水平管排外降膜蒸发换热特性

采用层流和紊流两种模型对水平管外垂下液膜的强制对流蒸发换热性能进行了数值计算 .计算中 ,对管顶部的冲击滞止区和管侧部的自由绕流区分别采用不同的坐标变换方法进行微分方程组简化 .根据滞止区计算结果确定自由绕流区的初始边界条件 ,排除了以前类似计算中人为假定计算边界条件的缺陷 .紊流计算采用壁面函数法 .计算结果和作者的单管和管排实验数据及其他研究的实验数据进行了比较 ,结果表明 ,实验值处于层流解和紊流解之间 ,更靠近紊流解 .实验证明 ,单管和三管管排的平均换热系数十分接近 ,数值计算结果对管排中各管都能适用     

垂下液膜式水平管发器的换热特性

采用层流和紊流两种模型对一水平管外垂下液膜的强制对流蒸发热热性能进行了数值计算。对管顶部的冲击滞止区和管侧部的自由绕流区分别采用不同的坐标变换方法进行微分方程组简化。     

水平传热管外过冷水垂膜强制对流换热特性

用数值计算方法对水平传热管外过冷水垂下液膜的强制对流显热换热特性进行了研究．计算采用层流流动模型,将液膜流动区分为管顶部的滞止区和侧部的自由绕流区分别计算．滞止区计算采用Ｇｏｅｒｔｌｅｒ变换方法,绕流区计算采用自由流函数变换方法．结果证明,在喷嘴尺寸固定时,换热努塞尔特数除与膜雷诺数、普朗特数有关外,与反映管径尺寸的无量纲数、阿基米德数也相关．因此,在膜雷诺数１０３～１０４和普朗特数２～７内,得到了近似拟合公式．该公式和以往的经验公式吻合,较好地预示了文中的实验结果．为实际管排式蒸发器研究提供了依据．     

非牛顿流体沿竖直平板自由下落液膜的计算

建立了非牛顿流体沿竖直平板自由下落液膜传热的数学模型,并采用三种数值计算方法对幂次非牛顿流体沿竖直平板的自由下落层流液膜进行了计算,三种数值方法的计算结果均较好.     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞的数值模拟

通过选取三种不同的紊流模型,结合自由水面处理技术的VOF方法,采用不同的壁面函数法、不同的计算区域网格划分精度和不同的进出口边界条件处理方法,成功地模拟了竖井进流水平旋转泄洪洞的水力特性,并对不同紊流模型和不同数值模拟条件与方法的计算结果与模型实验的结果进行了对比分析。分析结果表明,采用Realizablek-ε紊流模型能更好地模拟这种具有高紊动、强剪切和强旋转,并带有自由表面的竖井进流水平旋转空腔环流的水力特性。     

闸孔出流水气二相流三维数值模拟

采用k～ε双方程紊流模型和vOF方法追踪自由表面,对闸下出流进行了水气二相流三维数值模拟,计算结果和实验结果吻合良好,表明用此方法对闸下出流进行数值模拟是可行的.     

圆柱绕流的边界层及其电磁控制

利用电介质溶液中圆柱体侧表面附近分布的电磁产生电磁力,作用于流体边界层,达到控制圆柱绕流的目的。在层流模式下(Re<150),采用极坐标系中NavierStokes方程的涡量-流函数形式,对置于弱电介质溶液中包覆电磁场激活板的圆柱绕流的尾迹和边界层的速度分布进行了数值研究。涡量传输方程采用ADI(隐式交替)格式,流函数方程采用FFT(快速傅里叶变换)格式,计算结果具有二阶空间精度和一阶时间精度,作了相应的实验,对实验结果进行了分析和讨论。     

静止方柱和圆柱绕流的二维数值分析

运用流体计算软件CFX模拟了静止方柱和圆柱在不同雷诺数条件下（层流区、亚临界区、超临界区）的绕流问题.采用层流和SST湍流模型,基于二维纳维斯-斯托克斯方程（N-S方程）,计算得到了相应的绕流参数：斯托罗哈数St和阻力系数Cd.将绕流参数与现有文献的绕流结果进行比较,验证了该数值模拟方法的正确性.分析了雷诺数Re对绕流参数的影响,获得了方柱和圆柱的St、Cd随Re的变化规律.通过对比方柱和圆柱的绕流参数,发现较大雷诺数时方柱的斯托罗哈数远低于圆柱的斯托罗哈数,但同时其阻力系数却高于圆柱的阻力系数,而在圆柱绕流中明显存在的阻力危机现象在方柱绕流中并不明显.     

层流假设在型腔充填过程数值模拟中的适用性

根据Ｊ．Ｃａｍｐｂｅｌ的基准实险,采用层流假设和紊流模型对其充填过程中的流动现象进行三维数值模拟,进而逐步改变其直浇道高度,用上述２种方法进行数值模拟实验对比．根据所得结果的比较,提出了一个浇注系统最小断面处的临界雷诺数,该处的雷诺数小于此值时,采用层流假设进行模拟是合适的;而大于此值时,应采用紊流模型．     

基于预处理的不可压缩N-S方程拟压缩数值算法研究

通过研究求解不可压缩Navier—Stokes方程的拟压缩方法与加速刚性双曲型方程时间推进的预处理技术,推导了一般曲线坐标系下带预处理的拟压缩Navier—Stokes方程特征系统,并结合有限差分法,建立了适用于不可压缩黏性流动计算的拟压缩快速算法．通过对不可压缩无黏圆柱绕流、平板层流流动、低Reynolds数定常圆柱绕流问题的数值模拟研究,得到了与相关理论与实验测试相吻合的结果,验证了所建立数值方法的快速可靠性．较系统地研究了预处理引入的参数和拟压缩因子的选择对收敛特性的影响．结果表明,Roe格式相对于二阶中心差分格式得到的结果更令人满意;对拟压缩Navier—Stokes方程进行预处理能有效提高数值计算的收敛速度;自适应的拟压缩因子取值能在很大程度上改善数值解的收敛特性,且不需要根据具体流动问题进行人工调节．最后将本文发展的数值方法用于低Reynolds数非定常圆柱绕流的数值模拟,所得结果亦和实验观测结果及其他文献的计算吻合很好．     

降膜结晶分离过程的数值分析

为了研究降膜结晶过程的相变耦合传热传质过程 ,在混合物理论和实验观察所得的结晶形态及形貌特征的基础上建立了描述降膜结晶过程动量、热量和质量传递的数值模拟模型。该模型的一个重要特点是认为在降膜结晶过程中在熔体液相区和固相区之间存在一薄厚不匀且不断变化的二相区。以二元透明有机熔体 (萘硫茚 )为例 ,针对实验单管降膜结晶器的实际降膜结晶过程动量、热量和质量传递过程进行了数值模拟 ,所得结果在未引入任何经验常数下 ,与实验结果符合较好     

气液并流垂直液膜流动的数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent,采用VOF方法模拟了气液并流垂直液膜流动.将平均液膜厚度数据与文献数据对比,验证了模型的合理性.考察了气、液相雷诺数和壁面剪切力对液膜流型的影响,分析了不同截面液膜厚度随时间的变化情况,且比较了液膜波动与壁面剪切力的变化规律.模拟结果表明:液膜的流动形态在不同高度处主要有滴状流、层流、层流-湍流和波状湍流,可划分为入口段、发展段和稳定段3个区域;波形低谷值对应剪切力的高峰值,大振幅波的高峰值对应剪切力的低谷值,但由于液膜波动的随机性以及波的叠加,并不是所有的剪切力高峰都与液膜波谷相对应.     

圆盘反应器内流动和成膜性能的数值模拟

采用流体体积函数法(VOF)对卧式旋转圆盘反应器的流动和成膜特性进行了数值模拟,并考察了圆盘转速和反应器内液位高度对液膜厚度及分布的影响规律。研究结果表明,VOF方法能够较好的模拟圆盘反应器内液膜的流动和成膜特性,反应器内液相流场、成膜过程、液膜厚度及分布的模拟数据与实验结果吻合良好;液膜厚度随圆盘转速增加而增大,液位高度的变化对其影响不大;圆盘成膜具有最低转速和最低液位;同时模拟得到了圆盘表面液膜的分布规律。     

高温球体与水的沸腾传热特性研究

为研究高温流体与水的传热特性,采用理论分析与自由界面追踪数值技术对高温球体表面的沸腾传热过程进行研究,得到球体表面传热特性的变化规律. 分析结果表明,当球体温度不变时,蒸气膜层厚度自前滞点往后逐渐增大,膜层内温度呈非线性分布降低,速率呈抛物型分布. 当球体温度提高时蒸气膜层厚度变大,相应的蒸气速率峰值也变大,球面传热系数却变小. 数值仿真结果显示了气-液界面上不稳定性波动发展和气泡成长过程,较为真实地反映出沸腾传热的动态过程.      

基于单相LBM模拟大平板反重力充型过程

采用单相格子Boltzmann方法研究大平板的反重力充型过程,该模型不需考虑气相格子的变化,从而提高了计算效率.针对该方法,本文新提出了一种权重系数重新分配的方法来处理格点中的液相排出及分配问题.首先用该模型计算了单浇口条件下的大平板型腔反重力充填过程,以相同参数下的高速相机成像的水力充填实验为参照,数值模拟的流场特征及流体形态与实验结果吻合良好.另外,还采用线速度分布云图,并提出了自由表面的高度差判据来分析充型过程中的流场区域特征和流体平稳程度.在此基础上,继续用该模型研究了双浇口和圆柱扰流条件下的大平板反重力充型过程.双浇口条件下由于浇道间的互相影响,流场中形成的漩涡多于单浇口;圆柱扰流条件下的充填方式会降低流体的晃动程度,提高充型的稳定性.     

水平管入口段内水煤浆流动特性数值模拟

以Eulerian多相流方法为基础建立了水煤浆流动的液固两相流体动力学模型,并对水平管入口段内水煤浆流动进行了模拟.模型采用颗粒动理学理论求解固相本构方程,采用RNGk-ε湍流混合模型描述颗粒间具有强烈作用的两相湍流流动.针对水煤浆中煤粉颗粒的双峰分布特性,将煤粉看作2种大小不同的固相,同时考虑固相与液相、固相与固相之间的动量交换.模型有效性通过Kaushal等试验结果和水煤浆的压降试验验证.通过模拟考察了入口段内速度及浓度分布过程和入口段长度的变化规律.结果表明:重力和颗粒间的相互作用对浓度和速度分布过程具有重要影响;固相体积分数在30%~49.5%范围内,入口段长度随浓度的增加而减小,随平均流速(0.2~5.0m/s)先增加后减小.     

切向狭槽布膜器液体流动特性的实验研究

降膜蒸发器蒸发性能的好坏取决于换热管内液膜的厚度及其稳定性.布膜器是决定液膜厚度和稳定性的关键部件.为了提高液体在切向狭槽布膜器中的布膜效果,建立切向狭槽布膜器液体流动的数学模型,对液体在布膜器中的流动进行分析,推导液体流动的轨迹方程.通过搭建降膜流动实验台,对实验轨迹和理论轨迹进行对比.实验结果表明:理论轨迹方程与实验轨迹基本吻合,添加修正系数之后,理论方程得到进一步完善.此理论方程可为切向狭槽布膜器的设计提供参考.     

三种空化模型下挤压油膜阻尼器空化流场特性对比

为准确预测挤压油膜阻尼器空化流场特性,基于ANSYS-Fluent软件建立非同心型挤压油膜阻尼器三维非定常空化流场求解模型.分别采用Zwart-Gerber-Belamri(Z-G-B)、Schnerr-Sauer(S-S)及Singhal三种空化模型计算得到挤压油膜阻尼器各测点的压力结果,并将其与实验数据进行对比,比较了三种空化模型下阻尼器内的油膜压力与气穴分布、流场中的气穴比以及油膜力特性.结果表明,三种空化模型中S-S模型的数值结果与试验数据最为吻合,适用于描述挤压油膜阻尼器空化流场特性,为挤压油膜阻尼器空化流场模拟提供了可靠的模型和方法.     

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