竖直槽道中泡状湍流的数值模拟研究

利用直接数值模拟技术计算研究了泡状槽道湍流问题,着重研究了当重力方向和流动方向反向(逆流方向)和同向(顺流方向)时气泡运动和湍流脉动的相互作用.比较了泡状槽道湍流和纯剪切槽道湍流的流场统计特性,分析了气泡在流场中的分布规律,讨论了气泡在湍流流场中的脉动运动特性及其对湍流近壁结构的影响.计算结果表明,逆流泡状槽道湍流中,气泡增强流体运动,湍流的统计特性增强;而在顺流情况下,气泡对流体运动的作用相反.     

浮选过程的拓展及超重力油浮过程的分析

基于被去除颗粒和浮选剂的特性，对浮选过程进行了拓展，提出了更新、更全面的浮选概念，并着重分析了超重力油浮过程，其中包括油滴和固体颗粒在超重力场(旋流场)中的径向和切向碰撞吸附过程，得出了切向剪切应力与入口雷诺数的关系式，为有效控制调整超重力油浮过程中旋流器剪切应力提供了理论依据．     

微细粒锡石的两液浮选

本文研究了-5微米锡石的两液浮选,并与相应条件下的常规浮选进行了比较。结果表明,两液浮选工艺优于泡沫浮选,锡石回收率可达99.3％,精矿含90.0％SnO_2。研究发现,捕收剂在两液浮选中起着三重作用:(1)使矿粒疏水;(2)使油相乳化;(3)影响油滴表面电性。油液表面的ζ-电位负值比矿粒-溶液间的ζ-电位还大,是两液浮选中的一个重要影响因素。两液浮选比泡沫浮选优越的原因:(1)两液浮选中产生的油/水界面较大,提高了细粒矿物的碰撞几率和附着面积;(2)油相体系的Hamaker常数比气相体系的Hamaker常数大,因而油滴比气泡更有利于疏水矿粒的粘附。     

基于涡旋强度亚格子应力模型的湍流有旋流动大涡模拟

为了改进大涡模拟方法预测湍流有旋流动的能力,将一种基于涡旋强度构建的亚格子涡粘模型应用于悉尼旋流燃烧器的冷态场大涡模拟中.选取高雷诺数低旋流数和低雷诺数高旋流数两种工况,验证该模型在强剪切且有旋流场大涡模拟中的表现,并与动态Smagorinsky(DSM)模型模拟结果以及实验结果进行比较.模拟结果表明,基于涡旋强度模型(SSM)的大涡模拟结果能够合理预测钝体回流区、二次回流区以及中心射流进动等重要特征,同时速度统计矩结果总体好于DSM模型结果.但在旋流剪切层处二阶矩预测较高,说明SSM模型在剪切层处可能耗散较大,需要改进.     

基于Fluent的快浮嵌入式浮选柱给料方式数值研究

基于微细粒铝土矿浮选的速度快、泡沫量大等特点,提出在旋流-静态微泡浮选柱上部嵌入快速浮选单元。为了研究嵌入式快浮单元下的给料方式对浮选柱内部流场的影响,利用计算流体力学Fluent软件对传统工业给料以及2种快浮单元给料结构下的浮选柱内部流场进行数值模拟。研究结果表明:3种给料方式下的柱体内流线虽有差异,但均能满足浮选柱对物料分选的基本要求;对于3种不同的给料方式,浮选柱旋流段的旋涡强度基本相同,在同一径向位置上切向速度的最大差值在0.1 m/s以内,说明给料方式对浮选柱内部流场影响较小;与其他2种给料方式相比,快浮单元环形给料下的浮选柱入料段湍流强度低,湍动能主要集中在0~0.05 m2/s2,柱分选段轴向速度主要集中在-0.15~0.15 m/s,轴向速度沿径向分布较其他2种均匀,对矿物的分选以及二次富集更有利。     

气液旋流器内液滴破碎和碰撞的数值模拟

气液旋流分离器内是一个复杂的强旋湍流场,流场内的液滴受气动力、剪切力和湍流脉动的作用,发生剧烈的相互碰撞、聚合、破碎并撞击筒壁.对旋流器内液滴间的碰撞、聚合、液滴的破碎和碰壁的机制进行分析,在前人研究的基础上,结合旋流器的实际情况,提出适用于气液旋流器强旋气相湍流场内液滴问碰撞、液滴破碎和碰壁过程的计算模型,对新的数学模型进行数值模拟计算.结果表明,本模型能较为准确地预测强旋气相湍流场内液滴间碰撞、液滴破碎和碰壁过程,完善了气液旋流器的分离机制模型,为改善其分离性能及其工程设计提供了理论基础.     

小尺度新月形沙丘背风侧流场特性的大涡模拟分析

为了准确获得新月形沙丘背风侧湍流流场流动特性,采用基于Smagorinsky的亚格子尺度涡黏模型的大涡模拟(LES)方法,对简化了的实验缩比小尺度沙丘模型绕流气相流场进行了数值研究,模拟了相同来流风速、不同沙丘迎风坡度和高度下背风侧风场的湍流流动模式,获得了背风侧区域地表面摩擦系数分布,比较了回流区长度和湍流强度分布.模拟结果表明:LES方法能较好地揭示背风侧湍流流场特性;流场重附距离随沙丘迎风坡度和高度的增加而增大;背风侧回流区内湍流强度总体上比回流区外大,回流区内沙丘坡脚位置及重附点位置处湍流强度最大值出现在贴近地表附近,随沙丘高度的增加而增大;回流区中部湍流强度最大值出现在回流区顶部,随沙丘高度的增加先增大后基本不变.     

平展流燃烧湍流场的数值模拟

将旋转离心力的作用引入Ｋ－湍流双方程模型中,在平展流内的强旋有回流区采用轴对称的圆柱坐标,其他区域采用直角坐标的组合坐标系统,有效地解决了对平展流燃烧流场的数值模拟数值模拟结果得出,旋流数愈大愈有利于稳定平展流的形成,而消耗的动力愈大;喇叭口曲率半径的增大亦有利于稳定平展流的形成,但燃烧器烧嘴砖厚度亦增大,提出在设计平展流燃烧器时,旋流强度取１．２～２．０,扩散喷口曲率半径取（０．８～１．５）Ｄ。     

旋转半径和叶片安装角对动叶旋流冷却流动和传热特性的影响

针对航空发动机涡轮动叶片中应用旋流冷却的问题,建立了旋转条件下的旋流腔冷却模型,比较了静止和旋转条件下冲击与旋流冷却的流动传热特性差异,研究了旋转半径和叶片安装角对旋流冷却特性的影响规律。研究结果表明:叶片旋流腔旋转显著改变旋流冷却气动传热特性,旋转条件下旋流腔产生离心力和科氏力;离心力驱使冷气向叶顶方向运动,加强冷气横向冲击作用,使得高传热区域向叶顶方向偏移;科氏力方向为轴向上游或下游,引起冷气轴向回流,增强冷气掺混,减小射流冷气周向速度,显著降低了传热强度;旋转条件下,旋流冷却传热强度比冲击冷却提高了27.6%;与静止条件相比,旋转数为0.819时冲击冷却传热强度减小了30.0%,旋流冷却传热强度减小了18.6%;叶片旋流腔旋转半径增大时,冷气周向速度稍有减小,靶面平均Nu略有减小;叶片安装角增大时,旋流冷却流场和平均Nu不变,周向平均Nu分布均匀性降低。     

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.     

两种导叶设计方法对液-液旋流器的流场影响的数值模拟

为了高效低阻地处理油水分离后产生的含油污水,采用两种不同方法(气动法和几何法)设计了液-液旋流器的导叶结构。并利用Fluent软件对两种结构的旋流器内流场进行模拟,着重分析了旋流器内速度场、压力场以及剪切强弱。结果表明气动法导叶的旋流器相较于几何法导叶的旋流器具有以下特点:切向速度和轴向上行速度峰值较大,导叶对流体的控制性好,无脱流现象产生;静压的径向压力梯度较大,但总压的轴向压降较低,即能耗较低;湍流强度较低,剪切应力峰值略高。因此气动法导叶的加速和控制流体转向能力较好,可以产生较大的离心力,同时产生的湍流场各向异性较弱,有利于降低液滴破碎的可能性,提高分离效率,具有较好的应用前景。     

基于FLUENT滑移网格的浮选离心叶片泵内流场的CFD分析

在浮选设备中离心泵的性能对浮选过程的平稳性和效率有着重要影响,为了准确掌握离心泵内部流场的变化情况,运用FLUENT软件中的滑移网格技术对叶片式离心泵进行流场动态数值模拟,分析得出叶片旋转情况下内部流场不同时间点的总压力图、速度矢量图和湍动能图,为离心泵的设计和优化奠定基础。     

离心式中间包流场的大涡模拟研究

为了研究离心式中间包的流动过程,采用大涡模拟(LES)方法针对3种不同情况,即(a)电磁力加直水口注流;(b)利用钢液的位能使用弯水口注流;(c)电磁力和弯水口注流共同作用,考察了影响旋流强度和中间包内流动结构的工艺参数.结果表明,LES方法可以成功模拟离心式中间包的三维湍流流场.与单纯电磁力或单纯弯水口相比,旋转电磁力和弯水口共同作用时可使水平面的旋流强度显著增强.在原有电磁力作用的基础上,使用弯水口注流可比原流场最大速度值增加约15%~19%.     

圆形离心浮选机的研制

圆形离心浮选机是集离心力场和重力场作用于一体的有效用于细煤泥浮选的新型煤泥浮选设备。它使切向给入的矿浆在浮选机内形成旋流，旋转的矿浆产生的离心力场强化了重力场中煤泥的浮选，加快了煤泥的浮选速度，提高了分选精度。该机具有分选效果好、浮选速度快、气泡直径小、结构简单、容易操作等优点。     

气液两相流多尺度相干结构及其间歇性

小波分析用于流体力学的研究已有一定的进展,采用恒温热膜测速技术,以高于对应的最小湍流时间尺度分辨率,精细的测量了鼓泡塔内不同空间位置的瞬时气液两相流动速度信号。基于子波系数的瞬时局部平坦因子,提出用子波分析检测湍流多尺度相干结构的条件采样方法,以单气泡结构的相位平均波形为基础,对鼓泡塔内气液两相湍流场进行了研究。结果表明:鼓泡塔中气泡结构是两相湍流产生奇异性和间歇性的诱因,喷嘴出口区域的一定喷射锥角范围内,才有气泡结构,并受到对应的平坦因子及间歇性的影响。     

强旋湍流气相燃烧数值模拟

对液排渣立式旋风炉前置室的流场进行了数值模拟，建立了前置室内三维气相燃烧流场的数学模型，计算采用ＳＩＭＰＬＥ算法，其中湍流计算采用有旋流修正的ｋ－ε模型，气相燃烧采用ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型。计算结果证明，该模型在求解强旋湍流有回流的气相燃烧注场是可行的。     

浮选旋流器矿化过程的特点

简要论述了浮选旋流器的矿化过程与机理。基于离心力场作用的浮选旋流器,气泡矿化是以非碰撞矿化过程为主、碰撞矿化为辅的综合作用过程。离心力场强化了细粒级的选择性矿化,加快了浮选速度     

旋流强度对气/雾两相传热传质的影响

为进一步提高发动机排气集水箱对高温烟气的降温性能,研究了旋流强度对高温烟气与冷却水雾两相流传热传质的影响．利用欧拉 拉格朗日方法和离散相模型对集水箱内横流喷雾冷却过程进行了三维数值模拟．对排气集水箱涡流室某一截面处的气流旋流数进行了理论推导,并将得到的旋流数解析解与数值解进行了比较．结果表明：集水箱涡流室内的旋流是强旋流动,理论解析解与数值解基本吻合;在集水箱排气室形成了一道“屏障”,在其上游区域内雾滴的有效运动行程比其下游区域内雾滴的有效运动行程长;提高烟气旋流强度,可增强两相掺混,延长液滴有效运动行程和蒸发时间;应使水雾雾滴进入烟气流场的初始位置位于“屏障”上游区域,以提高喷雾冷却效果．     

管内窄边扭旋元件诱导螺旋流的旋流强度分析

为了研究螺旋流在形成、发展及衰减过程中旋流强度的变化规律，采用数值模拟方法对管内置窄边扭旋元件诱导产生的螺旋流进行分析，得到了雷诺数和元件扭率对旋流强度的影响规律。结果表明：流体进入扭旋元件后，在元件两侧形成两个与主螺旋流旋向相反的二次涡流；流体流出扭旋元件后，旋流螺距经历一个由大变小，再由小变大的过程；在螺旋流形成发展阶段，雷诺数对旋流强度影响较小，旋流强度随着元件扭率的增大而迅速提高，由于惯性作用旋流强度在元件出口1/6元件长度处达到最大，该位置与雷诺数和元件扭率无关；整个螺旋流发展阶段旋流强度呈现一种指数变化规律；流体流过旋流强度最大截面后，由于流体粘滞力大于惯性力，旋流强度以近似线性的规律衰减，雷诺数越大衰减速度越慢，扭率对旋流衰减速度影响较小。     

内置旋流器结构对全新湿气再循环超音速分离管脱水性能影响的实验研究

提出了一种全新的湿气再循环超音速分离管工作原理和结构设计,该装置可循环地将天然气中的重质烷烃和水分离出来;其主要优点包括结构紧凑,无化学污染,节能环保,从而能够提高分离效率。内置旋流器的旋流特性和阻力特性对超音速分离管的工作性能有重要直接影响。目前设计加工了一套再循环超音速分离管,并搭建了室内实验台,分别对采用内置旋流器A型和B型对再循环超音速分离管的脱水性能进行了实验研究,目的在于寻找流动阻力小,旋流强度高,分离效率好的内置旋流器设计。实验结果表明:内置旋流器A型具有较强的旋流特性,B型具有较强的阻力特性。采用内置旋流器A型的分离管分离效率高,脱水性能好,因此得出内置旋流器的旋流特性相比阻力特性对分离管的脱水性能的影响更大,内置的旋流特性越好,超音速分离管的脱水效果越好。