湍流分离流中颗粒的扩散机制

后台阶流动包含分离流重要的流动特性, 采取欧拉-拉格朗日耦合算法对后台阶分离流动中颗粒扩散运动进行数值研究. 气相场采取大涡模拟方法, 亚格子模式基于标准的Smagorinsky 模式, 颗粒相运动采取轨道法模拟. 计算所得气相的流向平均速度和平均脉动速度与实验结果吻合较好, 验证了模型和方法的正确性. 基于此, 数值分析后台阶两相流动的特性以及流场涡结构的发展和演化过程. 结果表明: 两相流中颗粒的扩散特性既受到颗粒粒径的影响, 又与颗粒和涡结构的相互作用时间有关. 后台阶流场中增加结构物时, 流场涡结构发生变化, 即与扰动源保持一定距离后, 涡数量增多, 流场中颗粒分布不均匀, 较多颗粒聚集在涡的外缘.     

细小煤粉绕流球形颗粒的数值模拟

为了深入研究气固两相流中颗粒间的相互作用情况,应用颗粒轨道模型和单元内颗粒源方法,对不同直径的细小煤粉颗粒绕流单个球形大颗粒后的运动特征进行了数值预测和模拟,研究了宽筛分条件下大颗粒的尾涡作用对小颗粒运动轨迹的影响。同时将计算结果与激光全息的实验结果进行了对照,二者符合得较好。结果表明,只有当细颗粒的尺寸小到一定程度时,大颗粒的尾涡才对其运动轨迹有显著影响。这些结果对深入研究高浓度、宽筛分条件下循环流化床锅炉内颗粒场的分布和流体动力特性有重要意义。     

用扩散流模型数值模拟后台阶湍流颗粒输运

建立了一个两维气固两相湍流扩散流数学模型,并且用此模型数值模拟了气固两相绕流后台阶的湍流流动.预测分析了台阶后固体颗粒的湍流输运速度,并将预测结果与Laslandes等的用两种两流体模型(k-ε-A p ,k-ε-k p )的数值预测结果及实验结果进行了比对,结果表明扩散流数学模型可以用于描述气固两相流动.它的预测效果不但与目前实用的两流体模型相当,而且还可以正确地预测固体颗粒的横向速度,在这一点上还超过了两流体模型的预测效果.     

空气外掠钢渣颗粒准则关系式及其影响因素

通过空冷固态高温钢渣颗粒实验,由实验数据拟合平均努塞尔数实验关联式。对空冷高温钢渣颗粒进行三维数值模拟,研究不同绕流雷诺数下的准则关系式,分析空气外掠固态钢渣颗粒影响因素。研究得出空气冷却固态钢渣颗粒的实验关联式与数值计算关联式,实验与数值计算之间误差较小,验证了采用SST k-棕模型计算的可靠性。实验结果表明：钢渣颗粒的平均努塞尔数随着绕流雷诺数、粒径和气体流速的增大而增大。在同等条件下,钢渣粒径对平均努塞尔数的影响作用大于气体流速;模拟空冷高温钢渣颗粒时,直径对钢渣颗粒凝固时间的影响作用最大,导热系数的影响作用次之,来流空气温度影响作用最小。     

同轴射流中颗粒流振荡弥散的LES-DPM模拟

采用大涡模拟(LES)和离散颗粒法(DPM)耦合对颗粒流在同轴射流中的振荡弥散模式进行了模拟.在考虑孔隙率和颗粒间碰撞作用的情况下,在Fluent中通过自定义函数对该模型进行了模拟.数值计算结果表明,LES-DPM能较好地再现颗粒流在同轴射流中振荡弥散的模式,且模拟结果与实验结果吻合较好,获得了振荡弥散时的流场结构,加深了对振荡弥散的了解.     

负泊松比岩体颗粒流模型及模拟分析

为了从微观结构角度研究岩体特殊的负泊松比效应,基于颗粒流理论和颗粒流程序(PFC),提出采用颗粒流数值模拟方法。从已知具有负泊松比效应的无机晶体材料出发,研究其内部特殊的微观结构,进而建立符合岩体情况的颗粒流模型。利用所生成模型进行单轴压缩模拟试验,得出泊松比随应力的变化曲线。基于所建模型,对岩体在低荷载水平作用下的负泊松比现象机理进行分析。研究结果表明:当轴压为0~3 MPa时,岩体试样泊松比为负值,最小泊松比为-0.059。模拟结果与室内试验结果大致吻合,验证了该颗粒流模型用于研究岩体负泊松比现象的可靠性。     

正交射流燃烧器气固两相流动的数值计算

运用气相ｋ－ε模型和颗粒相代数方程模型对正交射流煤粉燃烧器气固两相流场进行了数值模拟，获得了该燃烧器内的气、固两相速度分布，颗粒质量流分布，并与实验值进行了对比，两者定性符合，同时，探讨了颗粒直径对颗粒混合的影响，得到了一些很有价值的结论。     

直方槽道内两相流动中颗粒的趋壁行为

采用大涡模拟方法研究了上行直方槽道中的气粒两相流动过程,模拟结果表明在流向横截面上气相流动存在明显的二次流现象,预报的气相平均速度与直接数值模拟DNS的结果相吻合。受气相二次流的作用,颗粒在垂直于流动方向存在扩散。模拟了入口横截面上4个典型位置上颗粒的横向扩散,结果表明在直方槽道中心附近的颗粒基本不扩散,而在壁面附近的颗粒存在不同程度的趋壁行为。对颗粒的趋壁速率进行统计发现颗粒的趋壁速率随粒径的增大而减小,且颗粒的趋壁行为导致颗粒在槽道壁面附近及边角区富集。     

进出流边界条件对二维后台阶流动影响的研究

用有限元方法对不可压缩流体沿二维后台阶流动的流函数－涡量式进行数值计算。讨论了进出流边界条件的改变对流动所产生的影响,证明不仅出流边界条件对后台阶流动进行正确模拟有影响,而且进流边界条件对后台阶流动进行正确模拟的影响更大。     

直方槽道内两相流动中颗粒的趋壁行为

采用大涡模拟方法研究上行直方槽道中的气粒两相流动过程。模拟结果表明:在流向横截面上气相流动存在明显的二次流现象,预报的气相平均速度与直接数值模拟DN S的结果相吻合。受气相二次流的作用,颗粒在垂直于流动方向存在扩散。模拟了入口横截面上4个典型位置上颗粒的横向扩散,结果表明在直方槽道中心附近的颗粒基本不扩散,而在壁面附近的颗粒存在不同程度的趋壁行为。对颗粒的趋壁速率进行统计发现,颗粒的趋壁速率随粒径的增大而减小,且颗粒的趋壁行为导致颗粒在槽道壁面附近及边角区富集。     

旋风分离器内颗粒轨迹的计算方法

采用单颗粒动力学模型计算旋风分离器内颗粒运动轨迹,并由此可算出粒级效率。分离器内时均流场用实测流场的回归公式计算。计算结果表明,由该理论方法求得的分离效率与实测效率相吻合,而且入口气速越大,分离效率越高。紊流对小颗粒的运动影响显著,大颗粒则在时均流场和紊流流场中有近乎相同的粒级效率。运用该方法,通过大量的轨迹计算可以描述颗粒的分离过程,进而可对改进分离器的性能提供理论指导     

某区域地下水流动与核素~3H迁移的数值模拟

为评估某特定区域内放射性核素分布情况,通过开发应用GMS软件,对某区域内地下水流动和3H(氚)的迁移行为进行了数值模拟,获得了压力水头和速度场等参量,以及特定位置3H体积分数随时间变化曲线。对比分析表明,计算结果与实验测量结果基本一致。该方法可以应用到其它区域、其他类型的核素迁移研究中。     

低雷诺数模型模拟UV反应器湍流流场

依据低雷诺数k-ε模型,用CFD商业软件FLUENT,对UV消毒反应器进行数值模拟.UV消毒反应器结构的设计可以在很大程度上影响到饮用水的消毒水平,并且影响到了反应器的运行维护费用,因此优化反应器的结构设计十分重要.结果表明,运用低雷诺数k-ε模型模拟UV流场得到的结果能很好地符合实验得到的结果.因此,低雷诺数k-ε模型可以作为分析UV消毒反应器内的流场分布的可靠模型,该模型可以应用于分析不同结构的UV消毒反应器内的流动情况,帮助改善反应器的结构设计以达到改进消毒效果的目的.     

一种紧致差分格式及其在新型纺纱研究上的应用

本文导出了一种与涡传输方程的ADI格式相协调的流函数方程的四阶精度五点紧致差分格式,并导出了与此相容的速度差分方程及三阶精度的壁涡公式,以及在非网格边界点上的壁涡公式与相邻内点的涡传输差分方程和流函数差分方程。本文成功地用此方法对某新型纺纱器罩壳内的流动作了数值计算。其结果与流场显示法的实验结果(照片)基本符合,对新型纺纱的理论研究以及罩壳的合理改型提供了可靠的依据。     

内燃机缸内气体CFD瞬态分析中动态网格划分技术

文中深入分析了在发动机CFD瞬态分析中的4类动态网格划分技术:弹性平滑方法、动态层方法、局部重划方法和ALE方法.在此基础上,研究分析了发动机CFD瞬态分析中动态网格划分技术的改进措施,提出了基于有限容积法的组合式动态网格技术更为适合发动机CFD瞬态分析中动态网格划分.最后,文中还以屋顶式双气门发动机为例进行了二维动态网格划分,并且运用基于有限容积法的组合式发动机动态网格技术方法实现了切向进气道发动机进气过程的三维瞬态数值模拟,得到了与实验观察相一致的结果.     

Analysis of Bubble Flow in a Fluidized Bed

ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＢｕｂｂｌｅＦｌｏｗｉｎａＦｌｕｉｄｉｚｅｄＢｅｄＨｕａｉＸｉｕｌａｎＷａｎｇＬｉＮｉＸｕｅｚｉ（ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖ．ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎ．）ＡｂｓｔｒａｃｔＡｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｂｕｂｂｌｅｆｌ...     

曲线同位网格的三维水流数学模型

为采用数学模型研究三峡两坝间的通航水流条件,在曲线坐标系与同位网格模式下,利用有限体积法离散水流控制方程,采用S IM PLEC算法与界面动量插值法计算了室内试验与天然河流弯道三维流场,并用实测资料对室内弯道三维水流的计算成果进行了验证分析。结果表明,三维水流数学模型的计算值与实测值基本吻合。计算结果反映了弯道水流特性,弯道环流明显,且表层水流指向凹岸,底层水流指向凸岸。     

含高分压不凝气体的蒸汽在分离式热管内凝结换热

设计建立了一套以水为工质的分离式热管系统实验台,系统冷凝端采用水冷套管式换热器.在此实验台基础上研究了不抽真空、有大量不凝性气体存在于分离式热管的凝结放热问题,测定了在不同的入口蒸汽温度、循环蒸汽流量、冷却水进口温度及流量条件下混合气体在圆管内凝结换热的情况,分析了这些参数对换热过程的影响.同时,还对套管内含高分压不凝性气体——空气——的水蒸汽凝结换热物理模型进行了研究,并建立了相应的数学模型.模型中除了质量守恒、动量守恒、能量守恒和界面控制方程外,还增加了流动扩散和凝结控制方程.模型结果显示蒸汽放热量与实验测定值基本吻合,偏差在8%～15%之间.     

折板除沫器流场与分离效率的数值模拟

选取颗粒输运多相流模型和RNGk-ε湍流模型,运用ANSYS12．1软件的CFX模块对折板式除沫器内部气液两相流场及分离效率进行了数值模拟．通过数值模拟所得液滴的运动轨迹、速度、压力和漩涡分布来深入分析内部流场情况,为优化除沫器结构设计,改进其力学性能提供理论基础．数值模拟计算结果表明,在不同液滴直径下除沫效率随转折角、级数、折板间距和气流速度都有一定的变化规律．该计算结果与已有理论计算及实验结果保持一致,对进一步修正完善理论计算和工业设计具有指导意义．     

(1.中国矿业大学 电力学院,江苏 徐州221116;2.中国矿业大学 化工学院,江苏 徐州221116)

为研究流体在石墨多孔介质中的流动规律,通过水的单相饱和渗流实验,揭示了水在不同孔隙率的石墨多孔介质中的非Darcy渗流规律.实验结果表明:流动偏离达西定律,呈现非线性,可以用一元二次方程的形式拟合,而且精度较高,相关系数达0.99以上;流体在渗流过程中存在最小启动压力梯度,其大小随孔隙率的增加而急剧减小,按其大小随孔隙率的变化将石墨多孔介质分为3类:"易渗类"孔隙率约>18%,"难渗类"孔隙率约<11%,"过渡类"孔隙率在两者之间;水在石墨渗流过程中雷诺数的计算结果也表明流动为非Darcy渗流,与实验现象相一致.