模拟气固流化系统的数值方法

针对气固两相流动的基本特征,采用流体连续、颗粒离散的处理方法,把受流体作用的颗粒运动过程分解为受颗粒冲力支配的碰撞运动及受流体曳力控制的悬浮运动,从而建立了模拟气固流化系统的数值方法．该方法能够真实地模拟气固流化床中的基本流动结构 鼓泡形成、多气泡行为、节涌现象及团聚物的动态变化．研究结果表明：与模拟气固流化系统已有的数值方法相比,本文的数值方法具有模拟真实、通用性强的优点．     

液固流化床颗粒速度场和固含率的数值模拟

基于三维N-S方程同时选用标准 湍流模型,采用通用流场分析软件fluent对液－固循环流化床的颗粒速度场和固含率的轴向分布情况进行了数值研究。结果表明流场的数值计算结果与文献中的试验值吻合较好,对进一步研究具有指导意义和实用价值。     

磁流化床中铁磁颗粒流化特性的数值模拟

针对磁流化床中颗粒浓度高,相互作用强的特点,在双流体模型的基础上,引入颗粒流的动力学理论,对床内铁磁颗粒在不同工况下的流化特性进行数值模拟.计算结果表明:在无磁场或弱磁场作用下,床内多处产生气泡,颗粒呈鼓泡流化状态;在适度磁场作用下,磁场对颗粒的作用明显,可以抑制床内气泡生成,实现颗粒的稳定流化.增大气体表观流速比后,磁场的调节作用相对减弱,颗粒不能实现稳定流化.与试验数据比对,二者吻合较好,数值模拟结果较好地反映磁流化床中颗粒的流化行为.     

固液搅拌反应器数值模拟研究进展

固液搅拌反应器是过程工业中常见的单元设备,该反应器内固液两相的湍流特性以及相间相互作用等因素使得相关的数值模拟变得较为复杂。本文介绍了近年来用于处理旋转桨叶的方法和模拟连续相及离散相的数学模型,总结了这些方法和模型在预测固液搅拌反应器特性（包括速度和湍流特性、固相浓度分布、临界悬浮转速、颗粒层高、几何参数优化和颗粒特性）方面的应用,并对不同的方法和模型进行了展望,重点介绍了采用颗粒解析模型的欧拉-拉格朗日法在研究颗粒悬浮机理方面的应用前景。     

变径液固流化床单个颗粒运动模拟

变径液固流化床内单个颗粒运动过程的研究对整个流场分析具有重要的作用.通过Fluent-EDEM耦合计算,对变径液固流化床内单个颗粒运动行为进行了数值模拟.结果表明:不同密度颗粒进入分选区后,分别具有不同的运动轨迹,能够实现按密度分离,模拟分选效果较好;不同密度颗粒轴向速度表现为先是在短时间内迅速增加,达到一定速度后,开始逐渐减小趋势;将模拟所得单个颗粒轨迹与轴向速度值分别与高速动态拍摄所得值比较,吻合较好.     

大颗粒流化床传热数值模拟与气固传热模型比较

采用欧拉-欧拉模型对GeldartD类颗粒气固流化床的非定常传热过程进行了模拟,比较了包括Gunn模型在内的6种不同的气固传热系数模型.通过模拟二维流化床发现,基于6种气固传热模型得出的平均壁面传热系数与文献的实验关联式相差不大,但是6种模型给出的局部气固传热系数呈现较大的差别,其原因在于不同模型中的两个主要影响参数颗粒雷诺数和床层空隙率的贡献不同.比较了6种气固传热模型之后,采用Gunn模型对D类颗粒的流化床进行了模拟和分析,结果表明:尽管存在较大的气泡和一定程度的腾涌,D类颗粒流化床可以实现稳定的流化.从流化床内的温度分布的演化来看,D类颗粒流化床的传热均匀性不存在问题,较大的颗粒直径和较大的气泡并未造成传热问题.     

大颗粒气固流化床的流化特性

通过冷态试验，对利用流化床煅烧水泥新技术中所涉及到的大颗粒气固流化床的相关特性进行了研究。研究结果表明：大颗粒气固流化床平稳地运行在鼓泡床阶段，但较易发生节涌现象，适合浅床操作，且操作流化数较低；对流化床压降脉动的分析可知，采用具有较宽粒度分布的大颗粒物料，有利于改善流化床的流化质量。     

大颗粒气固流化床的流化特性

通过冷态试验,对利用流化床煅烧水泥新技术中所涉及到的大颗粒气固流化床的相关特性进行了研究。研究结果表明:大颗粒气固流化床平稳地运行在鼓泡床阶段,但较易发生节涌现象,适合浅床操作,且操作流化数较低;对流化床压降脉动的分析可知,采用具有较宽粒度分布的大颗粒物料,有利于改善流化床的流化质量。     

管道冲蚀液-固数值模拟的研究进展

在石油和天然气行业中,管道输送系统的弯管和管汇处极易受到固体颗粒的冲蚀,从而导致管道内承受高压能力削弱,加大了在传输过程的风险。本文首先对固体颗粒冲蚀机理的发展历程进行了回顾,总结了现阶段固体颗粒冲蚀磨损行为的研究现状,概述了塑性材料和脆性材料冲蚀理论模型。其次,分别从液体流动属性和固体颗粒流动属性两个方面对冲蚀的影响因素进行了阐述,评价了各湍流模型和冲蚀模型的优势和适用范围。随后,综述了国内外流体仿真软件在管道冲蚀模拟的研究进展。从弯管到管汇,再到高压泵和旋流分离器等,模拟对象有着复杂的几何形状;网格划分由不变形到可变形,再到无网格划分,大大增加了计算的模拟精度。最后,提出冲蚀模拟仿真在管道行业的下一步研究和发展方向。为今后的整体管道系统冲蚀预测和位置布局设计提供参考。     

大型储罐液固耦合模态数值的模拟

以ANSYS软件为分析平台对1 000 m3储罐液固耦合系统的动力特性开展有限元数值模拟,研究刚性基础上储罐系统自振特性并对比本文中模型的计算精度,在此基础上讨论了储罐几何参数、材料参数和地基刚度参数等对储罐系统自振频率的影响。计算结果表明:该储罐的一阶模态的模拟值为0.294,文献值为0.275,相对误差最大为6.9%,验证了有限元模型的正确性。     

90°弯管固液两相流粗颗粒磨损特性的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)与离散单元法(DEM)相结合的方法,并将离散随机游走(DRW)模型和颗粒湍流调制模型自定义到相间耦合模型中,研究了模型中各个作用机制对弯管内磨损的影响.结果表明:考虑流体与颗粒的双向耦合作用是模拟粗颗粒两相流动和弯头磨损预测的必要条件;升力对颗粒分布及磨损有较大的影响,而其他次要力影响可忽略不计;重力施加方向不同导致最大磨损率增大20%,但磨损规律相似,最大磨损位置都在约弯头85°处;颗粒在大体积分数工况下,颗粒在弯头的局部聚集使颗粒间碰撞占主导机制,但随着体积分数降低,湍流调制对磨损预测产生一定影响.     

渣浆泵内固相颗粒冲蚀特性的数值模拟

应用雷诺涡粘模型(液相)、离散相流动模型(固相)和压力耦合流场计算法,对渣浆泵全流道内固液两相湍流场的固相颗粒的冲蚀行为进行数值模拟.研究泵转速、固相粒径和叶片参数对颗粒冲蚀特性的影响.研究结果表明:随着泵转速的提高或者粒径的增大,颗粒冲击叶片表面的位置逐步移向叶片的头部,颗粒的冲击速度和冲击角度随之增大;不同叶片参数的叶轮对固相颗粒的冲蚀行为影响明显;数值模拟的研究成果可应用于抗冲蚀磨损叶轮的设计.     

环管反应器内液固两相流的数值模拟

为了对环管反应器内液固两相的流动形态进行研究,建立以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型。在浆液流速远大于自由沉降速度的情况下,模拟不同浆液入口速度时的环管反应器上升段压力降,同时对管道内液固两相流中的一些重要参数进行数值研究：在入口液固两相体积分布均匀的情况下,环管反应器上升段、弯管段以及下降段液固两相体积分布和液固两相速度均不一样,在弯管段由于离心力引起管道内二次流,使得固相颗粒甩向弯管的外侧壁,引起固相体积分数在弯管外侧壁明显增大,管道内固体颗粒相分布不均。在浆液速度v=3m.s-1时,液相和固相的速度有一定的速度差,随着入口速度增大,速度差变小;当浆液速度v=7m.s-1时,固体颗粒相速度分布与液相速度基本相同,两者之间的滑移速度可以忽略。计算结果与传统经验公式的比较表明模型能有效地描述环管反应器内压力降和反应器内浆液流动形态。     

声场作用下纳米颗粒的流化行为

在56 mm的玻璃流化床中,对纳米SiO2和TiO2颗粒在不同频率和声压级声场辅助下的流化行为进行了研究。实验表明,在低频（40-60 Hz）和高声压级（高于100 dB）的声场条件下,沟流和节涌得到有效抑制,纳米颗粒形成均一稳定的聚团,实现平稳流化。随声压级升高,颗粒的最小流化速度减小,流化行为类似Geldart A类颗粒。在声场的其他条件下,纳米颗粒的流化行为与不加声场相似,无法实现稳定流化。     

磨料射流固液两相流场的数值模拟

为了解决磨料射流固、液两相流场运动对割缝效果的影响问题,采用数值模拟的方法,通过建立磨料射流固、液两相流场的数学模型,研究了磨料两相射流割缝的速度场和流动场规律。结果表明:磨料射流中割缝速度可达100 m/s左右,有利于有效割缝;有效割缝需要入射压力至少达到25 Mpa;磨料射流割缝过程中会形成了一道"水墙"阻止磨料射流全部高速射出。产生二次回流。虽然二次加速的效果有限,但二次循环的水和颗粒经过二次加速能够再一次对壁面形成高速打击,提高割缝效率。研究成果对磨料两相射流割缝提高油井采收率具有指导意义。     

固液混合过程的数值模拟及实验研究

基于计算流体动力学(CFD)方法,对搅拌槽中的固液混合过程进行数值模拟,研究不同转速下固液相的分布规律,并得到固体颗粒完全离底悬浮的临界转速。结果表明,对于平直叶涡轮式搅拌器,当安装高度为100 mm时,随着涡轮式搅拌器转速的逐渐增大,槽底的中心沉积区逐渐减小,固体颗粒在300 r/min的转速下达到完全离底悬浮;对于斜叶涡轮式搅拌器,固体颗粒在250 r/min的转速下达到完全离底悬浮。通过与实验结果比较,可以认为CFD方法能够较好地还原搅拌过程。此外,通过改变搅拌器叶片的角度以及搅拌器的安装位置,明确了斜叶涡轮式搅拌器更适合固液混合体系,并且在安装高度为直径的0.5～0.8倍时,能够在较低的临界转速下,使固体颗粒达到完全离底悬浮,明显降低搅拌功耗,具有良好的经济效益。     

湍流模型对建筑物风荷载体形系数数值模拟的影响

数值风洞模拟要想获得理想的计算精度,依赖计算人员的理论基础及其在具体操作中对各种重要因素的选择。针对这个问题,采用现行《建筑结构荷载规范》作为比较标准,运用FLUENT软件,以正方形平面封闭式房屋的风荷载体型系数的数值模拟为例,重点讨论了湍流模型对数值模拟结果的影响,为合理使用数值风洞方法提供参考。     

固井用油井水泥颗粒干混特性的数值模拟

在固井作业中,湿混方式混合时间长、原料浪费严重、环境污染大,因此气力干混技术日益得到重视。为探究干混时油井水泥与外掺料混合均匀程度的变化规律,确定最佳操作条件,利用FLUENT软件,采用欧拉-欧拉多相流模型对混拌罐内油井水泥颗粒和外掺料颗粒的混合过程进行数值模拟,分析了进气速度、进气口数量、物料装填顺序以及颗粒物性等因素对混合情况的影响。结果表明：气流速度较低时油井水泥与外掺料混合不均匀,气流速度过高则会出现颗粒局部集中;对本算例而言,气流为1 m/s时可获得较好的混合效果;增加进气口数量不能明显改善颗粒混合的均匀程度;初始装填时,密度最大的颗粒不应置于最底层;颗粒密度对混合情况有较大影响,而粒径的影响较小。