低温透平膨胀机内非平衡自发凝结两相流动的数值研究

针对低温透平膨胀机内复杂自发凝结三元两相流动问题,基于非等温修正成核模型及Gyarmathy液滴生长模型,采用非平衡凝结数学模型,准确预测了气体快速膨胀中凝结成核和液滴生长的过程,基于数值模拟结果,研究了进口过热度和旋转作用对工作轮流道内自发凝结过程的影响,并分析了流道内液滴数目密度、液滴直径及带液量的分布规律。模拟结果表明:当进口过热度不够低时,快速成核发生在工作轮内导流段并发展缓慢,致使气体始终保持在较高的过冷度状态且成核区域较大;非平衡自发凝结与二次涡流的相互作用产生的逆温梯度会带来附加热力学损失,同时增大的逆压梯度会造成更强的边界层分离,从而引起附加流动损失;对于径-轴式工作轮,在二次涡流区域、吸力面壁面附近及尾迹涡流区域内容易发生液滴的聚集,这很容易引起二次成核并形成大尺寸二次液滴,进而带来附加机械损失。     

复杂结构流道汽—液两相凝结流动压降

以复杂变截面流道为压降元件,研究了汽-液两相凝结流动的压降规律、两相流摩擦压降的L-M模型的扩展问题、均相流动模型和分相流动模型的适用性问题。获得了用混合平均雷诺数表达与两相凝结流压降的关系、L-M模型可用于非绝热的两相等温流等结论,为复杂流道中汽—液两相凝结流阻力的分析及压降计算奠定了基础。     

液体—固体粒子两相流流动特性的数值模拟及计算

运用液体－固体粒子两相流理论及计算流体动力学ＳＩＭＰＬＥ方法,对液－固两相流动特性进行了分析和研究,在此基础上建立了物理模型和数学模型,编制了计算程序,并以空心全在压力筒内产生破裂的现象为实例进行了数值模拟计算,结果表明,本文的理论研究方法,数值计算方法及计算程序是正确可靠的,不仅为液－固两相流动的研究提供了了手段,还进一步研究三相流动打下了良好的基础。     

波纹板除雾器两相流动的数值模拟与分析

用计算流体力学(CFD)方法对波纹板除雾器内的气液两相流动进行了数值模拟,计算得到了不同液滴直径、进气速度与叶片间距下除雾器的除雾效率和压降,并分析总结了各参数对除雾效率和压降的影响规律.数值模拟还显示了液滴的运动轨迹以及液滴浓度、压力、速度和旋涡的分布情况,这对除雾器的优化设计具有指导意义.研究表明CFD方法可以成为除雾器设计的有效辅助手段.     

细圆管内流动凝结换热的流型研究

通过可视化观察实验,分析细圆管的管径、流量以及倾角对管内蒸气流动凝结过程流型的影响.研究表明,在小尺度下,重力的影响受蒸气剪切力和表面张力作用而降低,流动的分层受到明显削弱.随着管径的减小,凝结液分布比较均匀的近环状流在流型图上所占区域增大.现有用于常规尺度下的流型图不适用于细圆管内流动凝结流型的预测.     

微型氦透平膨胀机系统性数值模拟

现今氦透平膨胀机的设计,仅有面向各部件的设计方法及步骤,没有完整精准的设计流程,未形成设计体系.为保证环控系统中微型氦透平膨胀机运行的安全性、可靠性及高效性,提出一套基于CAD/CAE/CFD的智能化设计流程,通过一维热力计算、二维气动设计、三维气动分析和强度校核、三维造型和转子动力学分析对微型氦透平膨胀机进行数字化仿...     

气液两相分层流动相界面迁移的数值模拟

采用高精度差分格式求解原始变量不可压缩Navier-Stokes方程和Level-Set方程,对二维的两壁面间的气液两相分层流动进行数值模拟,分析气、液雷诺数对界面的迁移、演化过程的影响.结果表明:随着流体沿流向流动,界面扰动波幅值和扰动波及的范围逐渐变大,左右两侧界面非对称地发展,界面呈现出了钉子结构和泡状结构;气相与液相雷诺数对界面迁移变化的影响规律相同,只是在管中流动产生的界面形状有差异,液相雷诺数的增加使得界面波动更加剧烈.     

SST k-ω-kp两相湍流模型及其在湿蒸汽凝结流动数值模拟中的应用

首先,建立了湿蒸汽凝结流动的双流体模型,考虑了湿蒸汽两相流动中相间的速度滑移、耦合以及湍流扩散作用的影响．然后,针对蒸汽透平叶栅中流动的湍流特性,在单相湍流计算中数值模拟精度相对良好的两方程SST k-ω湍流模型基础上,参照颗粒湍能输运方程理论,推导建立了SST k-ω-kp湿蒸汽两相流动湍流模型,模型中引入了液相黏性、导热及扩散系数等拟流体概念．对二维叶栅中存在自发凝结的湿蒸汽流动进行的数值模拟表明：建立的数值模型表现良好,明显优于单流体模型,特别是吸力面的压力分布模拟精度有很大提高,具有较高的精确性和可靠性．由于实验数据的匮乏,数值模拟中发现的汽液两相的动力特性以及液相的参数分布有待于进一步的实验来验证．     

推力中止过程的两相流动数值模拟

针对采用含铅推进剂的发动机，利用两相流动理论，建立了推力中止过程的内弹道预估的计算方法，预估了推力中止过程的各内弹道曲线，并讨论了Ａｌ２Ｏ３颗粒参数对流动的影响。     

湿蒸汽两相流动的数值方法及其在喷管中的应用

针对在高维情况下存在自发凝结的湿蒸汽两相流动数值模拟,回顾了当前湿蒸汽两相流计算的概况,在此基础上给出了守恒型的两相流流动控制方程组及数值求解方法,对二维喷管中存在自发凝结的跨音速两相流动进行了数值分析,结果表明,计算可准确地预测喷管中自发凝结发生的位置,反映边界层影响膨胀率,从而引起喷管中冷度及相应水滴状态分布的不均匀,计算也显示了凝结流动与单相流动马赫数分布的显著差异,为研究透平叶栅中的湿蒸汽两相凝结流动奠定了基础。     

Numerical Study of Void Fraction Distribution Propagation in Gas-Liquid Two-Phase Flow

A dynamic propagation model was developed for waves in two-phase flows by assuming that continuity waves and dynamic waves interact nonlinearly for certain flow conditions. The drift-flux model is solved with the one-dimensional continuity equation for gas-liquid two-phase flows as an initial-boundary value problem solved using the characteristic-curve method. The numerical results give the void fraction distribution propagation in a gas-liquid two-phase flow which shows how the flow pattern transition occurs. The numerical simulations of different flow patterns show that the void fraction distribution propagation is determined by the characteristics of the drift-flux between the liquid and gas flows and the void fraction range. Flow pattern transitions begin around a void fraction of 0.27 and end around 0.58. Flow pattern transitions do not occur for very high void concentrations.     

基于VOF方法数值模拟离心式喷嘴内两相流流动

离心式喷嘴内的气液两相流动是影响喷嘴雾化特性的重要因素.利用FLUENT软件,基于VOF(volume-of-fluid)方法对离心式喷嘴内的气液两相流动进行三维数值模拟.模拟计算很好地捕获了燃油在离心式喷嘴内所形成的空气涡及雾化锥角,所得的喷嘴内压力分布、相分布与雾化锥角反映出该离心式喷嘴内流动特点,并与试验结果吻合较好.同时还计算了不同入口压力下喷嘴出口处的速度与雾化锥角,结果表明,随着入口压力的增加喷嘴出口速度增加,但对喷嘴雾化角影响较小.因此,数值模拟方法为离心式喷嘴的设计与雾化性能预报提供了必要的边界条件与理论基础.     

T型微通道内气液两相流数值模拟

采用相场方法,在湿壁面条件下对T型微通道内不可压缩气液两相流动进行了模拟研究.数值模拟中得到微通道内特有气泡——Taylor气泡形成的过程,发现其形成共经历了4个阶段,气泡在形成过程中主要受到挤压力、表面张力、黏性力的作用,分析各阶段这3种力对气泡的作用,得到Taylor气泡形成机理.计算结果表明,挤压力和表面张力在气泡整个形成过程都起作用,表面张力在气泡脱离前达到最小值,黏性力仅在气泡形成前两阶段起作用并在阻塞阶段取得最大值.这些基本规律为有效控制微通道内气泡尺寸和微通道系统设计提供了一定的依据.     

涡轮流量传感器测量气液两相流的数值仿真与实验验证

以Fluent软件为工具,采用双流体模型,对涡轮流量传感器测量体积含气率低于10％的气液两相泡状流进行了数值仿真．提出了以仪表系数迁移量为评价涡轮流量传感器测量气液两相流性能的方法．通过对传感器内部流场的分析可知：随着入口体积含气率的增加,叶片吸力面侧、叶片尾缘附近的气相体积分数明显增加,导致传感器仪表系数迁移量明显增大．以现有传感器与改进传感器的仪表系数迁移量仿真值的对比为判定依据,对现有传感器进行了改进设计．在天津大学自动化学院气液两相流装置上进行了实验,验证了该改进设计的有效性.     

燃气射流复燃流场的数值计算

目的　研究非平衡化学反应流动的数学模型,进行火箭燃气射流复燃流场的数值研究; 方法　从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程出发,采用１２ 组分１１ 个反应的化学动力学模型,建立化学反应流动的微分方程组,然后采用差分方程离散,其中对流项采用了高精度的３ 阶ＥＮＯ格式; 结果　计算得到了包含各组分在内的流场诸参数的分布,分析了燃气射流复燃流场的特点; 结论　化学反应集中在混合层内,近尾核心区可视为化学反应冻结流;     

气体和非牛顿液体在水平管中的两相流动(英文)

本文将Lockhart-Martinelli关系式推广到水平管中的气体和非牛顿液体两相流动,得出了修正的L-M参数X.在内径为20.02和22.22mm的水平圆管中进行了压降,持液率和流型的实验研究,气相介质为空气,液相为聚丙烯酰胺(PAM)溶液,用修正的L-M参数X关联的压降和持液率的计算式与实验数据吻合较好。     

辐流式二沉池固液两相流数值模拟

二沉池两相模拟传统上采用标准k-ε（紊流动能-紊流动能耗散率）模型，导致结果失真．利用改进的RNG（重整化群）k-ε两方程紊流模型和简化的多相流Mixture（混合）模型，对辐流式二沉池内速度场和污泥质量浓度场进行了数值模拟．研究结果表明：沉淀池表面和底部存在着两个回流区，约占整个池体积的20％．池内存在着明显的泥水界面和压缩界面，泥水界面距离水面约1.2m，污泥层中相当大的部分是等质量浓度的成层沉淀区，污泥层底部是质量浓度较高的压缩区，高度小于0.1m．模型同实际结果符合较好．     

气-液两相流界面迁移现象的数值模拟研究

借助于LevelSet函数,建立了气-液两相的统一控制方程组,并在交错网格中进行离散.用两种格式,即Superbee TVD格式和5阶WENO格式求解LevelSet函数的输运方程,用SIMPLER算法的思想对主流场控制方程的求解方法进行改进.数值实验结果表明,在求解LevelSet的控制方程时,5阶WENO方法比Superbee TVD格式的结果更准确;用改进的数值算法可成功实现对密度比大于1000/1的气-液两相流界面迁移问题的数值模拟.对几种典型大密度比气-液两相流问题的计算结果与实际问题的物理规律完全一致,验证了该方法的有效性和可靠性.     

产气井内气液两相流流量测量方法

针对大庆油田气井内广泛存在的气液两相流流量测量问题,提出了伞集流式涡轮流量计与电导传感器组合的气液两相流流量测量方法,并采集了104组不同流动工况下气液两相流的涡轮和电导波动信号．采用从电导波动信号中提取的吸引子形态特征量对伞集流后测量通道内的气液两相流流型进行辨识,取得了较好的流型分类效果．在总流量为0．1～2．5m^3／h、含水率为0．04～0．97范围内,基于气液两相流涡轮波动信号建立了总流量测量模型,预测总流量绝对平均相对误差为7．9％．从电导传感器测取的波动信号提取了与相含率有关的时频域特征量,通过支持向量机软测量模型实现了含水率预测,预测含水率绝对平均误差为0．038．研究结果表明,采用伞集流涡轮流量计与电导传感器组合可以较好地测量气液两相流流量和相含率．