水平弯管高压密相气力输送数值模拟

针对水平弯管高压密相气力输送,基于Euler/Euler双流体模型,引入Vescovi摩擦应力模型、颗粒动理学理论以及Huilin-Gidaspow曳力模型,同时结合Johnson Jackson壁面模型构建了水平弯管高压密相气力输送两相流模型.并用所得模型对水平弯管进行了模拟计算,获得了其力学机制和管道流场信息.模拟结果表明:颗粒自上游水平管进入弯管后,在管道外壁面附近逐渐形成高浓度区域,颗粒间摩擦应力以及颗粒与壁面剪切应力迅速增大;颗粒由弯管进入下游水平管后,管道外壁面高浓度区域逐渐消失,并在流动过程中,颗粒逐渐沉降,管道底部颗粒间摩擦应力以及颗粒与壁面间剪切应力相应增大;模拟预测的水平管段流型与ECT图基本吻合;模拟预测弯管段和水平管段压降均与试验值相符合,误差在14%以内,证实了模拟的可靠性.     

曳力模型对水平管高压密相气力输送模拟的影响

在欧拉-欧拉方法的基础上,引入Dartevelle摩擦应力模型、修正的颗粒动理学理论,采用考虑摩擦应力项的JohnsonJackson固相壁面边界模型以及Realizable k-ε-k_p-ε_p气固湍流模型对水平管高压密相气力输送进行了数值模拟,并考察了Huilin-Gidaspow曳力模型、Mckeen曳力模型以及构建的三段式曳力模型对数值模拟结果的影响.结果表明:与其他2个曳力模型相比,采用三段式曳力模型所得的模拟结果不仅精准地预测了水平管压降及水平管压降随补充风量的变化规律,其相对误差在-3.7%～+5.2%以内,而且更加合理地反映了水平管高压密相气力输送各流动形态的输送特性.采用三段式曳力模型预测的水平管固相体积浓度分布与ECT图相吻合,从而证实了三段式曳力模型更适用于模拟水平管高压密相气力输送.     

水平管段高压超浓相煤粉输送特性的数值模拟

在充分考虑气固两相相互作用的基础上,利用修正后的κ-ε湍流模型对以CO2为输送介质的高压超浓相煤粉气力输送进行了数值模拟.对于固相体积分数高达25％的高压超浓相煤粉气力输送,采用该模型模拟一体化管道(垂直管、弯管、水平管连接在一起),获得了水平管段中不同粒径的颗粒在截面上的速度分布、浓度分布,以及不同表观气速下水平管段中固相的径向浓度分布.模拟结果表明,在相同的输送条件下,大粒径煤粉的速度较低,更容易在水平管道沉积;煤粉粒径相同时,表观气速较大的颗粒在沉积区的浓度分布较小.将模拟结果与相同试验条件下的水平管电容层析成像(ECT)结果进行了对比,验证了本文模拟结果的正确性.     

气力输送的数值模拟研究

对气相湍动能采用修正的κ-ε二方程模型,颗粒相湍动动能采用颗粒动力学方法,发展建立了气力输送的数学物理模型和计算方法,就垂直管中圆柱坐标系下二维悬浮稀相和密相动压气力输送过程进行了初步数值研究,所得结果(包括管压降、气固速度分布、一定输送量下最佳经济速度等)与文献实验结果吻合,为进一步用该法研究气力输送打下了基础.     

L-酪氨酸和L-苯丙氨酸双组分吸附平衡研究

研究了L-酪氨酸和L-苯丙氨酸在732树脂上的单组分和双组分吸附平衡.对单组分吸附,分别采用Fre-undlich和Langmuir模型拟合吸附平衡数据.对双组分吸附平衡,扩展的Freundlich模型的预测精度明显优于IAS和LCA模型,而后2者的精度相当.双组分吸附行为表明,L-苯丙氨酸在该双组分吸附系统中是强吸附质.所得到的模型为双组分竞争吸附动力学过程的数学建模与数值模拟研究提供参考.     

旋转阀气力输送空气泄漏特性仿真

为分析旋转阀气力输送的空气泄漏特性和流场变化规律,基于Fluent软件,采用非定常计算,建立旋转阀气力输送系统二维、三维计算模型,对某型旋转阀气力输送系统在纯送风工况下进行数值模拟,研究不同时刻旋转阀气力输送系统的压力分布与空气泄漏量,并对比二维与三维计算模型泄气量的变化规律,获得叶顶间隙、进出口压差对旋转阀泄气量的影响规律.数值计算得到的不同压差下旋转阀泄气量与试验结果对比显示,两者最大相对误差为12.2％,平均相对误差为8.7％.研究表明,二维与三维计算模型的泄气量随旋转时间变化趋势一致,二者平均泄气量偏差为9.8％;旋转阀平均泄气量、高压腔体瞬间泄气量与进出口压差呈线性关系;旋转阀高压腔体瞬间泄气量随叶顶间隙尺寸变化很小,而旋转阀平均泄气量随叶顶间隙呈指数趋势增长.     

饱和软土自由场振动台试验与数值模拟对比

根据饱和软土自由场地地震反应特性大型振动台模型试验结果,基于u-p格式动力固结方程和饱和两相介质有效应力动力求解方法,采用有限元开放程序平台Open SEES建立饱和软土自由场地非线性动力有效应力耦合数值模型,对各种试验工况饱和软土自由场地地震反应进行数值建模分析,并将计算结果与振动台试验结果进行对比.研究表明:数值计算结果与振动台试验结果具备良好的一致性,并呈现出相似的时程变化规律,相互验证了基于Open SEES计算平台的力学建模和振动台试验结果的正确性.该数值模型可较合理地模拟饱和软土自由场地地震反应特性,可为进一步建立其他更加复杂的软土场地参数化数值外推模型提供依据.     

高压下不同载气多原料超浓相气力输送机理及流动特性研究

为了获得高压浓相气力输送过程中不同粉体的输送机理及流动特性,对发料罐内的流动特性、不同粉体的输送特性及含水率对流动稳定性的影响规律进行实验研究并进行数值模拟。引用先进的阵列式静电传感器对粉体流动过程的特征参数进行监测。结果如下:采用光纤颗粒浓度探针获得了常压上出料式发送罐内提升管入口附近区域颗粒浓度分布,揭示了提升管入口附近区域气固流动结构的变化规律。在高压超浓相条件下进行了不同含碳原料的气力输送实验研究,获得了褐煤、无烟煤以及石油焦的输送规律,发现了石油焦输送过程中的结壳问题并提出了解决方法;通过褐煤中不同赋存形态的水分进行分类研究,获得了不同褐煤气力输送临界水分含量。对工业规模级竖直上升管压降进行了研究,并对粉煤密相气力输送管路流型及其压力信号特征分析,揭示了粉煤流动稳定性以及流型变化特性。对基于颗粒动理学理论的双流体模型进行了修正,建立了描述常压上出料式发送罐内气固流动的数学模型,获得了提升管入口附近区域颗粒浓度和速度分布规律。基于双流体Euler-Euler方法,将k-ε-kp-εp湍流模型与颗粒动理学理论相结合,对高压超浓相粉体气力输送的气固两相流的全面力学分析,通过对气固两相流的动力学参数的瞬态分布特征的理论分析,对原有数理模型进一步的改进和完善后,利用此模型对高压超浓相输送系统中水平管、弯管和垂直管建立了完善的一体化管道并进行模拟计算。开发了基于阵列式静电传感器的多路相关速度测量系统,实现了颗粒局部平均速度的测量,并将其应用于高压浓相煤粉气力输送的过程监测中,为提高气力输送效率和输送稳定性提供参考依据。     

复杂受力状态下密肋复合墙体框格有限元模拟

基于通用有限元计算分析软件并结合自定义材料子程序模型,对水平往复荷载及轴压力下的密肋复合墙体框格试件进行了梁式建模、壳式建模及梁壳式建模方式下的数值模拟.基于不同有限元建模方式,混凝土材料模型分别选用汪混凝土本构模型和经典混凝土弹塑性+断裂本构模型,而钢筋材料模型统一采用汪钢筋本构模型.通过计算结果与试验结果的对比分析,探讨了影响往复荷载下密肋复合墙体框格数值模拟的主要因素.     

高压磨料水射流过程流场压力场数值模拟

利用计算流体力学方法对高压磨料水射流过程进行了数值模拟.应用拉格朗日随机轨道模型对固体颗粒的运动轨迹进行数值模拟,采用标准湍流模型对连续相流动进行数值模拟,得到连续相速度场和压力场分布.结果表明,颗粒直径是射流过程主要影响因素,改变系统压力和喷射靶距,可以为高压磨料水射流过程的研究提供有意义的途径.     

边界面模型在ABAQUS的开发应用

目前岩土动力分析中,土体的本构模型大多采用等效线性粘弹性模型,其仅是通过迭代的手段来近似地反映土体的剪切模量与阻尼比随应变水平的非线性关系,不能反应孔压的增长和永久变形的发展,与土体的真实特性尚有较大差距.因此采用能反映土体动力特性的弹塑性模型是十分有必要的.给出了边界面模型的Euler向后本构积分算法和的一致切线模量矩阵的推导,介绍了利用UMAT子程序在ABAQUS中开发了边界面模型的具体过程.对三轴不排水静、动力试验进行了数值模拟.结果表明,所开发的边界面用户材料子程序具有较好的稳定性和较高的计算精度,从而可利用ABAQUS前后处理方便、计算精度高和模拟复杂问题能力强的优点,为岩土动力分析提供了一种可供选择的手段.     

高压水射流与丁羟推进剂相互作用的数值模拟

为研究丁羟推进剂在高压水射流作用下的点火机理,采用LS-DYNA软件和Euler算法,对高压水射流冲击丁羟推进剂的相互作用过程进行数值模拟.分析了不同水射流速度和直径下丁羟推进剂的压力变化,得到了不同组成的丁羟推进剂的冲击起爆判据.高氯酸铵(AP)和二茂铁含量越高的推进剂,冲击起爆的临界值越低.数值模拟结果与理论分析结果具有很好的一致性.     

网格密度对海底管道溢油扩散数模结果的影响

采用数学模型对海底管道溢油扩散进行模拟时,除了要求模拟结果的准确,同时也必须要从经济性角度考虑计算成本的问题.为筛选出合适的数值模型,对不同网格模型进行了对比性研究.基于结构网格,采用有限体积法建立溢油扩散模型,并采用流体体积法来追踪多相流界面.选用疏、密两种不同网格进行计算.根据Fan(1967)经典实验,选择3种不同工况,并采用其实验数据对计算结果进行验证对比.通过不同工况下疏、密网格模型中溢油的传播形态、到达海面时间、横向漂移距离、海面扩散范围及电脑计算时间的对比分析,研究了网格疏密对溢油结果的影响.研究表明:密网格模型电脑计算时间过长,各种物理量的提升效率一般,而疏网格模型计算成本则较为合适.该模型可为海管溢油扩散预测及应急维修提供参考.     

基于动力拟序涡模型的水波三维大涡模拟

利用大涡模拟理论数值模拟了规则波和不规则波的传播过程,采用动力拟序涡黏性亚格子应力模型进行波高及速度场的模拟.计算结果表明,模型对水波的波高及由波产生的流体速度分布模拟结果与解析值符合良好,且精度较高.对比分析了人工海绵层及Sommerfeld辐射型耦合边界条件与仅采用Sommerfeld辐射型边界条件对水波数值模拟精度的影响.结果表明动力拟序涡粘性模型可以准确地模拟水波传播特性.     

某火电厂300MW机组省煤器灰气力输送系统实验研究

针对某火电厂300 MW机组省煤器灰气力输送系统运行不顺畅,常常出现振动、堵管等问题,分析了负压输送、稀相正压输送和密相正压输送工艺各自的技术特点,设计了一套气力输送实验系统;并对该火电厂飞灰进行料性分析和气力输送实验,对其气力输送的稳定性进行了探讨。实验结果表明:对粒径粗、分布宽、较重的省煤器灰采用稀相正压输送,更能提高输送系统的稳定性。     

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.     

绕水翼超空化流动数值模拟的湍流模型评价

为深入了解湍流模型对超空化流动计算的影响,分别采用3种不同的湍流模型即标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型和SSG雷诺应力模型,对绕水翼的超空化流动进行了数值模拟,并与实验结果进行了对比.结果表明:标准κ-ε模型仅能模拟出定常状态的超空化形态;RNGκ-ε模型和SSG雷诺应力模型能较为准确地模拟出超空化区域内的两相混合非定常特性,并完整再现了空泡内部两相(气相和水气混合相)界面的反向波动过程,而采用RNGκ-ε模型计算得到的最大空泡长度与实验最为接近.     

栅中水翼的空化流体动力特性

采用数值模拟的方法对空化条件下Clark-y水翼和栅中水翼的水动力特性进行了研究.计算中,空化模型采用基于Rayleigh-Plesset方程的Kubota模型,湍流模型则采用基于滤波器的混合湍流模型.通过实验结果对计算结果的可靠性进行了验证.结果表明,受上下翼型的影响,栅中水翼吸力面的低压区和压力面的高压区相对水翼情况有所收缩,造成平均升力系数变小;与水翼相比,栅中水翼的升阻力变化周期更长,波动范围更大.     

水轮机蜗壳和固定导叶内部流动的数值模拟

为探求蜗壳内部的流动规律 ,优化蜗壳设计 ,对三峡混流式水轮机组模型蜗壳和固定导叶内部的流动进行了紊流解和 Euler解的全三维数值模拟。文中基于 Navier-Stokes方程的标准 k-ε紊流模型、Euler方程模型 ,采用贴体座标和交错网格系统 ,用 SIMPL EC算法 ,对蜗壳和固定导叶内部流动的联合计算结果进行对比分析 ,并与实验值进行了比较。还对流动的不均匀性进行分析 ,提出了改进和优化蜗壳和固定导叶设计的较为可信的解决方案     

非线性双曲型Euler方程的数值分析

采用 L U- AUSML W算法 ,对非线性双曲型 Euler方程进行求解 .该算法综合了 L U- SGS方法与 AUSMPW格式的优点 .为了验证 L U- AUSML W算法的有效性 ,在曲线坐标系中 ,对亚音速、跨音速和超音速流动进行了数值模拟 .数值试验的计算结果与文献计算结果相符很好