0～3.0 mm 范围内随机变化。计算得到了固液两相泵随时间的外特性变化,包括泵扬程、泵内固体颗粒体积的变化规律;得到了泵内固体颗粒群的运动轨迹和固相体积率分布等有价值的结果。     

旋转圆盘上液固两相流冲刷磨损数值模拟研究

对旋转圆盘内液固两相流冲刷腐损过程进行了数值模拟研究.数值模拟研究采用欧拉-拉格朗日方法来模拟液固两相流动,即通过在欧拉坐标系下求解流体相的雷诺时均方程组来模拟流体流场,通过拉格朗日坐标系下的随机轨道模型来获得固体颗粒相的运动轨迹.将最终数值模拟结果和实验测量数据进行了比较,结果表明文中构建的综合模型基本上是正确和可行的.     

ZA27合金凝固过程两相流数值模拟

ZA27合金的凝固特性为典型的糊状凝固并具有比重偏析，为研究比重偏析，本文建立了两相流凝固模型。用Phoenics软件在三维柱坐标系中建模，用有限差分法离散。浓度场模拟结果表明铸件中铝元素有明显的成分偏析，与试验结果基本吻合。该凝固模型能较好地解决凝固过程中固液两相的对流问题，较好地模拟比重偏析现象。     

稀疏固液两相流中空泡云的振动研究

建立了空泡云在稀疏固液两相流中振动的控制方程组，由小扰动理论和声学的方法求出了空泡在稀疏固液两相流中发生体积振动时声压传播的解析结果，分析了空泡云中空泡的大小、数量和混合流体中含气量、固体颗粒对空泡云振动的影响．     

盐析两相流场中PDPA测量方法

研究了在盐析液固两相流动中,盐析晶体颗粒流体动力学特性及其与流体非平衡性试验.在分析盐析两相流特点,总结两相流场测试方法的基础上,认为相位多普勒粒子分析仪(PDPA)是最合适、有效的盐析两相流测量仪器.结合管流及叶轮机械中的应用实例探索PDPA在盐析两相流测量中的方法,提出测量中需解决的关键问题:非球形颗粒测量、液固两相运动区分、测量窗口、旋转叶轮测量的周向定位、两相三维速度测量等,并给出了解决措施.给出部分测量结果,并进行了测量误差分析.为盐析流动机理的研究提供了一种有效、准确的试验手段.     

固液两相流设计渣浆泵

本文通过固液两相流的动量方程,初步分析了固液两相流的特点,并简单介绍了应用固液两相流设计渣浆泵的有利之处。１　离心泵叶轮中固液两相流分析１．１　固液两相流的动量方程假设固相由均匀颗粒组成,忽略颗粒之间的作用力：液相作为理想流体处理。由于固液各相的速度场不同,采用两相流体模型,分别建立固液两相流体的动量方用Ｃｖ表示固液两相流体的体积浓度,则在任一体积为Ｖ的两相流体中,液相的体积为（１－Ｃｖ）Ｖ。因此液相的动量方程为：ＤＶｆＤｓ＝ｆｆ－△ＰＰｆ＋Ｆｓ（１－Ｃｖ）ρｆ（１）固相和液相在两相流场中…     

渤南油田入井流体对地层损害的影响因素

入井流体进入地后，由于它不同于地层流体的物理性质和化学性质，因而会对地层造成一定的损害，在低渗流油藏中，这种损害尤为严重。室内实验及现场应用表明，井流体的矿化度、pH值，表面张力，固相颗粒尺寸，固相颗粒含量，细菌含量等是对地层赞成损害的主要因素。对渤南油田的地层损害进行了定性和定量研究，得到了各种因素对地层损害的影响规律。结果表明，入井流体的总矿化度大于8000mg/L, pH值在6．5－8．5，表面张力小于35mN/m，固相颗粒粒径中值小于4μm,固相颗粒含量小于4mg/L，细菌个数在10^6个／mL以内时，对地层的伤害可以减小到最低限度。     

宾汉流体与颗粒间的密相两相湍流研究

参照密相液固两相湍流方程，并考虑到宾汉流体的本构关系，建立了描述汉流体与颗粒间的两相湍流流动的控制方程，编制了计算程序，为数值计算奠定了理论基础，采用IPSAR（Inter Phase Slip Algorithm Revised）算法，对直圆管内的宾汉流体与颗粒间的两相湍流流动进行了数值计算研究。结果表明：在直圆管中，颗粒相的速度分布比较均匀，且其在壁面处高于宾汉流体，随着屈服应力的增加，两相主流速度均减小，同时宾汉流体动能有减小的趋势，而颗粒相体和浓度则呈现出增加的趋势，因此宾汉流体的了应力及对其湍流流动有重要的影响。     

镜像流体法模拟单颗粒沉降和绕凸起物流动

提出一种新的计算流体力学方法,即镜像流体法,通过指定固体区域内的流场参数,使相界面边界条件隐含满足,使得固液两相运动可以在固定的欧拉坐标系中求解。采用SIMPLE算法和控制容积法离散控制微分方程组。利用镜像流体方法数值模拟了单个球形颗粒的自由沉降过程,以及幂律流体、Carreau—Bird流体和粘弹性的Oldroyd—B流体绕半圆环形、三角形和梯形凸起物的二维圆管流动问题,模拟结果与报道的实验数据及计算结果很接近,初步验证了本算法的可靠性。     

快速颗粒流本构关系在固液两相流中的适用条件初探

从固液两相流的颗粒相本构关系的推导出发,分别运用Chapman—Enskog．方法和Grad-13矩法考察了液相作用下颗粒相本构关系．结果表明当两相脉动速度无关或同相位时,快速颗粒流本构关系适用于固液两相流的颗粒相．并对低、高浓度固液两相流定性分析了具体的应用条件．     

一种离散单元法的弹性可变形颗粒模型

基于弹性变形的Hooke定律,提出了一种考虑颗粒变形以及不同材料特性的离散单元法(discrete element method,DEM)的多边形颗粒模型,根据该模型开发了相应的DEM程序。应用有限元方法和DEM模拟了弹性颗粒的碰撞过程。通过与有限元计算结果比较,证明在处理颗粒的接触问题时,该弹性可变形颗粒模型比传统刚性模型能够准确地反映颗粒介质的实际变形和接触力的变化,从而能够提高DEM分析的精度。     

应用离散单元法对二维流化床内流态进行数值模拟研究

采用基于颗粒轨道模型的欧拉-拉格朗日数值模拟方法,将广泛应用于岩土力学中的离散单元法DEM (Distinct Element Method)引入流体力学中以计算颗粒与颗粒之间的作用力,同时考虑颗粒与流体间的相互作用(双向耦合),对二维流化床进行数值模拟,结果与实验观察到的现象基本一致,预示着离散单元法在密相气固两相流数值模拟研究中具有广阔的前景.     

基于DEM的埋管鼓泡流化床内颗粒运动特性模拟

该文采用离散单元法(DEM)对水平埋管的鼓泡流化床内颗粒流化过程进行了数值模拟研究。DEM方法通过求解Newton方程来模拟颗粒的运动过程,气相仍采用连续流方法模拟。因此,DEM方法能够获得颗粒尺度量级的详细结果。通过模拟不同埋管布置方式下流化床内密相区颗粒流化过程,研究了埋管布置方式对于鼓泡流化床内的颗粒运动的影响。结果表明:埋管布置方式会改变床层有效流通面积和埋管对颗粒的阻碍作用等,从而影响流化床内的颗粒群和气泡形态。埋管数量越多,颗粒与埋管由于相互作用而消耗的能量越大,平均颗粒速度和颗粒温度值越低。不同的埋管布置方式会导致颗粒混合速率的差异,增加埋管数量会降低颗粒混合程度。     

磁场对磁性湿颗粒运动机理的影响

为了了解磁流化床内磁性湿颗粒的运动特性,数值模拟了匀强磁场作用下磁性湿颗粒的运动。数学模型上,采用离散元法(DEM)模拟颗粒运动,同时考虑磁场和液桥的双作用力模型。仅针对二维溃坝问题进行数值模拟,分别研究磁场和液桥对颗粒行为的影响。数值模拟结果发现:无磁场作用时,液体体积分数增加,颗粒运动剧烈程度相对减弱,颗粒聚集行为增强;有磁场作用时,颗粒形成平行于磁感线方向的链,显著降低了颗粒的平均速度和平均位移。     

撞击流气固两相流动中曳力模型的分析

为研究水平对称撞击流中气固两相曳力模型对球形颗粒运动的影响,运用FLUENT软件对spherical、stokes-Cunningham模型以及一种新型曳力模型下的气固两相流进行了数值模拟。新型曳力模型利用FLUENT中用户自定义函数(UDF)程序实现。采用欧拉-拉格朗日方法计算流场速度分布、进出口压力差、颗粒在撞击流装置停留时间以及颗粒运动轨迹。结果表明,采用新型曳力模型模拟撞击流气固两相流动,其速度分布基本关于撞击面对称分布。对于不同曳力模型,气固两相撞击流装置进出口的压力差在24. 9～25. 0 Pa之间。采用新型曳力模型模拟颗粒在撞击流装置停留时间主要分布在0. 4～1. 0 s,其颗粒运动现象与实验结果在定性上是一致的。     

SPH方法在两相流动问题中的典型应用

应用光滑粒子法(SPH)对具有间断面的不同介质的流动问题进行模拟分析.在现有的SPH方法的理论基础上进行修正,通过对密度近似方程进行正则化处理,在理想气体状态方程中引入Van Der Waals修正项以及对物质点运动速度进行修正,模拟了密度相差较大的两相流动问题,并且使用图解分析了两相交界面在模拟过程中的清晰程度.通过气(液)泡上升以及两相溃坝问题对SPH方法在两相流动问题模拟中的可行性进行了分析.最后应用修正后的SPH方法有效再现了两相流动的物理过程,并且能清晰分辨不同介质之间的交界面,从而说明SPH方法能有效对两相流动进行模拟.     

基于DEM与遥感信息的秦淮河流域数字水系提取方法

利用数字高程模型DEM提取流域数字水系的方法存在精度差、提取出的流域水系与平坦地区和山区流域实际情况差别较大等缺陷.为了克服这一流域数字水系提取方法所存在的缺陷,引入了利用遥感信息来弥补DEM缺陷的方法;提出了一种利用遥感影像提取流域水系信息,采用基于数字河流和湖泊网络(DRLN)的水流方向修正法修正DEM中平坦地区主干河流及湖泊地区栅格的水流方向的流域数字水系提取方法,并以秦淮河流域数字水系提取为例对该方法进行了实验.实验结果表明,该方法能消除大量的平行河道,修正与实际偏差较大的主干河流,在平坦地区和山区均能提取出较符合实际情况的数字流域水系.     

超临界水氧化水膜反应器的气固两相流分析

基于欧拉-拉格朗日方程的拉格朗日离散相模型,并建立颗粒的受力模型,对超临界水膜反应器内的气固两相流特性进行数值模拟。模拟并分析了颗粒直径、入口速度对超临界水膜反应器内的颗粒运动规律、分布特性以及颗粒接近多孔璧的参数的影响,并且分析了超临界水膜反应器中一定直径的颗粒的流体随体性。对研究和优化超临界水膜反应器的气固两相流特性具有一定的指导意义。     

水砂混相流运动的CIP-DEM耦合数值模型

为建立精确模拟水砂混合流(如:挟砂溃坝溢流)问题的数值计算方法,提出了模拟固液混相流运动的垂向二维CIPDEM法耦合数值计算模型。模型采用CIP(constrained interpolation profile scheme)法求解描述水体运动的Navier-Stokes流体运动方程,采用DEM(discrete element method)法求解描述泥沙粒子团运动的牛顿力学方程;并通过水砂间的相互作用关系将水-砂运动进行耦合。通过分别对溃坝溢流和砂体下落的单相体运动进行数值模拟并与前人的实验结果进行对比,验证了CIP法流体计算模型和DEM法砂体计算模型妥当。在此基础上,采用所建立的CIP-DEM水砂耦合数值计算模型对干床面上的挟砂溃坝溢流问题进行了数值模拟,计算得出的挟砂溃坝溢流中的水、砂运动形态和运动过程与Zhang(2009)等的实验结果吻合良好,表明提出的CIP-DEM耦合模型在对具有大自由表面变形的水砂运动问题的模拟中具有较好的适用性。