三相流化床除尘脱硫器性能的数值模拟研究

利用数值计算的方法模拟计算三相流化床塔内流场分布，探求三相流化床的设计参数和运行参数对流场分布的影响，并找出优化整流板布置的方法；利用离散相模型模拟计算粉尘粒子运动轨迹，分析设计参数和运行参数对除尘效率的影响，并与实际工程测试结果比较，结果是两者基本吻合．因而，所用模型可以用于实际工程计算，为三相流化床的设计及保证其长期经济安全运行提供了依据．  

微重力状态下细水雾雾场特性仿真

针对细水雾灭火在载人航天器安全中的应用,采用计算流体动力学（CFD）的方法进行了研究.在建立压力旋流喷嘴液膜式雾化模型及微重力场雾滴运动轨迹模型的基础上,利用计算流体动力学仿真软件FLUENT中的离散相模型（DPM）分析了微重力状态下细水雾雾场特性,包括微重力下细水雾的雾化图形、速度以及雾粒直径分布.仿真结果表明：微重力下细水雾雾场特性与常重力下有明显差异,雾场呈现弥散云团状分布,并且雾粒直径大于常重力下的雾粒直径,研究成果对航天细水雾灭火系统的研制奠定了一定的基础.  

超声速旋流分离器内气液两相流流动特性

采用考虑颗粒碰撞的欧拉-拉格朗日数值方法对超声速旋流分离器内部复杂的气液两相流场进行数值计算。在数值模拟中,采用RNG k-ε模型模拟气相流动,采用离散相模型(DPM)追踪颗粒运动轨迹。以湿空气为介质,测量超声速分离器的轴向压力并与数值模拟结果进行对比。结果表明:数值模拟结果和测量值较为一致;气体进入超声速喷管后发生膨胀形成低温(-70℃),使天然气中的水凝结为液滴,同时气体经旋流叶片产生旋流,经中心体的收缩形成较大的离心加速度(300000 g);在巨大的离心场作用下极少部分液相颗粒随气相从扩压器流出,大部分液相颗粒与旋流分离段壁面碰撞被吸附或直接进入积液槽空间被排出,达到气液分离的目的。  

旋风除尘器的气固两相流的数值模拟与分析

采用Reynold应力方程湍流模型(RSM)模拟了旋风除尘器内的流场,并得到流场内Reynold应力具有各向异性的特征.采用离散相模型(DPM),模拟了固体颗粒运动轨迹,并对固体颗粒的分离效率进行了分析.  

矩形斜板湿法除尘塔气液两相流数值模拟

以自主研制的矩形斜板湿法除尘塔为物理模型,采用CFD(计算流体力学)软件Fluent对塔内三维气液两相的流场进行了数值模拟.计算中气相采用标准k-ε湍流模型,液相采用拉格朗日离散相模型,液滴的壁面行为采用壁面液膜模型.结果表明:矩形斜板除尘塔能有效地增大气液接触面积,增强气液扰动,延长气体在塔内的停留时间;在塔体的进口区域会出现烟气冲壁和液滴冲壁的现象;在进气管一侧的塔体顶部会出现流动死区;喷淋液体对气场有一定的整流作用,在喷嘴处可以观察到气体卷吸的现象;增大进口烟速,可增大液滴在塔内的充满度,但同时会出现液滴夹带的现象.最后,在不同气速,不同的液气比下对塔内的压力损失进行了实验验证,实验值与模拟值吻合较好.  

硫酸铵工业尺寸结晶器的拉哥朗日多相CFD模拟

反应器内流体的流动行为和硫酸铵晶体粒子的悬浮情况,是设计工业生产硫酸铵反应器的关键.通过测定硫酸铵晶体的粒度分布(CSD),计算出硫酸铵晶体粒子恰好悬浮时的搅拌速率为100 r/min.针对一个为实际工业生产设计的连续结晶器,进行计算流体力学(CFD)模拟,得到其稳定的单相流场,并与200 r/min搅拌速率的流场进行对比.引入拉哥朗日离散相模型,进行两相流CFD模拟,验证不同粒度的硫酸铵晶体粒子在100 r/min搅拌速率下在连续结晶器内的悬浮效果.模拟结果表明设计的硫酸铵连续结晶器是合理的.  

管道复杂流场气固两相流DPM仿真优化

针对Fluent中气固两相流离散相模型(DPM)仿真,为提高通用模型对管道节流复杂流场问题仿真时的准确性,在结合气相流场分析与固相颗粒受力分析的基础上,提出DPM优化的4项措施,即从气相速度入口模型、颗粒曳力模型、颗粒壁面碰撞模型、颗粒所受各个力的合理取舍4个方面进行优化.通用模型的优化通过调用Fluent相关宏并编制用户自定义函数(UDF)程序实现.实验已验证优化DPM的准确性明显优于通用DPM,具体体现在:两相流型转换时气相速度区间的模拟,颗粒沉降气相临界速度的模拟方面,这2项指标优化后比优化前分别提高55%和50%;在实验管道局部阻力损失与节流孔板前颗粒速度分布的模拟仿真方面,优化DPM显然具有更准确的优势.通过实流实验与仿真模拟的对比,证明优化是有效的.从研究过程可以得出,模型优化的方法对于其他类似的复杂流场工况具有通用性和工程实用价值.  

运行状态下超大型冷却塔内表面风荷载的数值模拟研究

对运行状态下的某超大型双曲冷却塔的内表面平均风压进行了CFD数值模拟.在计算流体动力学软件基础上进行二次开发,采用DPM模型结合UDF函数方法加入源项来研究某超大型冷却塔内表面平均风压分布;塔中水相采用了拉格朗日方法模拟,而空气相采用欧拉方法模拟,较好地实现了冷却塔运行状态下的内外流场计算及其与传热传质的耦合计算,分析了运行状态下冷却塔横风向来流时的内压分布规律.无侧风工况下计算结果显示,塔运行过程中的内表面压力对称性良好,出水温度与实测结果相符,验证了本文提出的塔运行过程中的传热传质计算方法的正确性.侧风工况下得到塔内压力系数沿高度方向相应变大,而沿纬向变化不明显.同时讨论了中国规范对内表面压力系数的取值不完善之处,给出了建议取值,为超大型冷却塔设计过程中的内压计算提供方法和依据.  

不同形式的高架桥对街道峡谷气流和污染物分布的数值分析

应用计算流体力学（CFD）软件FLUENT模拟了不同形式的高架桥在街道峡谷中的气流和污染物分布的状况.该高架桥的不同形式包括：高架桥的高度、高架桥的宽度以及高架桥是否有污染源.采用标准k-ε模型与离散相模型对街道峡谷内部气流运动及污染物浓度分布进行了模拟计算,并分析了高架桥对风场及污染物扩散的影响.  

正向除渣器内部纤维浆料流场的数值模拟

基于FLUENT软件,采用雷诺应力模型(RSM)对正向除渣器中3%的纸浆悬浮液流场进行数值模拟,同时采用相间耦合的离散相模型计算浆渣颗粒的运动轨迹和分离效率。结果表明:正向除渣器内部流场具有小幅度的不对称性;从除渣器壁面到中心轴处的总压最大压降在4 500 Pa左右。根据不同截面上轴向速度的分布特征可以发现,正向除渣器内部纤维浆料流场主要由中心区域的内旋流和外围的外旋流所组成;粒径在0.02 mm时的重杂质和轻杂质的分离效率都维持在50%左右,粒径大于0.2 mm时的重杂质分离效率随着粒径的增大而提高,而轻杂质分离效率随粒径的增大而降低;在粒径接近1 mm时,相对密度大于或等于石子的浆渣颗粒的分离效率已达到100%。