晶格Boltzmann方法中流体力的计算

晶格Boltzmann方法是起源于动理学理论和元胞自动机的介观数值模拟方法,在模拟复杂流体运动,特别是颗粒悬浮运动和多相流等领域取得了显著的成功.在计算流体与结构之间的相互作用力时,通过引入相对速度,提出了伽利略不变的动量交换法.该方法简单、精确、高效,而且与边界的几何形状无关;它只使用局部数据,方便实施并行计算和三维模拟;它具有良好的稳定性,流体力计算结果的波动非常小,甚至不需要进行时间平滑处理.在数值模拟多相流的研究中,基于热力学自由能理论计算非理想力,提出了同时满足热力学一致性和伽利略不变性的多相流模型.该模型物理清晰、易于实施,可以方便地配合不同的状态方程用于模拟各种多相流系统.化学势是驱动相分离和表达润湿性的有效途径,在进一步的研究中,借助化学势计算非理想力,提出了基于化学势的多相流模型.它在数学上等价于基于压力张量计算非理想力的模型,但是避免了计算压力张量和张量散度,获得了更高的计算效率.该模型配合化学势边界条件,可以有效地模拟润湿现象,其接触角可以通过表面化学势进行线性调节.     

基于K-medoids聚类分析的多相流相态辨识方法研究

为提高体积法测量多相流参数的准确性,提出了一种基于K-medoids聚类分析的多相流相态辨识方法研究.分析K-medoids算法,研究多相流相态特征,建立可除掉脏数据影响的K-medoids多相流相态识别模型,有效提高多相流各组分分相流量测量的准确性,并进行了实验验证.实验结果表明,该多相流相态识别模型能克服脏数据,有效提高多相流各组分分相流量测量的准确性,可提高多相流测量精度0.054 m3/d.采用该模型可准确识别多相流相态,提高多相流参数测量的准确性,从而为测井提供可靠的流速和相持率数据.     

基于小波变换与贝叶斯决策的多相流相态辨识方法

分离式多相流各相流量的准确测量依赖于流态转换点的准确识别.为识别流体相态,建立了基于多传感器特征提取技术的相态在线辨识模型.采用小波变换对流动信号进行分析,提取对信号敏感的均值、方差、均方差和导数组成相态识别特征向量,通过最小错误率的贝叶斯算法建立相态在线识别模型,并采用该模型进行了多相流相态辨识实验.实验结果表明,采用该方法可准确识别多相流流态,该模型的建立为多相流各组分分相流量的准确测量奠定基础.     

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。     

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．     

多相流运动学几个基本公式

论述了运动学在多相流中的作用,提出了区分多相流组分的必要性,多相流环量和涡量的关系式,多相流旋度公式,多相流剪切变形速率表达式,以及多相流散度表达式。     

基于Geant4的多相流CT系统优化设计

针对多相流CT系统,利用基于蒙特卡洛方法的高能粒子输运仿真软件工具包Geant4分析,构建了多相流CT系统5源、7源和9源仿真模型.分析多相流CT系统的数学模型,并利用LBP、FBP以及ART算法进行了图像重建.基于散射光子比和重建图像质量等优化指标分析,进行了多相流CT成像系统的优化设计.实验表明,优化设计后的CT系统使层流、环流和泡状流的散射光子比分别降低到5.32%、5.33%和5.29%,有效抑制了光子散射,明显改善了再构图像质量.     

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.     

改进BP神经网络在流型智能识别中的应用

为了克服ＢＰ神经网络的易陷入局部极小、收敛速度慢等缺点,利用非线性最小二乘法对其进行了改进,改进后的ＢＰ神经网络的收敛速度提高了１￣２个数量级,同时利用压阻式压关器测得了水平管内油气水多相流压差信号,根据分形理论中的重要构相空间法提取出压差信号的特征向量,再将特征向量送入改进的ＢＰ神经网络中,从而完成对油气水多相流流型的智能识别,结果证明,改进的ＢＰ神经网络能有铲地自动识别出油气水多相流的流型。     

含CO2多相流相态的非均匀性对输油管冲刷腐蚀的影响

以研究含CO2多相流相态的非均匀性对输油管冲刷腐蚀的影响为目的,利用多相流环路实验装置进行冲刷腐蚀试验,并借助高速数字摄像系统观测多相流相态,考查石油多相混输管中的冲刷腐蚀与多相流的相态结构相关性.对水平管弹状流下的CO2腐蚀试验研究表明,水平管的底部较之于顶部有更为显著的冲刷腐蚀,这种冲刷腐蚀在管道上、下不同部位的差异性源于弹状流相态的非均匀分布.提出了含CO2多相流冲刷腐蚀的水动力学模型,模型计算结果表明,弹状流流型下水平管下部的冲刷腐蚀速率高于上部的冲刷腐蚀速率.水平管弹状流条件下腐蚀产物膜的磨损程度随流体速度的增大而增大.计算结果与试验观测相符,均表明多相流相态的非均匀性使管道下部更易遭受腐蚀损坏.     

基于双流体模型的人工煤气管道腐蚀预测

人工煤气管网中广泛存在的多相流动腐蚀是造成人工煤气管道减薄的主要原因。针对现有检测技术难以检测输送复杂介质管道的剩余壁厚的问题,以昆明市燃气管网为例,基于双流体模型进行人工煤气管网的多相流动分析,采用实验与理论研究相结合的方法,确定了人工煤气管道的腐蚀特征,计算得到管道的腐蚀情况,结果表明：管道腐蚀程度主要与持液率和CO₂分压相关;采用多相流动仿真模型平均腐蚀速率为0.054 3 mm/a,全动态多相流模拟的腐蚀预测结果存在明显误差;建立的人工煤气管网腐蚀速率预测模型误差平均值为8.9%,优于全动态多相流模拟多相流腐蚀预测结果。     

基于PCA-IBAS-ELM的海底多相流管道内腐蚀速率预测

海底多相流管道运输介质中油、气、水共存,极易发生化学反应引发一系列腐蚀问题。为预测其腐蚀速率,对管内腐蚀机理及影响因素进行分析,提出基于主成分分析法（PCA）和改进甲虫天牛须算法（IBAS）的极限学习机（ELM）预测模型。PCA 筛选腐蚀因素,降低预测模型的输入指标维数,IBAS优化ELM的关键性能指标--输入权值及隐层阈值,提升预测精度。为检验模型效能,以我国海南东部某海底油气管道50组数据为例进行研究,并与其他两种模型对比分析。结果表明：温度、pH值、流体流速和CO2分压是影响该类型管道腐蚀的关键因素,PCA-IBAS-ELM预测结果与实际值拟合度更高,其均方根误差（RMSE）,平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分误差（MAPE）和均小于比较模型。 可见构建模型对于海底多相流管道内腐蚀速率预测具有优越性。     

多相流的近期工程应用趋向

为了进一步促进多相流在现代工程中的应用,对近6看来国内外多相流在工程应用方面的应用趋势进行了综述,内容主要包括多相流在石油工业、各种工程中的多相流化床、各种换热器、多相流泵、液力输送和气力输送工程中的应用,以及多相流测量技术等,附着参考文献55篇。     

基于耦合模型的电容法两相流相含率测量性能分析

对于电学法多相流参数检测系统,电学传感器的结构是影响测量系统性能优劣的关键因素之一。目前,常采用静电场仿真或大量的实测试验来选择传感器结构及参数,然而,静电场仿真只能研究传感器的静态电学特征,并不能结合实际的多相流流动特性,且试验验证需要消耗大量的人力、物力及时间来应对不同对象及应用条件。针对以上问题,该文采用一种流场-电场耦合的三维动态仿真方法,建立混合流体的分布状态与电学传感器输出信号变化之间的关系,结合多相流流动特性综合评估传感器系统的测量性能。该耦合模型以气固两相流相含率检测为研究对象,分别对3种传感器系统的灵敏度和相关系数进行量化分析,以评估它们的测量性能,并在搭建的气固两相流相含率测量平台上验证该耦合模型的有效性。     

射流曝气器内部流动二维数值模拟

在简要介绍射流曝气内部流动过程的基础上,针对射流曝气器内部复杂流动,利用FLUENT软件,模拟了其内部二维流动过程。模拟流量报告证实选用的多相流混合模型正确,但压力曲线与它人结果差异较大,后采用轴对称欧拉多相流模型结果良好。     

螺旋桨空化崩溃性能图谱的多相流模拟

为了提高螺旋桨空化性能多相流模拟的精度,采用改进数值模型对NSRDC4381螺旋桨的片空化形态和空化崩溃性能图谱进行了模拟与校验．数值模型由混合密度中显示包含非凝结性气核（NCG）质量分数和体积分数的混合物多相流模型,考虑湍流脉动影响的相变临界压力、NCG质量分数取7．8×10^-4、NCG体积分数取1．0×10^-6、气泡平均初始半径取1．5μm的改进Sauer空化模型,以及剪切应力输运（SST）湍流模型组成．结果表明：预报空化崩溃性能图谱与实验值符合很好;非设计进速系数下模拟空化形态与采用Sauer空化模型的结果一致,较实验值略偏小;中度和重度空化下,推力和力矩系数的预报精度明显高于采用Kunz空化模型的结果,严重空化时精度提升约16％;即使在高负载且严重空化的非设计工况下,预报推力和力矩系数误差分别为4．95％和2．28％,也在工程可控范围内,证明了所采用数值模型的有效性．该模型可进一步用于螺旋桨空化初生的数值判定．     

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。      

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.     

双昆杆多相流混凝泵内部回流机理分析

双螺杆多相流混输泵是用于油气混输的增压装置,回流是影响多相泵性能的重要,通过对双螺杆油所多相流混输泵的几何解析,建立了不同形状回流通道的回流模型,回流量与压差,含气率有关,随着含气率的提高,回流量减少,压差增大,回流量提高,可以利用气体的可压缩性,降低双螺杆多相流混输泵的回流量,从而提其容积效率。     

高炉喷煤的数值模拟与应用

以气固多相流理论为基础建立了高炉喷煤的数学模型，模拟喷煤中的流场、颗粒的分布。采用该模型指导高炉生产，高炉经济技术指标得到很大的改善。