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。     

激波卷扬附壁煤尘的湍流模型

本文建立了激波卷扬煤尘的气固湍流边界层方程,其中考虑了气固两相间的耦合效应和气固相湍流效应。模型认为颗粒上扬是激波后气固流动的剪切升力和湍流效应的结果。数值计算结果与文献实验结果较一致。     

湍流对气固两相流动中颗粒受力的影响

采用数值计算方法研究了流经静止球形颗粒的湍流流动。考察了不同湍流模型 (标准 k-ε模型、RNG k-ε模型和 Realizable k-ε模型 )对后台阶流动的计算结果的准确性 ,从中选取表现比较优越的 RNG k-ε模型对颗粒附近的湍流流动进行详尽的数值模拟。计算中湍流度取为 10 %～ 80 %之间 ,湍流尺度为 10 -5～ 4m。发现湍流尺度的变化对曳力系数的影响比较小 ,只是在小尺度条件下存在一定影响 ;而湍流度对颗粒曳力系数产生较大的增强作用 ,尤其在小颗粒Rep 条件下。得出的结论与以往文献不同 ,有待于更广泛的实验与理论方面的检验     

磁流变液沉降稳定性改进及对流变性能的影响

对影响磁流变液沉降稳定性的颗粒表面性质、固／液界面性质和大小颗粒之间相互作用等因素进行了实验研究和探讨,实验结果表明：磁流变悬浮液体的稳定性取决于固相颗粒这间的静电排斥作用或固－液界面分子构型所产生的空间阻效应;对于颗粒径度较大的分散体系,通过改善粒子表面的结构,依靠体系的结构力学性质改善粗大颗粒悬浮液体的沉降稳定性。     

非等温边界层中相间相互作用实验研究

应用三维粒子动态分析仪(PDA),测量了水平流动非等温边界层中气固两相间相互作用的特性.结果表明,颗粒使气流温度边界层变薄,强化了壁面与气流间的传热;颗粒质量流率对相间作用有较大影响,随颗粒流率的增加,颗粒对气流平均速度和湍流的影响增大.颗粒和气流相互作用在不同方向上呈各向异性;颗粒对气流垂直方向的脉动影响较大;颗粒改变了气流雷诺应力在壁面附近的分布,对湍流的拟序结构产生了较大的影响.     

非均质储层纳微米聚合物颗粒体系驱油实验研究

为了深入揭示低渗透储层非均质性对聚合物颗粒分散体系驱油效果的影响,采用平板填砂模型和岩芯串、并
联组合实验技术,对纳微米聚合物颗粒分散体系进行了非均质驱油实验研究,并分析了纵向、横向非均质性和渗透率
级差对驱油效果的影响。平板填砂模型模拟实验结果表明,聚合物颗粒分散体系对改善储层纵向非均质性效果更明
显,在纵向非均质模型中提高的采收率比横向非均质模型高9.83%。岩芯组合模拟实验结果表明,随着渗透率级差增
加,聚合物颗粒分散体系提高串、并联岩芯组合模型的采收率均逐渐增大,在相近渗透率级差变化情况下,聚合物分散
体系提高串联岩芯组合模型的采收率增幅为6.65%,而提高并联岩芯组合模型的采收率增幅为9.48%;渗透率级差越
大,高、低渗岩芯的分流量相差越大,聚合物颗粒分散体系调驱后,高渗岩芯的分流量降低,低渗岩芯的分流量增大。     

用颗粒相双尺度二阶矩湍流模型模拟突扩两相流动

基于将颗粒脉动分成湍流引起的大尺度脉动和颗粒间碰撞产生的小尺度脉动的概念，应用单相流动多尺度湍流模型方法，从双流体模型出发，推导和封闭了颗粒的双尺度脉动雷诺应力方程、大尺度脉动能量传递率方程、小尺度脉动耗散率方程和两相脉动关联方程，用统一的湍流模型方法构造了包含颗粒两类脉动的新的颗粒双尺度二阶矩两相湍流模型．用该模型对突扩管内的两相流动进行了数值模拟，并和单尺度的二阶矩两相湍流模型进行了比较，计算结果和实验数据吻合较好，比单尺度的二阶矩两相湍流模型的计算结果有所改进．     

旋风分离器三维强旋湍流流动的数值模拟

为优化旋风分离器设计,将改进了Reynolds应力方程压力应变项的产生项和对流项的各向同性化模型与壁面效应模型结合,加入到FLUENT6.0软件平台上,对蜗壳式旋风分离器内三维强旋湍流流动进行了数值模拟.结果表明 在分离空间和灰斗内,预报值与实测值吻合较好,表明数值模拟的合理性;在环形空间内预报值也与实测值接近,流动有明显的非轴对称性;在排气管内预报值与实测值一致性较差,表明湍流模型尚有待改进.     

近壁湍流和微颗粒的两相作用及减阻效应

为研究颗粒和近壁湍流的相互作用和流动阻力问题,采用点-力双向耦合模型并结合Lagrange粒子追踪法,对负载颗粒的槽道湍流进行直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS).同时,从含颗粒作用外力项的NavierStokes方程出发,推导颗粒加载湍流的阻力系数表达式.考察较低容积比下粒径小于Kolomogrov尺度的颗粒对湍流结构的调制以及湍流减阻现象,讨论颗粒尺度和数量等加载参数对阻力系数的影响,发现在本研究范围内的细微颗粒对湍流的调制以抑制作用为主,同时产生明显的减阻效应.     

双尺度二阶矩两相湍流模型及其应用

基于将颗粒脉动分成湍流引起的大尺度脉动和颗粒间碰撞产生的小尺度脉动的概念,用统一的方法处理两类脉动,建立了稠密两相流动的双尺度二阶矩两相湍流模型。用该模型对下行床内稠密两相流动进行了数值模拟。模拟结果和实验结果符合,和考虑碰撞的单尺度二阶矩湍流模型的结果接近,比其有一定程度的改进。结果表明,由于颗粒的碰撞,小尺度脉动也呈一定程度的各向异性,而且小尺度脉动和大尺度脉动在大部分区域内减小,而在接近壁面处增大。     

SST k-ω-kp两相湍流模型及其在湿蒸汽凝结流动数值模拟中的应用

首先，建立了湿蒸汽凝结流动的双流体模型，考虑了湿蒸汽两相流动中相间的速度滑移、耦合以及湍流扩散作用的影响．然后，针对蒸汽透平叶栅中流动的湍流特性，在单相湍流计算中数值模拟精度相对良好的两方程SST k-ω湍流模型基础上，参照颗粒湍能输运方程理论，推导建立了SST k-ω-kp湿蒸汽两相流动湍流模型，模型中引入了液相黏性、导热及扩散系数等拟流体概念．对二维叶栅中存在自发凝结的湿蒸汽流动进行的数值模拟表明：建立的数值模型表现良好，明显优于单流体模型，特别是吸力面的压力分布模拟精度有很大提高，具有较高的精确性和可靠性．由于实验数据的匮乏，数值模拟中发现的汽液两相的动力特性以及液相的参数分布有待于进一步的实验来验证．     

突扩两相流动中颗粒相对气体湍流的影响

为了研究颗粒相的存在对气体湍流的影响,用相位Doppler激光测速仪(phase Doppler particle anemometer, PDPA)测量了竖直轴对称突扩通道中两相流动中的气体湍流变动,给出单相流动和气粒两相流动时的平均速度和轴向脉动速度,阐明了颗粒对气体湍流的作用,即湍流变动规律.结果表明,平均粒径150 μm的颗粒在流场的不同位置造成的湍流变动现象有所不同.在回流区内,靠近轴线附近的正流区内颗粒增强了气体湍流; 在逆流区以及下游区域,颗粒削弱了气体湍流.     

气固两相圆湍射流流动的大涡模拟

针对气固圆湍射流流动采用基于双向耦合的大涡模拟方法进行了模拟,研究了直径为105μm的颗粒的存在对圆湍射流的影响。单相流动的预报结果在射流形态以及时均速度和湍流强度等统计结果方面均与实验结果符合良好。两相流动的时均速度和湍流强度等统计结果与实验结果符合较好,与单相流动的模拟结果相比,105μm的颗粒加入流场后,由于其较快的响应特征起到了阻尼作用,从而降低了气相场的湍流强度。     

大差异双分散循环流化床多场耦合数值模拟

为探讨颗粒双分散效应对气固流化体系综合性能的影响,对大差异双分散循环流化床进行了多场耦合数值模拟。采用欧拉双流体模型和能量最小多尺度原理(EMMS)介尺度曳力模型,对Geldart A类与B类颗粒组成的气固体系流动特性进行模拟研究;引入丙烷脱氢(PDH)反应动力学模型,对体系的传热和反应性能进行了相应探究;基于两类颗粒在循环流化床内的快速传热与分离,进一步提出流化催化裂化(FCC)与丙烷脱氢工艺耦合思路,初步论证了其可行性。数值模拟结果显示:因大差异双分散特性影响,两颗粒相在流化稳定时体现为分离态,存在稳定的分离层,B类颗粒处于鼓泡流化状态,A类颗粒处于湍动流化状态;丙烷入口温度为30℃、入口速度为0.1 m·s^-1、催化剂初始床层温度及循环温度为700℃时,该耦合工艺可将催化剂温度降低至669℃,也可进一步实现丙烷到丙烯的良好转化,转化率可达95%以上。研究表明了该耦合工艺的可行性,可在优化提升管内反应条件的同时,进一步获得更高附加值的轻烃油气产品。该研究可为深入理解气固体系内颗粒双分散效应的影响提供一定参考,所提耦合工艺可为FCC工艺优化提供新思路。     

金属-金属颗粒膜巨磁电阻效应的尺寸效应

按照颗粒尺寸将颗粒膜中磁性颗粒分为3类:单畴超顺磁颗粒、单畴铁磁性颗粒和多畴磁性颗粒.不同尺寸的磁性颗粒对巨磁电阻效应作用的研究存在着争议.为此,该文假设颗粒膜中磁性颗粒尺寸呈对数正态函数分布,利用二流体模型和有效媒质理论对颗粒膜的巨磁电阻效应进行了研究.计算结果表明,以单畴铁磁性颗粒为主导作用的理论计算结果与相关各类实验相符,表明单畴铁磁性颗粒对颗粒膜的巨磁电阻效应起主导作用.     

障碍物诱导的湍流加速火焰流场的数值模拟

该文基于湍流的ｋ－ε模型和改进的ＥＢＵ－Ａｒｈｅｎｉｕｓ燃烧模型,对有障碍物情况下的湍流加速火焰现象建立了两维均相反应模型。障碍物对流场的影响不仅考虑到采用空度函数,还考虑了障碍物对流动产生的附加阻力的作用。壁面边界层区域则采用壁面函数法处理。选取Ｓｉｍｐｌｅ格式数值求解,其计算结果模拟了障碍物诱导的湍流与燃烧耦合作用下的流场的发生和发展的全过程,揭示了障碍物、湍流、火焰之间相互加速的正反馈机理     

生物质颗粒对气相温度脉动的瞬时响应

在生物质颗粒的湍流多相燃烧中,气相速度的湍流脉动对颗粒运动起着不容忽视的作用,而气相温度的湍流脉动是否会对生物质颗粒的瞬时温度产生影响则是有待探讨的问题。该文对置于有温度脉动的热气流中的生物质颗粒的瞬时温度变化过程进行了理论分析与计算,表明颗粒温度也会随气相发生脉动。颗粒温度脉动的幅度受到气相温度脉动强度的影响,气相温度脉动强度的增大会导致颗粒温度脉动的增强。颗粒Reynolds数的增大加强了颗粒与气体之间的对流换热,减小了颗粒的温度弛豫时间,从而加快了颗粒对气相温度的响应,增大了颗粒温度脉动的幅度。     

利用PIV技术对平板湍流边界层的实验研究

利用在线式ＰＩＶ系统,在低速风洞中对零压力梯度的光滑平板湍流边界层进行了实验研究。观察到了湍流边界层外层拟序结构的一些典型流动结构;横向大涡,海湍流边界层外缘的凸块和涡破碎等,并给出了这些结构所对应的瞬时涡量场和剪切应变变化率,同时还观察到湍流边界层外层的大尺度横向我表现为拱形结构。     

湍流分离流动中的颗粒弥散机制

为了揭示颗粒在湍流分离流动中的弥散机制,采用大涡模拟方法和颗粒轨道模型,对二维后台阶分离流动中颗粒弥散进行了数值模拟研究。研究给出了不同St数的颗粒在流场中的分布以及瞬时大涡与颗粒相互作用规律,表明大尺度涡对颗粒弥散的影响依赖于颗粒的尺寸等参数。不同St数下颗粒瞬时弥散机制不同,共有3种模式:随着颗粒St数的增大顺序表现为大涡作用模式;大涡与离心力作用模式;惯性力作用模式。进一步分析得到了颗粒进入回流区是大涡与颗粒的相互作用以及壁面的存在共同导致的结果。     

磷酸盐对细粒铝硅酸盐矿物分散行为的影响

采用沉降实验考查磷酸盐对一水硬铝石、高岭石、伊利石和叶蜡石分散行为的影响规律。测定ζ电位和DLVO理论计算,分析六偏磷酸钠提高4种铝硅酸盐矿物分散性的作用机理。结果表明:磷酸盐对这4种矿物分散效果由强至弱的顺序为:六偏磷酸钠,焦磷酸钠,磷酸三钠;六偏磷酸钠增大铝硅酸盐矿物颗粒表面电位的绝对值,从而提高了颗粒间静电排斥作用;同时,六偏磷酸钠吸附于铝硅酸盐矿物表面后,加剧了颗粒之间的空间位阻效应,使颗粒间产生较强的位阻排斥力。