一种基于化学势LBM多相流模型的改进方法

在基于化学势的晶格Boltzmann多相流模型中,通过引入"折合变量",提出一种改进的化学势多相流模型。对该模型的性能进行验证,结果发现:与原化学势模型相比,使用改进模型模拟的温度范围、气液两相密度比得到较大扩展,稳定性显著提高,有效地降低了虚速度的影响。该模型也能很好地符合热力学一致性和满足Laplace定律,具有较好的实用性和应用前景。     

外场协同强化扩散传质过程的唯象分析

根据非平衡热力学熵产生表达式中热力学力和流的定义，并结合不可逆过程中热力学力和流之间的因果关系，推导了热力学力和流之间的唯象表达式，由此分析得到：除化学势梯度及温度梯度(热扩散，Soret效应)能引起物质的扩散外，外场力也对物质扩散流产生贡献，其扩散传质流大小不仅与外场参量梯度大小及化学势梯度大小有关，还与它们的方向配合有关，即与外场同化学势场的配合有关，当外场梯度与化学势场梯度方向一致时，扩散传质流最大．     

考虑气动伺服阀流体力的压力控制系统设计

提出了考虑气动伺服阀流体力的精密压力控制系统设计的新方法.建立了喷嘴挡板式伺服阀内流体力的计算模型和差压控制系统的线性模型.基于该模型,利用数值计算法设计了压力控制系统的PID控制器和干扰观测器.考虑伺服阀后的流体力能够进行压力控制系统的最优设计,并提高了参考输入的追踪性和系统的抗干扰性方面的控制效果.仿真与实验结果验证了该模型的正确性.     

舰船气泡尾流数值模拟

摘要：
以韩国船舶与海洋工程研究所(KRISO)的集装箱船KCS（KRISO Container Ship）模型为研究对象,以通用
计算流体力学(CFD)软件FLUENT为平台,进行了基于流体体积（VOF）两相流模型的KCS带自由面黏性流场数值模拟;将自由面固化,对自由面以下水体进行了基于混合物多相流（Mixture）模型的KCS气泡尾流场数值模拟,探讨了Realizable k ε（R k ε）两方程模型和雷诺应力模型对气泡尾流计算的影响.计算所得结果定性正确,验证了与自由面法向速度梯度相关的气泡卷吸模型及相应求解方法的适用性. 关键词：
多相流; 舰船; 气泡尾流; 数值模拟 中图分类号： O 359.1
文献标志码： A     

水-气二相流本构模型参数的反演识别

在地下水多相流问题的模拟研究中,需要确定各相流体的本构模型参数.为此,首先通过非稳定水-气二相流试验获取砂土中水-气二相流动过程的试验数据,然后建立考虑水相、气相流动及相互溶混的水-气二相流数学模型,采用Marquart-Levenberg最优化算法建立水-气二相流本构关系模型参数反演模型,结合非稳定水-气二相流的试验数据,对水-气二相流本构关系模型（VG和VGM）参数进行了反演识别,得到了与试验中土样相关的水-气二相流本构关系模型参数的最优估计值.将所得到的水-气二相流本构关系模型参数的最优估计值代入到水-气二相流数值模拟模型中,对该非稳定水-气二相流试验过程进行模拟,将对应的模拟值与试验过程的观测值进行对比分析,二者吻合较好,证明了最优参数估计值的准确性和参数反演识别模型的有效性.该研究成果可以为确定多相流系统中与各相流体（包括水相、气相和非水相流体（NAPL））有关的本构关系提供帮助和技术支持.     

基于方、矩形环管直接数值模拟结果的各向异性RANS湍流模型构建

传统RANS湍流模型大多基于Boussinesq湍流涡粘本构模型,该本构模型是在研究半无限大平板流构型中得到的.然而该模型在向复杂几何构型湍流模拟的推广应用时遇到了极大的挑战,其中一般湍流各向异性运动的普遍性是问题的关键所在.在分析方、矩形环管充分发展湍流直接数值模拟结果的基础上,试图运用张量涡粘系数模型重构出可描述各向异性运动的RANS湍流模型.进而利用重构出的RANS模型对方、矩形环管内充分发展湍流进行计算,通过比较基于张量涡粘RANS模型计算结果与直接数值模拟结果和SSTk-ω模型结果,分别说明了所构建张量涡粘RANS模型的有效性和优越性.     

基于非均质多相流模型的液舱晃荡数值模拟

应用非均质多相流模型对不同装载率和激励频率下矩形液舱的横摇晃荡运动进行了数值模拟.分析了液体重心的横向和纵向运动情况,计算了不同工况下自由液面形状与速度场分布以及舱壁测点处压力的时间历程和相应的功率谱密度.模拟结果与均质模型计算结果和试验结果的对比分析验证了非均质模型在模拟液舱晃荡时的优越性.     

基于多相流模型的纳米流体在水平细圆管内强制对流换热数值模拟

运用2种多相流模型模拟了纳米流体在细圆管内的强制对流换热特性,并与已有文献的实验值和传统流体经验公式的计算值进行对比.其中,采用混合模型和欧拉模型分析了雷诺数、纳米颗粒体积分数等物理量对换热特性的影响.结果表明:在纳米颗粒体积分数较低时,模拟值与其实验值及经验公式的计算值相差不大;随着纳米颗粒体积分数增加,其非常规的流体特性逐渐突出,当纳米颗粒体积分数达到一定值时,常规的流体经验公式已不再适用,纳米流体换热呈现出一定的多相流特性,且多相流模型的模拟值更接近于其实验值,表明运用多相流模型能够模拟纳米流体的换热特性.     

液-液循环流化床制冰过程的(火用)分析

采用水与另一种非相溶载冷流体直接接触换热结冰的液液循环流化床是一种新型动态制取流体冰方法.针对该方法建立了研究床内多相流动与传热过程的数值模拟平台,以热力学第二定律为基础提出了液液循环流化床制冰过程的火用损失计算模型.采用数值试验方法探讨了水滴直径、载冷液体入口温度和速度对系统的制冰能力和火用损失的影响.研究结果发现,减小水滴直径和入口温度可以不断提高循环流化床的制冰能力,但减小入口速度的作用有限,而减小水滴直径是兼顾制冰能力和过程火用损失的最有利途径.     

多相流体条件下混凝土泵送弯管磨损机理分析

为了解决混凝土泵送系统中弯管极易磨损破坏的问题,针对混凝土泵送弯管内的非连续多相流体解析的强非线性和非连续性特征,提出拟非连续流数值模拟的解析方法,即对组成物质采用物理性质相近的不可压缩理想气体、calcium-sulfate和calcium-sulfide分别模拟混凝土中多相流体,各相拥有各自的动量方程和连续方程求解,相间通过压力相、体积分数和液面交换系数实现耦合.通过拟非连续流数值模拟,分析了非连续多相流体条件下混凝土泵送弯管磨损机理.试验表明,文中所提出的数值模拟方法为连续流或非连续流条件下混凝土泵送弯管的定量化工程设计提供了有效方法.     

饱和多相流体孔隙介质内部磁场梯度的探测

饱和流体孔隙介质中存在的内部磁场梯度会对孔隙介质的核磁共振产生显著影响,提出了一种基于（T2int,D）二维核磁共振方法计算饱和多相流体孔隙介质内部磁场梯度的方法,可以计算饱和水以及油水多相流体的孔隙介质中内部磁场梯度．数值模拟与实验测量表明,该方法计算的饱和流体孔隙介质内部磁场梯度是有效的．     

格子Boltzmann方法对于大粘度差两相流的模拟

为了模拟具有大粘度差的两相流,对Boltzmann(LB)方法中的伪势多组分模型进行了改进.伪势模型将粒子作用力转化为速度形式,再将其引入离散的LB方程.改进模型把力的添加形式变为将力离散处理后,引入离散的LB方程中,以此提高数值计算的稳定性.该模型能够比原伪势模型得到更小的虚假速度和更大的粘度差.通过对沥青-水的大粘度差两相流体和粘性指进现象的模拟,验证了改进模型的正确性和有效性.该模型具有较好的适用性,它能模拟的两相流体最大粘度差可达到4 510倍.     

方法对于大粘度差两相流的模拟

为了模拟具有大粘度差的两相流,对Boltzmann(LB)方法中的伪势多组分模型进行了改进.伪势模型将粒子作用力转化为速度形式,再将其引入离散的LB方程.改进模型把力的添加形式变为将力离散处理后,引入离散的LB方程中,以此提高数值计算的稳定性.该模型能够比原伪势模型得到更小的虚假速度和更大的粘度差.通过对沥青-水的大粘度差两相流体和粘性指进现象的模拟,验证了改进模型的正确性和有效性.该模型具有较好的适用性,它能模拟的两相流体最大粘度差可达到4 510倍.     

水位波动影响下的非稳定渗流问题研究

非饱和土体孔隙中的水、气均遵守质量守恒定律和达西定律,根据多孔介质的多相流理论建立水-气二相流模型,模拟边坡土体在水位波动影响下水相和气相流体相互趋替的渗流行为.模型的求解采用效率较高的积分有限差分法进行空间离散,并编制了全隐式联立求解的计算程序,通过变换主要变量,实现了饱和(单相)与非饱和(二相)的相互转变,采用随时间变化的Dirichlet边界条件精确模拟水位波动时的变水头边界条件.同时分析了某土质边坡在水位波动影响下的孔压(孔隙水压力、孔隙气压力和毛细压力)及含水量变化情况.结果表明,由于气相的影响,孔隙水压力和毛细压力在非稳定渗流过程中存在显著差异,水位上升或下降时浸润线附近存在着含有封闭气体的准饱和区,该模型为定量研究准饱和区的渗流行为提供了有效途径.     

非水相液体传输的耦合动力学模型及数值解

基于多孔介质流体力学和溶质运移动力学原理,建立了非水相液体在地下环境系统中传输过程的多组分多相流耦合数学模型,对多相流渗流场模型和污染物传输浓度场模型分别采用了IMPES和特征有限差分方法进行数值离散,模型中充分考虑了污染物在地下环境体系中扩散、吸附解吸、界面间分配以及微生物降解等化学反应以及气相作用,并以苯在土壤中传输的浓度分布为例,验证了模型的可靠性。该数值模型较以往数值模型相比．可有效地克服在数值解过程中的弥散和振荡,对于石油工程领域中油气藏多相流数值模拟奠定基础。     

反应堆堆内构件流体激振力的数值模型研究

针对反应堆堆内构件流致振动分析评价中如何合理获取流体激振力的关键技术难题,开展了典型反应堆堆内构件三维流场分析的数值模型研究。研究基于计算流体动力学方法,首先,根据反应堆堆内构件的结构特点和运行工况参数,将实际结构的关键部件、物理边界提取并做适当简化,在合理降低计算规模的同时,又充分保留其流场特征;其次,综合考虑计算资源和计算效率,采用结构网格和非结构网格相结合的混合网格划分方式以及分区化的网格尺寸策略,将流场十分复杂但并不关注其细节的堆芯段采用多孔介质模拟,使划分的网格能够捕捉流场特征,进而建立了适用于工程的三维流场分析模型,并对预测结果较好的3种湍流模型进行了对比研究。获得了反应堆堆内构件的三维流线和压力分布特征、典型测点压力脉动的时程与功率谱密度（PSD）特性、3种湍流模型对反应堆堆内构件流体激振力的预测情况、作用于吊篮表面的流体激振力特性。结果表明,大涡模拟（LES）模型可以较好地预测反应堆堆内构件的流体激振力,同时又具有一定的保守性,作用在反应堆堆内构件的流体激振力符合宽带随机性,可为反应堆堆内构件流致振动分析评价提供关键参数和输入载荷。     

基于非解析计算流体力学和离散单元法的大颗粒在流场中的高效率运动模拟

为实现占据多个流体网格的大颗粒在流场中运动的仿真,基于计算流体力学和离散单元法耦合(computational fluid dy namics-discrete element mothod,CFD-DEM),提出了一种新的数值方法.使用黏结颗粒模型将大颗粒近似表示为多个小球形颗粒黏结而成,基于非解析CFD-DEM方法计算流体对每个小球颗粒的作用力,将所有小球颗粒运动参数的平均值用于描述整个黏结颗粒的运动状态.通过黏性流体中球形大颗粒的沉降运动模拟,比较仿真结果与相关实验数据,结果表明:该方法不仅能准确模拟球形大颗粒的沉降运动,而且与浸没边界法相比计算效率更高.与传统的解析CFD-DEM方法相比,此方法还可以方便且准确地模拟三维情况下非球形大颗粒在流场中的运动.     

绕平板气液两相流数值计算方法

为探究现行多相流模型和湍流模型对通气两相流动的适应性及所体现的数理本质,选取典型的绕平板气液两相流为研究对象,通过对比不同多相流模型、湍流模型对绕平板气液两相流的数值计算结果与实验结果,建立了适用于绕平板气液两相流的数值模型。 结果表明,基于单流体理论的Mixture多相流模型忽略了流场内客观存在的气-液相界面,计算结果不能真实反映实际流动现象,与实验结果不符;Level Set方法由于考虑了气液界面的表面张力的影响,能合理反映气液界面波动的特性,可以获得和实验较为一致的计算结果;滤波器湍流模型在标准k-ε模型的基础上,通过对湍流黏性项的修正,降低了计算流场中的湍流黏度,可以更精细地描述与时间相关的气液多相复杂流动现象,进而有效提高对非定常流动计算过程的预测精度。      

单流体变特性模型的定常局部空泡流数值模拟

采用单流体变特性模型，应用基于有限体积法的压力修正法(SIMPLE方法)对二维MACA0012翼型的定常局部空泡流问题进行了数值模拟．通过强隐式求解方法(SIP方法)求解联立方程组，由计算得到的密度变化确定空泡形状，以验证所用数学模型和数值模拟方法的可行性．该方法避免了势流模型中存在的困难，即空泡脱体点与空泡尾流模型的选取问题．     

新一代螺旋轴流式多相泵的外特性试验研究及数值模拟(英文)

以中国石油大学(北京)自主研发的新一代螺旋轴流式多相泵为研究对象,在不同工况下对其进行外特性试验研究.实验表明新一代螺旋轴流式多相泵能够输送很大范围的单相或多相流体.并且测定了转速、进口含气率、吸入压力等主要操作参数对多相泵性能的影响.通过实验发现多相泵的性能随着转数和进口吸入压力的提高得到明显改善,增压有所提高,高效区变宽,最优工况对应的流量增大.当含气率升高时,多相泵内两相流体产生速度滑移,泵内流型发生转变,导致多相泵振动、性能不稳定,多相泵的增压能力降低.另外多相泵入口处的均混器能够改善多相泵入口来流的条件,扩大多相泵的操作范围,对多相泵的性能影响很大.为了更好地了解多相泵内流场情况,建立了多相泵CFD数学模型.运用Fluent6.2进行数值模拟.通过求解雷诺时均N-S方程,并应用标准k-ε湍流模型来模拟泵内流动特性.首先用收敛的模拟结果与实验结果进行对比,将模型进一步修正,然后进行其他工况下的模拟.修正后的模型以及本文模拟的结果很好的反映了多相泵内流体流动的特点,同时利用该模型还可以进行各种工况下的性能预测以及多相泵的叶片翼型的优化.为今后新泵的设计提供了一种经济实用的方法.