自搅拌反应器内液相流动的数值模拟

采用数值模拟方法研究了压力能驱动的自搅拌反应器内液相流场的分布规律.首先对标准κ-ε模型、RNG κ-ε模型、realizable κ-ε模型下的模拟结果与PIV实验结果进行对比,确定了合适的湍流模型;然后研究了不同入口压力、液位高度对反应器内流场分布的影响.结果表明:标准κ-ε模型能更精确地模拟该反应器内的流场分布,反应器内流场稳定时间为12s以上.增加入口压力和液位高度均有利于反应器内流体速度均匀分布,入口压力为3MPa时几乎不存在速度死区.     

旋转热管生物反应器搅拌结构的数值模拟

针对不同搅拌结构形式的新型旋转热管生物反应器内的流动特性进行数值模拟。建立旋转热管生物反应器的数值模型,将多重参考系法(MRF)与滑移网格法(SM)相结合,选用标准k-ε湍流模型模拟计算反应器内的速度分布,并对作为搅拌结构的热管蒸发段上桨叶的倾斜角度(α)在0°、15°、30°和45°时的搅拌功率和混合时间进行计算。结果表明:在搅拌结构中,有热管蒸发段桨叶反应器的轴向形成了3个漩涡区,轴向平均流速相对较高,并且靠近自由液面附近的流速也较大。随着桨叶倾斜角度的增加,反应器液面附近速度减小,搅拌功率减小,混合时间变长。     

高压旁路阀流动传热特性

为揭示高压旁路阀阀内流体流动传热机理,采用FLUENT软件中的多相流Euler模型数值模拟研究高压旁路阀内部的流动传热过程,然后运用热耦合技术将流场温度耦合到阀体以研究阀体温度分布。研究结果表明:在高压差下,阀内流场速度整体较快,平均流速为10~30 m/s,其中最大流速出现在蒸汽与减温水喷嘴混合处,流速高达80 m/s,阀内温度场总体呈现入口高、出口低的特点,蒸汽入口温度为870 K,出口平均温度为660 K,最低温度出现在拉伐尔喷管处,约为470 K。阀体外表面无保温层时阀体温差大,约为203 K。     

带搅拌装置的管式反应器停留时间分布曲线

设计了一种带有机械搅拌装置的新型管式反应器.用NaCl溶液做示踪剂测定该管式反应器内的停留时间分布(RTD)曲线,并计算了平均停留时间和方差.采用L9(33)正交实验考察了流体在不同搅拌转速、不同流量及不同出口处的平均停留时间和方差.结果表明:该反应器内流体流动状态接近活塞流,平均停留时间随流体流量的增大而减小,随反应器长度的增加而增大,而随转速变化规律性不明显.     

2叶片潜水搅拌机叶轮内部流场特性

为研究2叶片潜水搅拌机叶轮内部流动规律,利用Fluent 6.3大型计算流体力学软件,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对2叶片潜水搅拌机搅拌的污水处理池进行数值模拟,分析了2叶片潜水搅拌机叶轮内部流场、压力和速度环量的分布情况.结果表明:叶轮内从叶片工作面到叶片背面流体速度梯度、压强梯度明显;叶片工作面附近流体流速低、压力高,在叶片背面有高速区和负压区;叶轮进出口轴面速度均呈抛物线分布,进出口速度环量变化较为平缓;叶片出口轴面速度均呈近似等轴面速度分布,进出口速度环量呈线性规律分布;叶轮内部流动稳定,这种流型设计可以较好地减少2次回流,叶轮可以高效运行.     

介电泳微流控制分离不同尺寸碳纳米管研究

采用介电泳微流控制技术,利用不同尺寸碳纳米管在流动介电液中受到的大小不等的介电泳力,从而产生不同运动轨迹实现分离.通过建立介电泳数学模型和微流控制通道几何模型,对不同尺寸碳纳米管的分离过程进行仿真研究.结果表明:电场强度、流体流速和碳纳米管受到的介电泳力在主通道内最大,不同尺寸碳纳米管的运动轨迹在主通道开始出现分离,最终从不同的出口流出;当交变电压从±5V到±30V逐渐增大时,入口1与入口2的流速和流速比也逐渐增大;相较于异丙醇,用去离子水做介电液,流体流速近似高一个数量级.     

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。     

不同入口流速下新型水力旋流器内部流场分析

水力旋流器较多地应用在选矿、采矿、化工、石油、生物工程、食品、医药、纺织等多个部门,属于工业行业应用中的分离设备之一,近些年又较多应用在环保领域的工业污水分离处理作业中。本文以一种新型水力旋流分离结构为目标载体,主要分析入口流速度对其内部流场特性的影响。本文首先通过Meshing软件对新型水力旋流器流体域模型进行网格划分,再采用fluent软件在入口流速不同的情况下对旋流器内流场进行数值模拟,最后得到结论为:该水力旋流器油相出口的油相分布呈单峰分布,油相体积分数与入口流速呈正比关系,由于水力旋流器内存有轴向零速过渡区,因此随着入口流速的不断增加,轴向速度值也在不断地增高。但是轴向零速过渡区大小和位置基本不发生变化。     

降膜微通道内液相成膜特性及气-液传热过程数值模拟

采用流体体积函数(VOF)模型对浓硫酸(w=98%)在降膜微通道内的降膜流动及气-液两相传热行为进行了二维数值模拟。重点分析了液相入口流速对液膜厚度、液膜内速度分布的影响,结果表明液膜厚度与入口流速成正比,液膜内速度呈抛物线型分布。模拟研究了气-液两相入口流速、温度等因素对相间传热系数的作用规律,结果表明传热系数随气、液入口流速的增加而增加,随气相入口温度的增加而降低。与传统设备相比,降膜微通道内模拟所得的液膜努塞尔(Nu)数提高约8.77倍。     

天然气水合物分解沉积层内水流速度分布特性

天然气水合物(NGH)是一种储量巨大的新型清洁能源,具有极大的开采潜力.水合物开采过程中水流速度分布特性是揭示含水合物沉积层中流体运移机制的关键参数.目前有关含水合物沉积层水流速分布特性处于研究瓶颈,缺少实验研究,核磁共振成像(MRI)是一种有效的研究方法.本文在6 MPa压力、274.15 K温度的条件下进行了天然气水合物恒容生成实验,并在0.5 K梯度水合物升温分解过程中利用MRI对水相截面速度分布进行了测试.研究发现在含水合物填砂岩芯的横截面处存在正速度区域和负速度区域;填砂岩芯内水合物的分布影响正速度和负速度的分布;在等梯度升温分解过程中,填砂岩芯中水相截面正流速区域沿水合物富集区表面向内部逐渐变大;水合物的存在对水的流动速度具有一定的削弱作用,流速越大削弱作用越明显.     

贯流泵装置出水流道进口区压力及速度场分析

为分析贯流泵装置出水流道进口区流场的非定常特性,在考虑水泵与流道的水力相互作用基础上,采用RNG k-ε湍流模型对贯流泵装置进行全流道的非定常数值计算。通过非定常求解预测的贯流泵装置能量性能数据与物理模型试验值进行对比,验证数值计算方法的可信度,分析出水流道进口区非定常压力及速度场的演变规律。结果表明:(a)贯流泵装置数值预测的扬程系数与模型试验结果的最大相对误差为3.15%,效率的最大相对误差为3.07%。(b)出水流道进口区轴面速度场的波谷数与导叶体的叶片数相同。(c)随着流量系数的减小,出水流道进口区的轴面速度场的波峰特征越趋明显,轴面速度的尾迹特征逐步增强。(d)水流经出水流道扩散,速度逐步减小而压力逐渐增大,出水流道进口区的脉动主频受叶轮旋转的影响很小,压力波动主要受导叶体进口流态和导叶体结构的双重影响。(e)不同工况时各监测点的主频及次主频均为低频脉动。     

煤矿瓦斯旋流混合器定工况下混合均匀性研究

利用简化的数学模型对给定工况下煤矿瓦斯旋流混合器的混合均匀性进行了研究,主要研究旋流方式和旋流强度对乏风瓦斯出口速度和体积分数分布均匀性的影响. 研究结果表明:在外管气体的流量和转动惯量明显大于内管的工况下,外管的旋流对出口的速度场起到主导作用,使出口乏风瓦斯的速度分布均匀性降低;内管的旋流建立了径向和轴向的反压力梯度,产生了中心回流区,增强了内、外管流体动量和质量的交换,使出口的体积分数分布均匀性明显提高;随着旋流强度的提高,外管具有旋流的旋流方式的出口速度分布均匀性变差,而内管具有旋流的旋流方式的回流区掺混强度增大,有利于乏风瓦斯体积分数混合均匀性的提高.      

REPEC非加热实验的RELAP程序模拟

为研究压力容器外部冷却过程中的两相流动和传热现象,采用安全分析中通用的RELAP分析程序对REPEC非加热研究实验进行模拟计算,通过改变体积流量大小、注气方式和进出口面积对自然循环流率和外部冷却两相流动现象进行分析.结果表明,模拟结果与实验结果的一致性较好;循环流量随体积流量的提高呈现先增强后降低的趋势;进出口面积增大可以提高自然循环流量,但出口面积变化对循环流率和流动稳定性的影响更为显著.     

进气畸变对大涵道比发动机压气机中介机匣性能的影响

大涵道比涡扇发动机中的压气机中介机匣内存在流动分离,由此造成的损失和出口流场畸变对航空发动机的性能有重要影响。通过根部安装20%高度的扰流器以模拟径向进气畸变,对一台大涵道比涡扇发动机的压气机中介机匣开展了畸变影响气动性能的实验研究。实验结果表明：进气畸变导致进口截面的总压恢复和损失系数相较于均匀进气分别下降了0.684%和增加了9.74%;总压和和总温在通道整体高度40%以下区域亏损严重;在出口截面,进气畸变导致总压波动幅度大且40%高度以下存在低压区;出口总温由于气流的掺混明显高于均匀进气条件,出口速度明显降低。畸变气流通过中介机匣后,总温和总压分布较进口的畸变度下降且分布更加均匀;相较于进口畸变总压约30%的波动量,在出口处已经减小到了约10%。可见中介机匣对进口径向畸变沿流向的发展有明显改善作用。     

微反应器中甲醇-水蒸气重整制氢三维模拟

为考察进口温度、速度和水醇比对微反应器中甲醇-水蒸气重整制氢过程的影响,利用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型对自行设计的平板微通道反应器中甲醇-水蒸气重整制氢进行了三维数值模拟.反应动力学采用甲醇分解和蒸气重整双速率幂函数模型.计算表明,在反应物进口速度为2.88 m/s、进口温度为493 K和水醇比为1.3的反应条件下,反应器出口转化率达79.8%.通过模拟可以看出微反应器能够在较大的反应物流量下保持较高的出口氢气含量和较高的甲醇转化率.     

板坯连铸浸入式水口出口速度对结晶器流场影响的数值模拟

以宝钢-连铸板坯结晶器为研究对象,采用大型商业软件CFX4.3,将模拟计算出的浸入式水口的出口速度直接赋给结晶器作为入口条件,计算了结晶器内钢液的流动情况.结果表明:速度矢量在水口出口截面分布不均匀、方向与水口倾角不一致.因此,有必要将水口计算结果与结晶器模型结合起来以更好地反映钢液的流动情况.     

转速对贯流泵装置流道水力参数影响的数值分析

为了研究贯流泵装置进出水流道水力性能受转速的影响规律,以贯流泵装置为研究对象进行全流道的数值计算,通过将能量性能数值预测结果与物理模型试验结果对比,验证了数值模拟结果的有效性。在考虑水泵与进出水流道内流相互影响条件下定量分析转速对进出水流道水力性能参数的影响规律。结果表明:(a)不同转速时进水流道水力损失比与流量系数的关系曲线变化趋势基本相同。相同转速时,随着流量系数的增大,进水流道水力效率逐渐减小,流道出口环量先减小、后增大;相同流量系数时,进水流道出口面的平均环量随转速的增加而增加。(b)不同转速时,随着流量系数的增大,出水流道进口入流涡角相对值先减小、后增大。在相同流量系数时,随着转速的增加,出水流道的静圧比逐渐增加,出水流道进口面的偏流角分布基本相同。     

过冷度对喷嘴效率影响的测试研究

为研究流体过冷度对喷嘴工作性能的影响,研制了两相流体混合速度的测试装置.基于动量定理,测定两相流体的质量流量和冲击力,从而得到质量平均的流体混合速度.利用R410A制冷系统实验台,实验研究了制冷剂过冷度对喷嘴出口流体混合速度及喷嘴能量转化效率的影响.实验表明:随着入口制冷剂过冷度的提高,喷嘴的通过质量流量逐渐增加;同时,制冷剂过冷度的提高使喷嘴出口流体混合速度及喷嘴转化效率明显下降;在实验工况下,喷嘴进口为饱和制冷剂时,2#喷嘴出口制冷剂混合速度达到了94.1 m/s,喷嘴转化效率为64.1%;当制冷剂过冷度由饱和状态增至11℃时,2#喷嘴出口流体的混合速度降低35.7%,喷嘴转化效率降低33.9%.