叶片式多相泵内部相态分离过程的研究

以韦伯数作为气泡稳定性的判断准则，从气泡稳定性的分析入手，研究分析了气泡在旋转叶轮间的运动规律，描述了叶轮间气泡的扩散流与分层流，并通过叶轮内气，液微元体的受力分析，研究了多相泵内部的相态分离过程及其影响因素。研究表明，周围流体对气泡有压力作用，这使气泡存在聚合的可能，而气泡的聚合必然导致相态分离的发性，叶轮内部相态分离过程的发生与其叶轮的旋转角速度和曲率半径有关。     

弯掠翼叶轮内流二次涡系的计算机数值仿真

采用非交错网格下的曲率时间尺度K-ε湍流模型和纳维斯托克斯方程线求解，对宇宙航空用弯掠叶轮和基准叶轮叶道内部三维粘性速度场进行了数值仿真，分析了叶轮流道内部通道涡等复杂二次涡系结构的流谱特性及其对气动性能特别是旋转失速的作用机理．研究表明：弯掠叶轮流道内通道涡、刮擦涡有效卷吸翼顶边界层低能流体，抑制了翼顶部的流动分离和旋转失速，有利于失速裕度的扩大．数值仿真结果为弯掠叶轮的计算机辅助设计提供了改进指导信息．     

考虑旋转效应的三维分离流动判别准则

通过探讨主流对壁面流动特性的影响 ,研究三维流动侧向压力梯度产生的边界层内二次流动 ,求解旋转正交曲线坐标系下的边界层方程 ,理论推导出考虑旋转效应的三维分离流动判别准则 ,该判别准则包含了壁面与轴向间夹角的影响 ,根据主流参数的变化判断流动是否发生分离。应用推导出的判别准则研究了旋转角速度、叶片与轴向夹角变化等对叶轮机械内部分离流动的影响     

旋转射流钻头的叶轮设计

旋转射流钻头是一种新型高效水力破岩钻头，作为旋流发生器的叶轮，其性能直接影响破岩效果．文中分析了旋转射流钻头的内流场，在此基础上提出叶轮设计目标和要求，证明了对圆柱形叶轮，不存在既无径向流又等旋度的叶轮参数．同时，运用翼型绕流理论，推导出有关叶轮长度、半径、叶片安放角等参数与射流喷嘴直径、扩散角、旋度之间的关系式，分析并确定了叶片工作性能与来流压力的关系式．运用实例说明了这些公式的使用以及叶轮段水头损失的估算方法，可为叶轮的设计提供理论指导．     

离心泵叶轮回转S1流面流函数方程的理论研究

根据离心泵叶轮Ｓ１流面的流体运动方程,推导了间接边界元法所需的流函数方程,它适用于不可压理想流体的绝对流动有旋或无旋流动．利用分离变量法从中分离出特解和通解．特解主要受流体的预旋、叶轮理论流量、叶轮旋转、流面形状和厚度的影响,通解主要受叶片形状的影响．     

微型燃气轮机叶轮内流动的研究

对Honeywell Parralon 75型微型燃气轮机的压气机与向心透平叶轮内的流动进行了数值研究，该机为单轴单级，压比为4／1，流量为0．68kg／s．计算方法基于Jameson格式，湍流模型选择Baldwin-Lomax模型．计算结果为分析叶轮流道内二次流的形成与发展提供了详细的流动结构．压气机叶轮采用分流叶片，可以延缓横向二次流的发展，降低叶片吸力面扩压程度，减小叶轮出口尾迹的强度与范围，对提高叶轮效率起到决定性的作用．透平叶轮流道内部的损失区主要集中在吸力面一侧，叶顶间隙的泄漏流动使得吸力面与叶顶间的角隅区的损失有明显加大，控制叶轮的径向间隙对控制流动损失有明显作用．     

表面凹腔中气泡核的稳定性分析

系统地分析了气泡核在表面凹腔内的生长和收缩过程，通过对气泡核平衡机理的探讨，获得了修正的稳定性判据，进而研究沸腾起始及空腔钝化的条件．首次讨论了气泡核稳定性曲线的滞后效应，并建立了一种定量分析模式，以分析气泡核的稳定性行为．     

半开式离心压气机叶轮三维湍流场数值分析

采用时均Ｎ－Ｓ方程、能量方程、连续性方程、理想气体状态方程及考虑压缩性修正的ｋ－ε双方程湍流模式，计算分析了高速离心式压气机半开式叶轮内部流场．在网格构造中将叶顶间隙及叶道作为独立的网格块处理，克服了以往此类研究中关于叶顶间隙流模拟方面的近似处理．计算是在考虑叶顶实际间隙及零间隙近似两种情况下进行，以研究叶顶间隙流对叶轮内部流动的影响．研究结果表明，当精确地模化叶顶间隙流动后，不仅可很好地预示叶轮内部的重要流动特征，而且计算的子午平均速度及相对气流角亦与测量值符合良好．相反，在零间隙的近似处理下，计算结果与实测值相差甚远，特别是在叶轮的后半部分．     

低比转速离心泵气液两相流动的可视化试验及数值模拟

为研究低比转速离心泵内部气液两相流动的流型和气泡直径的变化规律,采用高速摄像技术对泵内部气液两相流动进行可视化试验,同时采用Eulerian-Eulerian非均相流模型和RNG k-ε湍流模型对泵内部气液两相流动进行数值模拟,得到不同进口气相体积分数φ_0下叶片表面中间流线气相体积分数随中间流线相对位置的变化规律。研究结果表明:当φ_0从0.4%增大到3.5%时,叶轮内部流型分别为泡状流、聚合泡状流、气团流和分层流,泵进出口压差损失逐渐增加;保持初始液相流量不变,当进气量由1 L/min增大到3 L/min时,气泡的平均直径由0.61 mm逐渐增大到0.85 mm;保持进气量不变,当液相流量由5 m~3/h增大到10 m~3/h时,气泡的平均直径由1.00 mm减小到0.82 mm;叶片压力面和吸力面中间流线上的气相体积分数从叶轮进口到出口先增大后逐渐降低,出口附近由于漩涡的存在而使气相体积分数略有增加,且随着φ_0增加,压力面的气相积聚区域逐渐扩大。     

液压油箱内气泡流动观测及气泡分离方法

针对液压油箱内气泡流动的现象,搭建气泡流动可视化试验系统,观察回油管出口附近气泡的流入和液压泵吸油管处气泡的吸入过程,获得气泡分布规律.利用Fluent中的欧拉-欧拉多相流模型,对液压油箱内流场进行气液两相流三维数值计算.基于气泡流动可视化试验结果和气液两相流的流动特性,提出两种实现气泡快速分离的方案.研究表明:系统回油管中油液携带直径大小不同的气泡进入到油箱内,快速弥散于整个油箱油液中;较大气泡能够快速上浮、逸出液面,直径较小的气泡随液流被液压泵吸入;在油液流入油箱前,通过改变油液的流态,形成旋转流或紊态流,可以使气泡从油液中快速分离.     

延伸流场中的气熔两相流实验现象与分析

为研究气泡在熔体中的动力学,自行设计了圆柱形可视化流道,直接将CO2气体注入聚合物熔体中,观察CO2气泡在小孔延伸流场中不同位置区域时,其形态、大小、运动、变形等动力学现象.并从经典两相流理论的角度出发,分析了流场结构参数、加工条件对气泡在聚合物熔体中形态、分布、运动变化等的影响.实验结果表明:气相在熔体中是以泡状存在的,单一的大气泡经过延伸后,将发生破裂,成为许多细碎的小气泡,且破裂的小气泡的大小、分布、密度等与加工温度、速度、进气压力等有关;气泡经过小孔延伸后破裂,使气熔两相趋于混合,有利于CO2作为发泡剂在泡沫塑料制品生产中的应用.     

钻井环空中赫巴流体内气泡的上升速度

气泡在钻井环空中的运动规律是井筒多相流的一个研究重点,气泡上升速度则是其中的一个关键参数。井筒 内各流型内气泡/气体上升速度的准确性很大程度上影响了井筒多相流描述的精确性。为此,按照含气率对环空流型 进行了划分,对各流型气泡的运动行为进行了分析。系统地总结分析了单气泡在无限流域中的滑脱速度及气泡纵横 比的计算方法。利用赫巴流变模式对气泡周围表观黏度进行了修正,通过实例对比分析单气泡在赫巴流体内滑脱 速度几个计算公式,认为Rodrigue 公式相对于Harmathy 公式来说是极大的提高,能适应不同形状的气泡,可作为泡状 流流域气泡滑脱速度计算的首选公式。通过对单气泡滑脱速度进行含气率、尺寸和井斜修正,得出了环空中各流型的 气体滑脱速度计算方法,过渡流型的气泡滑脱速度则采用线性处理,并对环空气泡滑脱速度随含气率变化关系进行了 实例分析。最终通过漂移流模型给出了计算环空气泡上升速度的方法。     

超重力旋转床中气液两相流动与传质过程的数值模拟

文中采用基于颗粒轨道模型的欧拉-拉格朗日法对超重力旋转床中的气液两相流动与传质进行了数值模拟研究。在合理简化丝网填料结构和考虑液滴凝并与分散的基础上,分别利用SIMPLE算法和颗粒轨道模型计算了超重力旋转床中的气流场和液滴的运动轨迹,进而计算了液相的传质系数。数值模拟所得的液相传质系数与氮气解吸水中溶解氧实验结果符合良好,表明模型能够用于模拟旋转床中流体力学和分散相内的传质过程。计算分析表明,对超重力旋转床,在一定的转速下,液体和气体流量以及填料内径的变化对体积传质系数有重要影响。     

气泡在外混式自吸泵内运动的简单数值模拟

本文提出一种气泡在外混式自吸泵内运动的计算模型。用数值方法分别对不同情况进行计算分析,计算结果表明:气泡初始直径影响其运动轨迹;转速越高,分离速度越快。     

垂直及倾斜环形管内上升气液泡状流存在条件

对垂直环形管内上升气液两相泡状流存在条件进行了研究 .根据Taitel的气泡结合及积聚理论及小气泡群的实际上升速度 ,将小气泡和Taylor气泡上升速度与截面含气率进行关联 ,并采用Das的预测垂直环形管内Taylor气泡上升速度的关系式 ,获得了一种改进的泡状流区存在模型 .通过该实验数据及其他研究者实验数据的比较 ,表明该改进模型比Caetano模型更加符合实际 .通过上述类似方法 ,笔者还给出了倾斜环形管内泡状流的存在模型 .     

磁流化床中铁磁颗粒流化特性的数值模拟

针对磁流化床中颗粒浓度高,相互作用强的特点,在双流体模型的基础上,引入颗粒流的动力学理论,对床内铁磁颗粒在不同工况下的流化特性进行数值模拟.计算结果表明:在无磁场或弱磁场作用下,床内多处产生气泡,颗粒呈鼓泡流化状态;在适度磁场作用下,磁场对颗粒的作用明显,可以抑制床内气泡生成,实现颗粒的稳定流化.增大气体表观流速比后,磁场的调节作用相对减弱,颗粒不能实现稳定流化.与试验数据比对,二者吻合较好,数值模拟结果较好地反映磁流化床中颗粒的流化行为.     

喷动流化床气固流动特性的三维数值模拟

采用离散元方法（DEM）,在用欧拉方法处理气相场的同时用拉格朗日方法处理离散颗粒场,对喷动流化床煤部分气化炉内的气固流动进行了三维数值模拟．直接跟踪床内每一个离散颗粒,考虑了碰撞力、携带力、重力、剪切提升力和Magnus升力,颗粒碰撞采用软球模型．获得了喷动流化床典型操作参数下的流动结构、颗粒的受力、颗粒的速度分布、气体和颗粒的湍流强度等结果．结果表明,颗粒之间碰撞率随着喷动气速的增大而增大,随粒径的增大而减小,然而颗粒与壁面的碰撞率受喷动气速和粒径的影响不明显．颗粒的运动受重力、携带力和碰撞力主导,除喷动区与环形区交界外,Magnus力和Saffman力可以忽略．气体湍流强度是颗粒湍流强度的2～3倍,近壁面区的气体和颗粒的湍流强度均较小．     

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．     

超声速旋流分离器内气液两相流流动特性

采用考虑颗粒碰撞的欧拉-拉格朗日数值方法对超声速旋流分离器内部复杂的气液两相流场进行数值计算。在数值模拟中,采用RNG k-ε模型模拟气相流动,采用离散相模型(DPM)追踪颗粒运动轨迹。以湿空气为介质,测量超声速分离器的轴向压力并与数值模拟结果进行对比。结果表明:数值模拟结果和测量值较为一致;气体进入超声速喷管后发生膨胀形成低温(-70℃),使天然气中的水凝结为液滴,同时气体经旋流叶片产生旋流,经中心体的收缩形成较大的离心加速度(300000 g);在巨大的离心场作用下极少部分液相颗粒随气相从扩压器流出,大部分液相颗粒与旋流分离段壁面碰撞被吸附或直接进入积液槽空间被排出,达到气液分离的目的。     

顶吹搅拌液相流体的水模实验与数值模拟分析

采用水模型和VOF数学模型对浸没式气体顶吹搅拌液相流体分别进行实验与数值模拟,分析在不同喷吹条件下气泡在液相中的形变、运动及液相流体的流场特性。结果表明,随着气流量和喷管浸入液面深度的增加,气-液混合区域分布范围逐渐扩大,液面波动更剧烈;气流量越大、喷管浸入液面越深、液相温度越高,气泡运动对液相流体内部的搅拌作用越强,流体内部扰动越剧烈,液相流场域中的流场速度越大,其中,当气流量为2.0m3/h、喷管浸入液面深度为340mm时,其液相流场速度最大值达到1.18m/s。