中浓纸浆悬浮液湍流边界层的模拟

介绍纤维悬浮液的分类及管道中纸浆纤维悬浮液的流动状态 ,重点进行中浓纸浆悬浮液湍流边界层的模拟研究 ,详细分析了相关的模拟结果 ,得出如下结论 :当管子壁面距离 0～ 9× 10 - 4m时 ,横过水环厚度的速度分布是线性的 ;水环厚度很小 ,水环中的剪切作用是层流剪切 ,剪切力作用于纤维网络表面 .突出网络塞体表面 (0～ 9× 10 - 4m )的纤维甚少 .据此可认为网络塞体表面较为光滑 ;管道中远离壁面处浓度高 ,壁面处浓度低 ,浓度分布具有递减的趋势     

纸浆纤维悬浮液的流动和模拟

纸浆纤维悬浮液流动力学可用于描述现代造纸机的流送和成形过程,为造纸过程及装备的优化设计提供理论依据.文中概述了纸浆悬浮液的特点及其模型和模拟方法,阐释了相关测量技巧,提出了将新的流场测量技巧与先进的软件相结合来研究特殊的多相流-纸浆纤维悬浮液的流动力学,重点介绍了笔者所在团队近期对纸浆悬浮液在多种模型中的流动与模拟研究以及PIV测量技术.最后阐释了这些理论研究成果在自行研制的国产高速造纸机的流浆箱和成形装置结构优化设计方面的应用.     

用随机模拟法研究颗粒群在湍流场的扩散

离散的颗粒群与湍流场的相互作用一直是颗粒悬浮两相流理论中的一个重要课题。本文在颗粒轨道模型的基础上,采用随机模拟法对湍流场中的颗粒群进行了计算。呈正态分布的湍流脉动速度是由电子计算机产生的随机数来模拟的。在格栅产生的湍流场中颗粒群扩散的预测值与实验值十分符合。通过计算,还很好地解释了实验中出现的一些反常现象。     

纸浆流动的数值模拟

作者分析了有关宾汉流体的计算及湍流两相流的现状，在k-ε湍流模型和使用壁面函数法处理近壁区问题的理论基础上，通过引入一些合理的假设，建立了一个比较有效的处理纸浆纤维悬浮液的数学模型，并对其进行了数值模拟。作者通过对直圆管中纸浆纤维悬浮液两相端流的模拟，证明了流核区的存在（r/R=0-0.2)。由纤维相和液相的速度分布，说明了滑移扩散连续介质模型的正确性，将不同初始湍流强度进行比较，可进一步解释有关“阻力减小”的现象。     

纤维悬浮液在流送中的起动阻力

本文研究表明，纤维悬浮液由静止状态进入流动状态，即起动时的瞬间所存在的摩擦阻力损失要比稳定流时的摩擦阻力损失大得多。起 阻力的存在揭示了纤维浮液的粘弹性质，也表明了不同于其他液体的流动机理。     

管道内气液两相泡状流k—ε—kg—εg模型

从标准的单相湍流k-ε模型出发,提出了一个任意非正交曲线坐标系下模化管道内气液两相泡状流的k-ε-kg-εg模型。在该模型中,气泡湍动能的耗散受其自身耗散方程的制约,并全面考虑了气泡湍动能本身的对流、扩散、生成和耗散以及与液体之间的耦合作用。该模型在理论上比k-ε模型和k-ε-kp模型更加完善。采用该模型的数值模拟结果与试验数据吻合良好,二者相对误差在计算范围内不超过20％。     

气固两相湍流射流的直接数值模拟

采用直接数值模拟研究了Re=3000的气固两相二维湍流射流的流场特征.一阶平均量与实验值吻合得很好,Reynolds应力分布的峰值量级和曲线性态和实验数据是一致的.基于流场的结果,用单向耦合法研究了各种典型尺寸颗粒在流场中的扩散行为和浓度分布规律.其中,St=0.01的颗粒可视为示踪粒子;St=1的颗粒展现了有趣的扩散规律,即均匀散布在涡核外围;St=10为大尺寸颗粒.     

计及颗粒间碰撞的湍流气固两相流模型及验证

针对较高浓度的气固两相流动，提出了一种新的结合Ｅｕｌｅｒ方法与Ｌａｇｒａｎｇｅ方法的理论模型，该模型运用分子运动谕论模拟了固体颗粒间的相互碰撞其计算结果较好地与实验结果相吻合，证实了该模型的合理性，为高浓度气固两相流动的研究提供了新的方法。     

渣浆泵叶轮中固液两相湍流的计算和实验

为了深入了解渣浆泵叶轮中固液两相流流态,利用连续湍动能ｋ方程、耗散率ε方程及湍流代数型Ａρ模型（ｋ－ε－Ａｐ湍流模型）及ＳＩＭＰＬＥＣ算法,计算了渣浆泵叶轮内部的固液两相湍流。计算了渣浆泵叶轮内固液两相流动的主要流动参数。比较了固液两相流动下的压力分布的计算结果与叶轮中压力分布的量测数据,以及叶轮中的流速分布的计算结果与ＰＩＶ技术的试验结果,证明了计算方法和程序的可靠性。研究结果表明：在稀释的固液两相流条件下,固相的存在对液相的流态影响很小,但会造成叶轮出口压力的降低。固相浓度越高,叶轮出口压力降低越多。     

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.     

三维引射流动数值模拟及紊流模型选择

针对引射流动三维湍流流动的特点,应用κ-ε、S-A以及k-ω湍流模型分别对三维引射流动进行了数值模拟。比较引射流量的数值结果与实验结果表明,湍流模型的选取对数值结果具有较大影响,采用k-ω模型进行模拟可以较为准确地预测引射流量。     

单流体变特性模型的定常局部空泡流数值模拟

采用单流体变特性模型，应用基于有限体积法的压力修正法(SIMPLE方法)对二维MACA0012翼型的定常局部空泡流问题进行了数值模拟．通过强隐式求解方法(SIP方法)求解联立方程组，由计算得到的密度变化确定空泡形状，以验证所用数学模型和数值模拟方法的可行性．该方法避免了势流模型中存在的困难，即空泡脱体点与空泡尾流模型的选取问题．     

燃气射流复燃流场的数值计算

目的　研究非平衡化学反应流动的数学模型,进行火箭燃气射流复燃流场的数值研究; 方法　从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程出发,采用１２ 组分１１ 个反应的化学动力学模型,建立化学反应流动的微分方程组,然后采用差分方程离散,其中对流项采用了高精度的３ 阶ＥＮＯ格式; 结果　计算得到了包含各组分在内的流场诸参数的分布,分析了燃气射流复燃流场的特点; 结论　化学反应集中在混合层内,近尾核心区可视为化学反应冻结流;     

不同形式导流屏导流效果数值模拟

导流设施可分为实体式和百页式2种类型。为了分析2种形式导流屏的导流效果,建立了飞机尾喷气流场的模型,分别模拟不同形式导流屏的导流效果。模型采用笛卡尔坐标系和结构网格,采用标准格式离散方程,采用SIMPLE算法来计算压力与速度的耦合。分析结果表明:设置导流屏导流效果明显,实体式屏若导流屏过高或过陡,并容易产生横溢气流;百页式导流屏让气流沿页板方向向后上方扩散,它对气流的阻力较实体屏小。     

气流/纤维两相流动的数值计算和实验的研究

气流／纤维两相流动总是在纺织加工中十分普遍，研究气流／纤维两相流动规律为其在实际中的应用提供理论依据，通过对气流／纤维两相流动的数值计算和实验的发展过程的回顾以及对国内外研究现状的分析，指出目前关于气流／纤维两相流动的数值计算和实验的不足之处，为今后进一步研究奠定了基础。     

真空喷射射流流场的Fluent模拟分析

为了对真空射流流场进行研究,应用Fluent软件并基于VOF(volume of fluid)方法、k-ε标准湍模型及PISO算法,对不同喷口直径及入射压力的直射式锥型流道喷嘴的射流流场速度和湍流运动分布进行了数值模拟分析.结果表明:1)入口压力相同,喷嘴直径越大,射流与周围介质间的速度梯度越大,可促进射流的扩散和液滴破碎后的尺寸均匀分布;2)喷嘴直径一定,入口压力在10~15 MPa内,射流湍流强度分布达到最佳状态,射流流场较好;3)如果不考虑材料的溶解性,相对于三氯甲烷和四氯化碳,丙酮作为溶剂时的液体喷射雾化效果较好,适于制备质量较好的高分子薄膜.     

剪切条件下中浓纸浆的流动特性和能量耗散

对中浓纸浆悬浮液在剪切室内的流动特性和能量耗散进行了研究.结果表明中浓纸浆悬浮液在高剪切应力下可以达到流体化状态,此时其流动特性与水类似;根据中浓纸浆在流体化过程中的温度变化可以计算其能量耗散值;由于中浓纸浆中纤维之间存在着较大的摩擦力,因此耗散的能量与输入能量的比值很高,这对于中浓纸浆的泵送是很不利的;当中浓纸浆质量分数为13.2%时,其在流体化状态下的能量耗散值为498.96 kW/m3,表观粘度为7.94 Pa·s,所耗散的能量占输入能量的45.62%,且随着纸浆质量分数的升高而增大.     

二维超声速流中横向喷流的数值研究

采用隐式ＮＮＤ格式求解二维雷诺平均的Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，采用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ的代数涡粘性模型，研究了喷流场的结构及激波和旋涡对横向喷流场的影响     

风琴管空化喷嘴流场数值模拟

 风琴管空化喷嘴是一种常见的空化射流喷嘴,利用喷嘴内部特殊结构形成产生空化效应,从而提高射流的打击效果,因此,研究空化喷嘴内部结构对形成的空化效应影响,有利于提高喷嘴的工作性能。本文利用多相流模型研究风琴管空化喷嘴,在出口压力为2MPa工况下,对不同入口压力下喷嘴的内流场进行了数值计算。结果表明,在正常工作压力8MPa情况下,喷嘴喉道位置出现局部低速区和低压区域,且空化位置出现在喉道截面突变位置。同时,研究了喷嘴喉道长径比和存在圆角情况下内部空化情况,发现增大喷嘴喉道长径比实际相当于增加了低压区域,有利于空化的产生;喷嘴喉道变径区域存在圆角会严重影响空化喷嘴的空化性能,且圆角半径越大,临界空化压力越大。