小粒径固液两相流在螺旋离心泵内运动的数值分析

针对螺旋离心泵内固液两相流动比较复杂的情况,以黄河含沙水为工作介质,采用改变沙粒粒径和含沙水体积分数的方法,对小粒径颗粒在螺旋离心泵内的流动进行了数值模拟.通过内流场的速度、压力与颗粒分布,分析了粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布的影响,得出压力沿叶轮工作面和背面的分布规律以及固相体积分数沿叶轮轴面、叶片背面和工作面的分布规律,并在此基础上给出了螺旋离心泵内的磨损特性.     

不同排浆浓度下的尾矿沉积规律研究

排放后的尾矿沉积规律影响尾矿库坝体的稳定性。为研究不同排浆浓度条件下尾矿沉积特性，以云南某尾矿库为研究对象，通过现场试验和室内缩尺的堆坝模型试验，研究了不同排浆浓度下的尾矿沉积规律，分析了单颗尾砂颗粒的临界状态，推导了尾砂颗粒运动—沉积临界速度关系和不同粒径颗粒在干滩上的运移距离公式。研究结果表明：沉积滩面的坝前位置粗尾砂沉积较多，随着距离子坝越远，细粒尾砂沉积越多；在干滩面上尾砂流速与矿浆浓度呈负相关，与尾砂浆体压力呈正相关；较粘稠高浓度尾砂浆体的浓度越大，流动力就越弱，致使沉积形成的坡度越大；排浆浓度的逐渐增大，矿浆沉积长度也随之变长；尾砂颗粒在干滩面的沉积距离与排浆初始速度成正比，与干滩坡度、排浆浓度及颗粒粒径成反比。研究成果可对尾矿库坝体稳定性分析提供一定参考。     

煤粉壁摩擦特性的实验与模拟

为了研究仓壁材料性质、粒径对煤粉运动壁摩擦角的影响,用Jenike剪切测试仪,测试不同粒径煤试样在不锈钢板、碳钢板、环氧板3种常用仓壁材料上的运动壁摩擦力.结合Jenike松散物料流动理论,探讨了不同粒径煤试样运动壁摩擦系数的变化.结果表明:仓壁材料表面的粗糙度越大,煤粉的运动壁摩擦系数越大;材料刚度越大,煤粉的运动壁摩擦系数也越大;水分一定时,煤试样中小粒径煤粉含量越多,壁摩擦系数越大.同时,用离散单元法(DEM)对这一壁摩擦过程进行模拟研究.分析比较模拟结果和实验结果表明:数值模型能够有效模拟实验过程,仓壁材料粗糙度、刚度以及煤粉粒径对壁摩擦系数的影响规律与实验结果相同.     

油气地面管线内结垢固体颗粒沉积影响因素的实验研究

油田地面管线结垢机理的研究大多集中于结晶动力学。由于管道流动的复杂性,流体流动过程中的结垢机理尚不明确。研发了结垢动态分析仪,探讨了流体流动过程中的结垢过程,主要研究了结垢流体管道内速度分布、颗粒悬浮特征及位置、平均停留时间分布等关键参数。研究表明:相同的流量下,管径越大,流体中碳酸钙颗粒越均匀地分散在流体中。相同管径下,流量较小时流体在管道截面上流速分布不均匀。流量较大时在管道有限的长度内颗粒能够均匀分散在流体中。90°弯曲管中流体出现了涡旋区,增加了流动阻力,结垢量增加。管壁相对粗糙度愈小,结垢量与雷诺数相关性愈小;管壁相对粗糙度愈大,结垢量与雷诺数相关性愈大。流体流动具有温度效应,随着温度升高,管道内流体流动趋于稳定。研究为油田集输管线的清垢、阻垢工艺等方面提供理论依据。     

临界CO2 传输中水合物对弯管冲蚀规律分析

管道输送超临界CO2过程中,受含汽量条件影响而形成的CO2固体水合物颗粒会对管壁造成冲蚀.研究水合物颗粒在不同条件下对弯管管壁的冲蚀规律对CO2的安全输送有重要意义.利用COMSOL Multiphysics软件分析超临界CO2输送管道的弯管段的固液两相流的流场规律,研究不同流速、不同粒径、不同弯曲角度下固体水合物对管壁的冲蚀规律.结果 表明,流动速度和粒子粒径的增加会使固体水合物对管壁的冲蚀更严重,使冲蚀区域的分布位置往弯管外侧管壁集中;弯管角度发生变化时,碰撞时粒子的入射方向与壁面的夹角发生改变,造成了冲蚀区域和程度的不同,直角弯管更易受到水合物粒子的冲蚀破坏.     

烟气横掠螺旋槽管束灰粒沉积特性的数值模拟

为研究烟气中飞灰颗粒在螺旋槽管束壁面上的沉积特性,颗粒相采用离散相模型,气相采用k-ε湍流模型构建烟气横掠螺旋槽管束的气固两相流动模型,结合用户自定义函数(灰粒沉积模型)开展数值模拟研究.比较和分析飞灰颗粒在螺旋槽管束和光管管束壁面上的沉积特性和差异,并讨论两相流动参数、管束结构参数对灰粒沉积速率的影响.结果表明:烟气流速为7~10 m·s-1时,螺旋槽管束壁面上的灰粒沉积速率比光管减小5%左右;流速大于10 m·s-1时灰粒在螺旋槽管壁上的灰粒沉积速率与光管无明显差异;较大粒径的灰粒易沉积,灰粒质量浓度越高,灰粒沉积速率越大;灰粒沉积速率与管束的纵向节距成正比,与横向节距、螺距以及槽深成反比,横向节距和螺距对沉积速率的影响相对明显.     

流化床烟气脱汞气固两相流动的可视化研究与数值模拟

为了探究流化床烟气脱汞反应器内气固两相的流动过程,通过可视化显形实验对不同主流化风速、床层物料高度、颗粒粒径和活性炭喷口速度下反应器内气固流动的行为和特征进行了研究.通过计算流体动力学方法对气固两相流动过程进行了数值模拟,并与实验进行比较.结果表明,数值模拟具有流动模拟的可靠性.主流化风速增加或颗粒粒径减小,均会加剧气固两相流动的剧烈程度,活性炭喷口气流会造成气固两相的局部湍动,但床层物料高度由于受到壁面与颗粒的摩擦力和内部气泡大小的综合作用,对气固流动行为的影响不显著.     

多喷嘴对置式煤气化炉内气固两相流动及壁面沉积

对我国具有自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化炉内的气固两相流进行了数值模拟分析.在合理简化和假设基础上建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内气固两相流动模型,采用Realizable k-ε模型描述炉内复杂气相湍流运动,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动.通过数值计算获得了炉内气固两相的速度矢量、颗粒分布、颗粒运动轨迹,以及颗粒碰撞并沉积于壁面的通量分布.揭示了该型气流床煤气化炉内气固两相流动特征,并分析了入口速度和炉体上部高度对气固两相流动和颗粒在壁面沉积的影响规律.结果表明:对撞流显著增强炉内气固流动湍动,强化气固相互作用,并使煤粉颗粒在炉内有效分散,有利于化学反应高效进行;在喷嘴入口及顶部的壁面处颗粒沉积率较大.     

90°方形通风弯头内颗粒物沉积的模拟研究

采用拉格朗日随机轨道模型,模拟追踪了不同送风速度下粒径1～100μm的颗粒在90°方形通风弯头内的运动轨迹.考虑了弯头尺寸、湍流强度以及壁面粗糙度等因素对沉积率的影响,结果表明:当处于紊流过渡区(5K+30)时,壁面粗糙度对颗粒沉积率有明显的影响,沉积率随着Stk数和弯曲比的增大而不断增大,且弯曲比为4的弯头比较利于颗粒的输运.     

隧道排风系统中弯曲段过滤效率研究

为研究隧道排风系统中弯曲段对汽车尾气所含固体颗粒污染物的过滤效率,以经过验证的颗粒沉积模型为基础,模拟分析排风管段内不同流速颗粒污染物的扩散沉积规律.并结合理论模型中颗粒的受力特点,回归了沉积效率与雷诺数、风道宽度以及颗粒斯托克斯数的经验关联式.结果表明,0.3～10μm的相同粒径颗粒在雷诺数1 000以下的流体中流动时,穿透效率随着雷诺数降低而减低,随着斯托克斯数的增大而降低;由雷诺数和斯托克斯数与风管管径关系,风管直径不低于60 mm时将有效降低颗粒的沉积量.     

垢晶体在黏土颗粒表面沉积过程及影响因素

以与微生物颗粒大小及表面性质接近的黏土颗粒为研究对象,采用光学显微镜、激光粒度仪和Zeta电位测定仪对其表面沉积垢的形貌变化、粒径变化和Zeta电位变化进行研究,探索垢晶体在颗粒表面的沉积规律,分析垢晶体在黏土表面的沉积过程及影响因素。结果表明:垢晶体在黏土颗粒表面沉积过程由垢晶体形成诱导期、垢晶核形成期和垢晶体长大期3个阶段组成。随着垢晶体沉积量的增大、温度的升高、搅拌速度的加速,垢沉积诱导期均呈下降趋势,垢晶核形成速率常数随之增大。另外,Ca~(2+),SO_4~(2-)浓度增加有利于垢晶体在黏土颗粒表面沉积,而Mg~(2+),CO_3~(2-),HCO_3~-加入不利于垢晶体在黏土颗粒表面沉积。     

气固两相圆柱绕流背风区颗粒的运动特性

为了考察颗粒在圆柱绕流背风区中的运动特性,采用欧拉双流体模型结合雷诺应力模型对气固两相微细颗粒圆柱绕流进行了数值模拟。比较了不同粒径固体颗粒在圆柱背风区中的速度和浓度分布,模拟结果表明:气流在绕圆柱流动后形成漩涡,漩涡湍流强度影响到微细颗粒在圆柱背风区的浓度分布与速度变化;气流对颗粒的漩涡卷吸作用及其自身惯性作用决定微细颗粒绕圆柱流动的形式,同时影响到颗粒在壁面附近的浓度分布;微细颗粒在圆柱背风区浓度随粒径的增加先增大后减小。     

深海采矿矿浆泵内颗粒流动规律的数值模拟

针对深海采矿输送系统中矿浆泵易磨损等问题,采用RNGκ-ε湍流模型求解矿浆泵内的清水流场,并与试验结果进行对比验证模拟结果的准确性;在此基础上运用离散相模型模拟颗粒流动轨迹,研究转速、流量和颗粒粒径对矿浆泵冲蚀磨损特性的影响。研究结果表明:转速越高,颗粒与过流部件壁面发生冲击的概率增大,冲击速度大幅度升高,加剧过流部件磨损;流量越大,颗粒冲击叶片压力面的位置逐渐移向叶片头部,冲击角度随之增大,颗粒出流角越大,易与导叶吸力面头部发生冲击,流动愈紊乱;小粒径颗粒未与叶轮发生冲击,但冲击空间导叶的速度较大,对空间导叶的磨损较叶轮更严重;大粒径颗粒对叶轮和空间导叶的磨损程度差别不大,更符合等寿命设计原则。     

基于正交试验设计的水合物浆液流动特性数值模拟

 针对竖直管道内水合物浆液输送过程中的流动问题,以浆液流速、水合物颗粒粒径和水合物颗粒体积分数作为影响浆液流动特性的主要因素,以水合物浆液在管道输送过程中的压降为评价指标,对水合物浆液在竖直弯管中的流动进行了正交试验设计,并在正交试验设计的基础上运用CFD软件模拟了浆液在管道中的流动情况。结果表明,在浆液输送过程中,输送速度对压降的影响最大,随着输送速度的增加,压降损失也随之增大;颗粒的粒径对压降的影响次之,水合物颗粒的粒径越小对压降的影响越大,随着粒径的增大,压降损失趋于平缓;水合物颗粒体积分数对压降的影响最小,随着水合物颗粒体积分数的增加,压降逐渐减小。通过对试验结果的进一步分析,给出了该试验条件下水合物浆液在管道输送较优的方案。     

横向摆动对深海采矿扬矿管输送特性的影响

为研究横向摆动对深海采矿扬矿管输送特性的影响,探究提高输送系统工作稳定性的方法,采用以颗粒动力学为基础的双欧拉模型和Fluent软件对横向摆动工况下的扬矿管内固液两相流进行模拟仿真,研究摆幅对管道压力损失梯度、出口处颗粒平均体积分数、颗粒体积分数沿径向分布以及颗粒轴向速度分布的影响。研究结果表明:管道摆动使压力损失梯度和出口颗粒平均体积分数呈周期性变化,摆幅越大,二者幅值变化越剧烈;随摆幅的增加,颗粒体积分数沿径向分布不均匀程度越严重,离管壁越近,颗粒聚集程度越高,最高体积分数达到30%;除管壁附近外,摆动工况下颗粒轴向速度沿管径基本呈线性分布,摆幅越大,轴向速度径向分布梯度越大,径向不对称性越严重。     

颗粒粒径对三氮硝化-反硝化影响特征研究

为了探索自然条件下毫米级砂颗粒粒径大小对三氮硝化反硝化的影响,分别用细砂、中砂和粗砂进行了室内静态实验,分析了粒径对氮硝化反硝化的影响规律。结果发现:三氮的硝化反硝化能力与介质颗粒粒径大小有关。随着颗粒粒径的增大,硝化反应开始时间越早、持续时间越长和反应速率越快;对应的氮浓度变化幅度越大,表现为氨氮去除率增高和硝氮积累率增大。而且反硝化反应持续时间和反硝化速率也会随着颗粒粒径的增大而增加。该规律对自然条件下不同粒径的含水系统对氮的自净能力的大小有一定的指导意义。     

Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动的数值模拟

应用Eulerian-Lagrangian方法对国内某工厂实际运行的Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动进行了模拟.采用Realizable k-ε模型计算炉内复杂气体湍流运动,应用颗粒轨道模型追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动轨迹.通过数值计算取得了炉内气相速度矢量、颗粒运动轨迹、颗粒碰撞壁面并沉积于壁面的沉积通量和颗粒在炉内的停留时间分布.揭示了该气化炉的气固两相流动特性,并分析了运行工况对壁面沉积通量分布的影响规律.结果表明:气化炉内的气体流场存在回流,回流延长了颗粒在气化炉内的停留时间,颗粒沉积通量最大的位置为筒体段下部和锥体段上部; 绝大部分颗粒在气化炉内的停留时间在5 s以内,气体流量降低时颗粒在炉内的停留时间减少.     

含尘单纤维过滤捕集效率的数值模拟

利用单纤维过滤介质表面颗粒沉积的随机计算模型,通过离散相模型(DPM)模拟方法,讨论单纤维非稳态过滤过程中捕集效率随沉积颗粒数增加的变化情况,模拟分析了颗粒沉积形态、斯托克斯数(St)、无量纲粒径(Nr)及纤维雷诺数(Ref)对含尘单纤维捕集效率的影响.研究结果表明:在过滤的初始阶段,St值对单纤维捕集效率起决定作用,St值越大,捕集效率越高;随着过滤的进行,单纤维的捕集效率随沉积颗粒数的增多而增加,其线性关系及增长的幅度与St、Ref和Nr有关,且相同情况下,沉积的颗粒在迎风面上形成的横截面积越大,则越有利于颗粒的捕集.     

气固两相流中气体湍流强度的研究

在气固两相流的流体相湍流模型中计入颗粒尾迹影响,采用低雷诺数模型,对竖直上升管中气固两相流动进行了数值模拟,较好地揭示了流体相湍流强度随颗粒大小、体积浓度变化的规律．     

增压富氧燃煤锅炉省煤器管束磨损研究

针对常压空气燃烧和增压富氧燃烧两种工况,利用CFD软件、应用k-ε双方程模型模拟锅炉省煤器管束间烟气的流动,用拉格朗日方法研究管束间颗粒的运动,并利用颗粒与管壁的碰撞和反弹模型考虑颗粒与壁面碰撞后的运动.通过对比3种磨损模型,得出Oka模型考虑的因素相对更全面,与实验数据也比较吻合.利用该模型可得壁面磨损量随流速呈指数规律变化,随着入射角度的增大磨损量先增加后减小,壁面材料硬度越大,磨损量越小,并且随着颗粒粒径增大磨损量略有增加.增压富氧燃烧下,最大磨损速率比常压下小很多,且最大磨损位置也发生了变化,各管排的颗粒撞击和平均磨损速率分布较均匀,除了第1排管外,单管最大磨损区域位于管壁迎风阶两侧60°附近.这对省煤器实际运行及增压富氧燃烧下省煤器的设计有重要意义.