气液两相流体涡街中旋涡结构的特性研究

以水－空气两相流体为工质，研究了垂直向上两相流体横向冲刷准三角柱时的涡街特性及涡街结构．试验段管子内直径为５０ｍｍ，水流量为２５．８～１４ｍ３／ｈ，截面含气率为０．０２～０．３０．得出了两相流体中涡街频率、水流量、截面含气率三者之间的关系．测出了尾流中涡街的流动结构     

涡轮机械流场中单颗粒的运动方程

针对涡轮机械的工作介质中含有固体颗粒对过流部件的颗粒磨蚀严重,但颗粒运动规律及相关特性尚不十分清楚的状况,从两相流和边界层理论出发,通过对固体单颗粒在涡轮的主流场及过流部件表面边界层中的受力分析,由牛顿第二定律推导出了描述涡轮机械流场中单颗粒的运动方程,并进行了数值算例分析,从中反映出了固体颗粒在该流场中的运动规律.该数学模型(方程)可用来进一步分析和研究涡轮机械内部流场中的颗粒运动及其对过流部件壁面产生磨蚀的影响.     

气液两相流中错列圆柱上旋涡脱落规律的试验研究

通过试验,对气液两相流中相同直径的3排错列圆柱表面上旋涡的脱落与节径比、含气率的关系进行了研究,研究发现：旋涡的周期性脱落仅在含气率α小于等于0.14的范围内发生;对于横向节径比s1/d小于等于2.0的错列圆柱,隙缝流呈现双稳态的偏斜流,而横向节径比s1/d大于2.0时,双稳态的偏斜流消失;两相流斯特拉赫数随含气率的增加而减小。     

旋涡流化床颗粒运动和扬析机理试验研究

对新近开发的旋涡流化床悬浮空间气固两相流动和颗粒扬析进行了理论分析和试验研究,阐明了旋涡流化床特有的颗粒悬浮层的运动规律,得到了颗粒质量流率的分布特点,首次提出旋涡流化床扬析的机理,并对扬析过程进行了系统的研究,获得了使夹带和扬析速率最小时的最佳空气动力条件和二次风喷射角,在冷态试验装置上证实了旋涡流化床较强的颗粒分离作用,研究结果对旋涡流化床锅炉的放大设计和运行有重要参考价值。     

湍流边界层中单颗粒的运动方程

由任意流场中颗粒的运动规律出发,详细分析了颗粒在边界层内的受力,并结合边界层内特有的流动规律,推导出了湍流边界层中单颗粒的运动模型.其数值计算的结果与实测值进行比较,结果吻合的很好.     

金属熔池往复搅拌流场中气泡运动特性数值模拟研究

应用基于体跟踪的VOF方法对金属熔池往复搅拌流场中单个气泡的运动及变形特征进行了数值模拟研究.分析了搅拌流场的往复运动频率、气泡初始尺寸、表面张力以及奥托斯数Eo和莫顿数Mo等因素对气泡运动与变形的影响.数值模拟结果表明,气泡上升轨迹与气泡直径、流场平动频率及Mo有关,气泡直径越大,其螺旋上升趋势越强;在分析范围内,平...     

固体颗粒在竖直向上管内流场中的运动规律

对单个颗粒在竖直向上管内层流、紊流中及在液体发生相变时的运动规律进行了较为系统全面的分析,建立了计算方程。研究结果表明,颗粒在随流体轴向运动的同时还存在向管中心方向的径向迁移。固体颗粒到达管中心后会随流体一直向上运动。在近壁面处存在一个流化死区,流化死区的大小与流体流态、固体颗粒的大小和密度有关。固体颗粒尺寸及密度愈大,流速愈小,则流化死区愈大。液体相变对颗粒的运动也产生重要的影响。当热流密度不是很大,液体流量较小且在起始截面处的液相为单相饱和液体时,管内相变会对固体颗粒的运动规律产生明显的影响;而当液体流量较大且为紊流流动时,这一影响较弱     

波瓣混合器混合流场中涡结构的数值研究

以FLUENT程序为研究平台,分别采用标准k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε、SST k-ω以及S-A五种湍流模型,对航空发动机混合排气系统中常用的波瓣混合器的流场,进行了三维数值模拟。与实验测量数据对比可知,所采用的计算方法能够较好地描述波瓣混合器复杂流场中流向涡、正交涡形状以及涡量沿流动方向的变化规律。在各种湍流模型中,Realizable k-ε在流向涡以及正交涡涡量大小的描述方面较其他模型更为精确。     

突扩管道中密相两相湍流的数值研究

利用颗粒动力学理论,建立了密相两相双流体湍流模型,给出了其封闭方程组,提出了一个简单而精确的颗粒径向分布函数的计算公式,运用所建的数学模型,系统地研究了竖直向下突扩管道中气固两相湍流的流动计算发现：两相突扩的流动特性与流动突扩比、两相间密度差、颗粒大小、颗粒的平均体积分数等有因素有关;颗粒相的流动特性在某一个颗粒直径下会发生突跃,这个直径的大小是与流动突扩比及两相的密度及粘度有关的。     

小尺度管道中CH4-O2爆炸火焰传播规律实验研究

为研究小尺度管道中CH₄-O₂爆炸火焰传播规律,设计并建立了小尺度管道实验系统,由小尺度管道、配气系统、点火系统、爆炸压力数据采集系统、高速摄影系统以及数据处理系统等组成. 利用小尺度管道实验系统,研究了不同初始压力、不同初始浓度条件下CH₄-O₂混合气体爆炸火焰传播的规律. 爆炸火焰传播速度由高速摄影系统采集的图像利用Matlab程序进行处理并计算得到. 结果表明:同一初始浓度条件下,随着初始压力的增加,爆炸火焰在管道中传播的最大速度随之增大;管道中爆炸火焰最大速度与初始压力的倒数近似呈线性关系;对于不同初始浓度下的混合气体,都存在使混合气体形成加速火焰的最低初始压力;以化学当量浓度（CH₄+2O₂）为界限,当初始浓度越接近化学当量浓度时,混合气体形成加速火焰所需的最低初始压力越小.      

碎屑流运动模拟及能量过程研究

针对碎屑流的运动发展及不同条件下的能量衰减过程问题,采用有限体积数值离散方法对碎屑流运动过程进行模拟,数值模拟通过了解析算例和实验算例的验证.计算表明数值计算具有较高的精度和分辨率,是稳定和有效的.在碎屑流运动模拟的基础上,对碎屑流运动的能量过程进行了计算和分析.结果表明碎屑流的能量过程主要由底面阻力条件控制,而地形曲率的向心作用将通过改变碎屑流的摩擦阻力显著地影响碎屑流的能量耗散过程.     

莺歌海盆地东方气田砂质碎屑流沉积相研究

莺歌海盆地东方气田新近系莺歌海组二段砂体非均质性强,沉积模式一直以来存在争议,且当前沉积相认识与井点实际钻遇情况不符,严重制约了气田开发后期的调整挖潜。通过研究区典型岩心标志及井震结合地震相的精细识别,结合盆地的古地貌特征及特殊沉积背景,重新定义了研究区沉积相类型及沉积模式,并开展精细的沉积微相研究,查明了砂体非均质性的主控因素,对研究区小层级别储层非均质性精细研究及调整挖潜具有重要的意义。研究结果表明东方气田莺歌海组二段为北西向物源砂质碎屑流成因、受泥质水道改造的海底扇沉积,以侵蚀水道、水道侧向溢出朵体及前端朵体沉积为主;砂体展布整体受控于物源供给和古地貌,研究区中东部的泥底辟高地始终影响沉积微相展布和侵蚀水道的发育,后期泥质水道的强烈改造是导致研究区砂体强非均质性的主要原因。     

稀性泥石流沟道侵蚀试验研究

泥石流对沟道的侵蚀破坏作用比一般水流强烈,由于对其侵蚀深度的估计不足,往往导致防治工程的失效。通过室内等比模拟稀性泥石流沟道侵蚀试验来探究其规律。试验研究表明:坡度变化对侵蚀效果的影响大于流量的影响;在一定范围内,侵蚀深度随泥石流的磨损力增大呈线性增加,并给出经验公式。结合野外调查,对于松散堆积物源较厚的沟道流通区,该经验公式具备一定的适用性。     

旋流条件下的气液环空流流动规律研究

针对涡流工具排液效果的问题,开展了旋流条件下气液两相流动模型的研究。考虑到旋流中角速度的存在,研究中采用气液流动在径向和周向上的动量和角动量平衡的方法,建立了气液流动控制方程,计算了液膜厚度,气液相旋流强度等参数以及压降梯度,并进行涡流工具实验验证模型。涡流工具降低压降损失的机理结果表明,安装涡流工具后流动压降可以降低5%~20%。根据实验及模型,在低速（气相速度小于13 m/s）时,小旋流角和高旋流强度更利于降低压降,而高速（气相速度大于16 m/s）时,高旋流强度会增加额外摩擦阻力。旋流强度的衰减速度会随着液相速度增大而减小,而随气相速度增大而增大。该研究结果可对涡流工具进行优化设计,以达到最佳排液效果。     

两相流方柱绕流的离散涡模拟

运用离散涡方法对流体的方柱绕流进行了数值模拟,对涡团与颗粒相互作用条件下的流固两相绕流进行了计算,并探讨了不同初始位置处颗粒运动对尾流的形成所起的作用.研究表明,尾流中聚积的颗粒主要来源于方柱两侧,来流中夹杂的颗粒多与方柱两侧涡团作用并在方柱两侧聚积.模拟方法将对航天领域中非线性剥蚀问题的解决具有促进作用.     

泥石流启动的临界地表径流深度研究

暴雨过程形成的地表径流导致坡体表面和前缘松散物质向下输移,汇入沟道,演变成危害性较大的泥石流,因此,对于泥石流的启动机理和启动临界条件的研究十分必要.根据下渗曲线法,得出了地表径流深度、入渗率以及降雨强度的关系,并运用牛顿定律、水文学以及土力学等理论,建立了泥石流单颗粒启动、局部启动和整体启动的临界地表径流深度的求解模型,从而可推得临界降雨强度,此可为泥石流的泥石流预警提供了有用的理论基础.     

泥石流堆积区粒度分布特征

为研究泥石流堆积区单期和多期粒度分布及其关系,通过现场调查和颗粒分析试验,采用统计法分析泥石流堆积区形态特征、平面和垂向粒度分布特征。结果表明:泥石流堆积区呈中间高两侧低,横轴与纵轴长度基本一致;平面上纵向从沟口到堆积扇前缘粒径逐渐增大,曲线范围峰值粒径百分含量中轴线最大,向两侧逐渐减小,中轴线粒径集中性强;平面上横向从沟口到堆积扇前缘粒径呈增大的趋势,曲线范围峰值逐渐变大,曲线范围峰值粒径百分含量逐渐增加,堆积区中部粒径集中性强;垂向上自上而下厚度逐渐增大,粒径曲线范围峰值主要为10～20 mm,具有较好的集中性。研究成果可为泥石流形成机理研究和泥石流防治规划等提供参考。     

燃气射流气固两相流场研究

以含颗粒的燃气射流为研究对象,分析燃气射流中颗粒在发动机喷管内外的物理特性、颗粒的形状与尺寸特性、燃气与颗粒的相互作用等性质,在此基础上建立气固两相流颗粒随机轨道模型,并进行数值模拟.结果表明:采用随机轨道模型可以有效地模拟气固两相燃气射流中的颗粒脉动现象,得到与实验性质一致的结果;由于颗粒与燃气的相间作用,颗粒在追随燃气运动的同时,对燃气运动发生阻滞和传热作用,影响两相燃气射流流场结构.     

长达坂沟泥石流治理工程模型试验研究

泥石流是一种能够给人类造成严重灾难的地质灾害,近年来我国接连发生数次严重泥石流给人民的生命财产造成了严重损失,每年我国国土等部门均会投入大量的资金进行泥石流的治理。但是由于我国幅员辽阔,地形地质情况极为复杂,且泥石流的启动机制和破坏机制变幻莫测,受多种因素影响,截至目前,治理工程实施后又遭遇大型泥石流的工点很罕见,大量的治理工程的效果缺失后评价,造成前期的治理投入不能对后续的治理治理工程提供借鉴。本文通过将甘肃省肃南县长达坂沟泥石流的沟道以及治理工程按照1:100的比例重现在实验室内,通过在拦挡结构上安装的力学传感器,同时监测泥石流的运动情况,分析了治理工程的受力模式及其拦挡效果。研究结论(1)在模型试验中拦挡结构的拦挡效果良好,可以将大部分体积较大的固体物质拦下。(2)格宾-桩板墙拦挡结构应尽量设置在沟道转弯处,可以有效较少泥石流对拦挡结构的冲击力。(3)在转角较多的沟道内,泥石流在的冲击力会被极大的消散,甚至出现下游处拦挡结构的冲击力小于上游处的冲击力。(4)沟道转弯处泥石流冲起高度可能超过沟道而出现漫流,所以在沟道转弯处,若是沟道较浅,可以在沟道顶部加设拦挡墙体。