旋流器结构对内流场影响的数值研究

用有限差分法对旋流器内流场进行了数值模拟,采用各向异性的湍流模型能够正确模拟旋流湍流流场。通过对速度场、压力场的分析发现,径向压力梯度是由切向速度的作用生产的,而径向压力梯度正是驱使油滴向轴心方向运移的动力。提出了根据管中心的压力和轴向速度的变化决定旋流器长度的方法。旋流器小锥角的角度越大,分离段越长,越有利于提高分离效率。     

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。     

水力旋流器流场径向速度分布规律研究

水力旋流器内部流体径向速度对其内部颗粒的径向运移有着重要的影响,它是固体颗粒径向运移受到阻力的重要原因,直接影响水力旋流器的最小分离粒度。针对水力旋流器内部流体径向速度分布规律基本上是沿旋流器半径成反比的观点,通过合理选择湍流模型,对水力流器内部流场进行数值模拟,得出旋流器径向速度的分布规律基本上是速度值沿着半径向里先逐渐增加,然后又逐渐降低,在气液界面处基本为零,并对这两种结论从理论上做了对比分析,认为标准k-ε湍流模型和Boussinesq假设均不适合水力旋流器流场。     

切流式旋流器内两相流场的模拟

将雷诺应力模型与欧拉分析方法相结合,对切流式单、双入口旋流器内的单相和两相流场进行模拟.模拟结果表明:与双入口旋流器比较,单入口旋流器内流场存在明显偏心现象,并且速度分布和湍流参数均存在偏差,流场很不稳定;对于油水两相流场,双入口旋流器的油相和水相体积分数径向变化梯度更大,油相更倾向于向轴心移动形成油核;双入口旋流器的工作性能优于单入口旋流器;试验结果验证了模拟结果的正确性.     

矩形弯管中非预混湍流燃烧的数值模拟

对C3H8/空气在弯管燃烧器中的非预混湍流燃烧进行数值模拟,湍流模型采用RNGk-ε模型,燃烧模型采用守恒标量的概率密度函数(probability density function,PDF)模型,辐射模型为离散坐标(discrete ordinate,DO)模型,压力和速度项的耦合采用SIMPLE算法.在燃料丙烷入口速度不变的情况下,改变空气入口的速度,进行5种工况的模拟.模拟结果表明:随着入口空气速度的增大,燃料和氧化剂分子混合更均匀,燃烧速率升高,燃料浓度迅速减小,温度场高温区提前,火焰空间速度场整体速度增加,湍流强度增强,径向压力梯度增大.由此,可以通过控制空气入口的速度,控制火焰空间速度场速度的大小以及燃烧进行的程度.考虑到提高燃烧效率的问题,在保证燃料充分燃烧的情况下,尽量减少空气入口的速度,以达到工业目的.     

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.     

水力旋流器对磨料分离的CFD模拟研究

针对水力旋流器内流场复杂、磨料颗粒间分离规律难以掌握的问题,运用基于计算流体力学和离散相模型理论对水力旋流器内部流场和磨料颗粒的运动规律进行了模拟研究,分析了在不同进口速度下水力旋流器内部静态压力分布、切向速度分布、轴向速度分布和不同密度、粒径的磨料颗粒的运动轨迹等。模拟结果表明,通过改变进口速度可以使水力旋流器内部流场的静态压力、切向和轴向速度,可以改变下部出口流出的磨料颗粒的直径的大小。对水力旋流器在磨料水射流除鳞后的磨料的回收利用方面具有指导意义。     

水力旋流器内部流场模拟分析与PIV验证

以直径为140mm水力旋流器作为研究对象,采用计算流体力学(CFD)技术对旋流器内部流场进行数值模拟,并对所建立的模型进行激光粒子图像测速(PIV)实验验证。基于数值模拟和实验结果,分析了旋流器内部压力、切向速度、轴向速度和径向速度的分布。利用PIV技术对旋流器内部流场进行测量,考察了不同入口速度下旋流器圆柱段区域瞬态速度场。通过对比数值计算与测试结果表明:CFD模拟可以有效预测水力旋流器内部流场分布,帮助探索旋流器内的流动状态和分离机理;利用PIV技术测量旋流器内部流动特性和速度分布,其测量结果与CFD计算结果吻合良好,验证了数值模型的准确性。     

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.     

非牛顿流体在分离旋流器内流场特性研究

本文运用计算流体动力学（CFD）方法对旋流器内非牛顿流体与牛顿流体的流场分别进行数值模拟。分析采用RSM(SSG)雷诺应力模型,得到非牛顿流体与牛顿流体的速度场、压力场以及表观粘度分布规律。研究结果揭示了非牛顿流体在分离旋流器内的流场特性：由于受非牛顿流体表观粘度随剪切速率变化的影响,在同一位置处非牛顿流体的静压力、轴向速度以及径向速度都大于牛顿流体,而切向速度小于牛顿流体;同时旋流器内非牛顿流体的零轴速包络面（LZVV）比牛顿流体的更加靠近器壁,这导致旋流器中非牛顿流体在同等条件下比牛顿流体的分离效率低;以上这些特性为进一步充分认识用于分离非牛顿流体的旋流器分离机理提供依据。     

油水分离旋流器内部流场的数值模拟

本用数值方法模拟了油水分离旋流器内部的流场分布。油水混合物中的水被作为流体相，油被作为颗粒相。流体相的控制方程为连续性方程、Ｎ－Ｓ方程，其中结合了修正的Ｐｒａｎｄｔｌ混合长湍流粘性模型，颗粒相的控制方程是浓度扩散方程，流体相与颗粒相之间的相对运动由代数滑移模型确定，全部控制方程用Ｐａｔａｎｋａｒ－Ｓｐａｌｄｉｎｇ的ＳＩＭＰＬＥ算法求解。计算程序取名ＣＹＣＬＯＮ，用通用形式写出，用户只要输入旋流器     

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.     

底流口直径和锥角对旋流器流场的影响

利用计算流体力学的原理与方法,在底流口直径和锥角的多个水平下对旋流器内部流场进行了数值模拟,以揭示两因素对旋流器流场的影响.结果表明:增大底流口直径,流场内的流速降低,轴向零速包络面向上收缩;增大锥角后,轴向零速包络面的大小相应改变;锥角越小,底流口直径对轴向零速包络面内速度场的影响越小,故对改善分选效果的作用也越不明显;增大底流口直径,旋流器内流场的压强降低,但底流口区域内的压强梯度增大,而锥角不同,其变化程度有所不同,这从某些程度上体现了两因素对旋流器流场的交互影响.     

水力旋流器内空气柱的形成规律初探

探讨了不同排料方式下的水力旋流器空气柱形成的机理，定量分析了旋流器的结构参数对形成空气柱最小压降的影响。实验结果表明，传统大气排放式旋流器空气柱内的空气基本是从大气中吸入的。形成空气柱的最小压降，随着溢流口直径及锥角的增大而增大，随着进料口直径的增大而减小。而水封式旋流器空气柱的形成是由于旋流中心压力低于大气压后，溶解在液流中的气体析出而造成的。同样结构的旋流器，其形成空气柱的最小压降比在气排放式旋流器的要大。且随着溢流口直径的增大而增大，随着进料口直径及锥角的增大而减小。     

基于旋涡强度方法的冲击射流涡结构研究

该文采用旋涡强度方法对冲击射流涡结构进行了深入研究。首先将粒子成像测速技术(P IV)测量得到的原始流场图片进行相应处理得到原始速度场,再利用b ior5.5双正交小波分析得到消除高频噪声的流场结构;然后对此进行涡量和旋涡强度计算,得到相应的涡量场和旋涡强度场。与涡量方法相比,因旋涡强度方法排除了剪切作用的影响,故可以更有效地分析流场中的涡结构。进而得到了冲击射流中的旋涡强度随压比、冲击距离、喷嘴唇厚等参数的变化规律。     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞流场数值模拟

应用雷诺应力模型，模拟了竖井进流水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的水力特性。数值模拟与试验结果比较表明，雷诺应力模型模拟水平旋流泄洪洞的水力特性是可行的，泄洪洞底部压强沿程呈减小变化规律并与实测值一致；轴向流速沿径向呈峰值靠近壁面的抛物线分布，切向流速呈强迫涡和自由涡的组合涡分布，自由涡占大部分区域，轴、切向流速模拟值与实测流速值均符舍得较好。并计算和分析了空腔环流的压强等值线、湍动能、湍动耗散率、旋流夹角等的沿程变化，揭示了竖井进流水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的一些特有的水力特性。     

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。     

一种内置旋流叶片的旋风分离器性能数值研究

提出了一种新的高效旋风分离器构造,在传统分离器的内外涡旋交界面上添加一组与气流旋转方向相同的旋流叶片,来阻挡含尘气流中的颗粒进入内涡旋区.基于计算流体力学(CFD),采用雷诺应力模型和离散相的随机轨道模型来计算分离器的气固两相流,并用试验数据验证了计算模型的正确性;通过数值计算分析、比较了添加旋流叶片前后的分离器性能,对旋流叶片进行了性能优化.结果显示,与传统分离器相比,添加旋流叶片能够使分割粒径减小60%～70%,有效地提高了分离效率,而压降仅增加19.3%,且旋流叶片对于小粒径、小密度颗粒的分离效率提升更为显著.     

超声速旋流天然气分离器的旋流特性数值模拟

与传统的低温分离工艺相比，超声速旋流天然气分离器是天然气处理工艺技术的一大创新。在超声速旋流天然气分离器中，气流经过拉伐尔喷管绝热膨胀形成带液滴的超声速低温混合气流，在超声速翼的作用下混合气流由轴流转换成旋流，实现超声速旋流分离。超声速翼是实现气液分离的关键部件。设计了三角薄板型超声速翼，并利用CFD软件对超声速翼段内气流温度、压力、马赫数等特性参数的变化规律和翼段沿主流方向切向速度的变化情况进行了分析。结果表明，在所设计的超声速翼段内，气流能始终保持超声速，翼段出口马赫数为1．4，翼前无激波产生；分离器的旋流加速度最高在572000g，可实现良好的超声速气液旋流分离。