管道充水工况下气液两相流瞬态数值模拟研究

结合k - ε湍流模型,对三维管道充水过程的气液两相流进行了瞬态数值模拟.建立了管道充水过程液相体积分数与时间的数学模型,并对两相流在管道中的流动特性、能量损耗进行分析.模拟结果表明:充水过程中存在分层、段塞、气团、气泡流;气体在管道中以气团、气泡流流型向下游管网流动;气液两相流造成的能量损耗大于单相流,两相流能量消耗增大的原因是存在气液相间相互作用以及流体与管壁摩擦系数的增大;倾斜下降管道剖面水平方向轴向流速对称分布;垂直方向靠近管道顶部与底部分别出现气、液相轴向流速峰值,气液交界处轴向流速最低.     

气液两相流管道泄漏流场特性数值模拟分析

气液两相流管道声波泄漏检测技术在研究过程遇到流动参数无法准确测量难题,不能充分了解泄漏声源特性,阻碍了声波泄漏检测技术的发展.基于多相流体流动过程中声场和流场是密不可分的,且两者之间相互作用、相互影响.为补充实验研究和理论分析不足,利用ANSYS软件,建立了简化的管道泄漏几何模型,采用Fluent动网格技术和自定义函数...     

煤层气井筒气液两相流数值模拟

在煤层气井开采过程中由于井底积液的影响,会在管道中形成气液两相流动。用数值模拟方法研究含气率、进口压力、进口温度、压降等参数对气液两相流流态的影响。结果表明：进口压力和进口温度对气液两相流流态影响较小;含气率对两相流流态的影响很大,决定了气液两相的流态,当含气率小于0.2时,气液两相流呈现泡状流,当含气率在0.2～0.3时气液两相流流态呈现段塞流,当含气率在0.5～0.6时,气液两相流流态呈现搅动流,当含气率超过0.8时,气液两相流流态呈现环状流;压降对流体的影响较为复杂,随着压降增加,流态会缓慢发生变化,管内两相流中的气体膨胀,改变了截面含气率以及气液两相的表观速度,使两相流流态发生了转变;当压降超过一定值时,流态会从一种形态转变为另外一种形态。     

基于气液两相流数值模拟混合器优化设计

生物反应器结构优化是甲烷氧化菌的培养积累PHB的产量的影响因素之一,因为水平管式循环反应器在培养甲烷氧化菌,积累PHB方面的应用,所以优化设计水平管式循环生物反应器特别重要,优化设计结构参数主要基于气液两相流的传质理论.通过对生物反应器的水平段的数值模拟,优化设计生物反应器的管径,混合元件的进气口的距离、进相端的角度、细管管径的大小和长度、出口端的角度大小和混合元件的个数,促进气液传质,优化设计结果为生物反应器的管道为3 cm,进气口距离为5 cm、进相端的角度为90°、细管的管径为2 cm和长度为1 cm、出口端角度为7°以及混合元件的个数是5个.该优化设计结果为生物反应器的整体优化做铺垫,为甲烷氧化菌培养积累PHB产量工业化生产研究做铺垫.     

微重力条件下气／液两相流压降实验研究

利用俄罗斯IL-76失重飞机对微重力条件下方形截面管道内的水/气两相流压降进行了实验研究．利用本次微重力气／液两相流压降实验结果对一些目前常用的基于地面常重力实验结果的两相流压降预测模型(均相模型、Lockhart-Martinelli—Chisholm模型和Friedel模型)在微重力条件下的适用性进行了评估．比较发现,均相模型和Lockhart-Martinelli—Chisholm模型预测结果和实验数据差异很大;而Friedel模型的预测结果尽管也与实验数据有着明显的差别,但在这些模型中是误差最小的．因此,可以利用Friedel模型来对微重力气／液两相流压降进行初步预估,而新的、更精确的模型将依赖于更有物理意义的分析方法及不同重力条件下气／液两相流压降实验的结果．     

离心泵气液两相流数值模拟与可视化试验

为了研究离心泵输送气液两相介质时的内部流动规律,采用FLUENT软件对其内部流动进行了数值模拟,同时采用高速摄像机及普通相机对泵内气液两相流动进行了拍摄分析。研究了叶轮、蜗壳以及吸水管内的气液两相流动,分析了进口气相体积分率对泵内部流动与外特性的影响,揭示了离心泵内气相分布随进口气相体积分率的变化规律。研究结果表明:随着进口气相体积分率的增加,吸水管内的流型从塞状流变为分层流,叶轮内气泡从相对均匀分布到积聚成团最后堵塞流道。随着进口气相体积分率的增加、小流量工况(5、7 m~3/h)下,泵的流量不断减小,扬程急剧下降;在大流量工况(10、12、15 m~3/h)下,泵的流量先增大后减小,扬程缓慢减小。在半径为0.6倍叶轮半径附近,气相体积分率和气泡直径达到最大值。气泡直径随着进口气相体积分率的增加而增大,随着转速的增大而减小。研究结果对气液两相流泵的优化设计及高效运行具有参考价值。     

辐流式二沉池固液两相流数值模拟

二沉池两相模拟传统上采用标准k-ε（紊流动能-紊流动能耗散率）模型，导致结果失真．利用改进的RNG（重整化群）k-ε两方程紊流模型和简化的多相流Mixture（混合）模型，对辐流式二沉池内速度场和污泥质量浓度场进行了数值模拟．研究结果表明：沉淀池表面和底部存在着两个回流区，约占整个池体积的20％．池内存在着明显的泥水界面和压缩界面，泥水界面距离水面约1.2m，污泥层中相当大的部分是等质量浓度的成层沉淀区，污泥层底部是质量浓度较高的压缩区，高度小于0.1m．模型同实际结果符合较好．     

自吸泵自吸过程气液两相流数值模拟分析

自吸泵的自吸过程是一个很复杂的气液两相混合流动与分离过程。本文利用非稳态数值模拟方法模拟自吸泵自吸过程,初始条件为进水管及出水管含有部分空气,然后估算自吸时间。模拟结果表明:泵吸气和排气主要集中在自吸初期,期间叶轮入口和泵出口气含率最高分别可达62.4%和45.3%;叶轮入口气含率变化较泵出口气含率变化剧烈;此外,叶轮与导叶间隙对自吸性能有影响,间隙与自吸时间呈负相关变化,说明较大的间隙有利于泵的自吸。     

T型微通道内气液两相流数值模拟

采用相场方法,在湿壁面条件下对T型微通道内不可压缩气液两相流动进行了模拟研究.数值模拟中得到微通道内特有气泡——Taylor气泡形成的过程,发现其形成共经历了4个阶段,气泡在形成过程中主要受到挤压力、表面张力、黏性力的作用,分析各阶段这3种力对气泡的作用,得到Taylor气泡形成机理.计算结果表明,挤压力和表面张力在气泡整个形成过程都起作用,表面张力在气泡脱离前达到最小值,黏性力仅在气泡形成前两阶段起作用并在阻塞阶段取得最大值.这些基本规律为有效控制微通道内气泡尺寸和微通道系统设计提供了一定的依据.     

闭式循环振荡热管内气液两相流数值模拟

建立了考虑气液界面存在及其表面张力影响的较全面描述振荡热管内气液两相流动、传热传质和相变过程的气液两相流数理模型.模型中气液分布及界面运动采用VOF方法,表面张力影响采用CSF模型,对一典型闭式循环振荡热管起始工作阶段进行数值模拟.结果表明:所建立的模型成功模拟了振荡热管初始气液分布,启动阶段管内的泡状流、柱塞流、环状/半环状流和壁面回流等复杂气液流动流型和转变,以及起始循环阶段环状流和柱塞流在竖直管段内交替出现的现象.结果与相关定性实验观测非常一致,进而分析了启动阶段2个过渡管段内工质的流动及传热.分析表明在绝热段和冷凝段之间的过渡段,工质温度、压力和流型的变化明显,管内传热工况的转变主要发生在该区域内.     

并联管路气液两相流分流实验与数值模拟

为了研究气液两相流在并联立管中的分流状况,在实验室中建立了带有并联立管的气液两相流流动回路。建立了气液两相流分流数学模型,通过数值模拟方法对气液两相流分流进行研究。实验过程中发现了并联立管中三种不同的流动状态分别为弹状流-弹状流、搅混流-搅混流以及弹状流-搅混流。实验结果表明当并联立管中的流动状态为弹状流-弹状流时,两根立管中的压降相同,但是并联立管中的液塞排出并不具有同步性,可能产生偏流状况。在气液流速较高的搅混流-搅混流时两相流在并联立管中始终处于均匀分配状态。介于两者之间的弹状流-搅混流,并联立管中的压降产生较大的偏差,气液两相流流量更倾向于搅混流一侧流出,此时并联立管中产生严重的偏流状况。数值模拟过程中,通过对并联立管出口持液率进行监测,在较低的气液速下两相流并不能够均匀分配,但是在较高的气液速下,两相流始终处于均匀分配,可见所建立的数学模型具有良好的准确性。     

质子交换膜燃料电池三维气液两相流数值模拟

质子交换膜燃料电池液态水的生成和传输过程研究,是进行电池水管理的关键。该文基于多相混合流理论,建立了质子交换膜燃料电池三维气液两相流动与传热的数学模型。该模型不仅能模拟燃料电池内部反应气的流动、扩散和化学反应过程,还能模拟液态水的传输和相变过程。应用该模型模拟了电池内液态水的分布及其对燃料电池性能的影响,结果表明液态水主要分布在阴极侧,在大电流密度下,液态水阻碍了氧的扩散过程,导致电池性能下降。模拟结果与实验结果吻合较好。     

基于气体释放模型的气液两相流数值模拟

为了解决长距离管道过渡过程计算时,传统的计算模型不够精确,一般气液两相流模型计算过程复杂并且计算量大的问题,充分考虑介质中自由气体对流体瞬变过程的影响,通过建立气体释放模型,利用规定时间间隔的特征线法求解气液两相瞬变流,并与传统的单相瞬变流模型的计算结果进行比较。结果表明,气体释放模型与实验曲线更符合,能更真实地反映系统的水力特性。     

固-液两相流充填管道输送冲蚀磨损数值研究

 为探究充填管道在输送过程中的冲蚀磨损机理, 基于工程流体力学理论及颗粒输送力学模型, 引入离散颗粒轨道模型、塑性冲蚀磨损模型, 对某矿山复杂充填管路条件下浆体特性对管道冲蚀磨损影响进行研究。结果表明, 浆体流速、黏度以及颗粒尺寸对管道冲蚀磨损影响显著, 颗粒形状影响较弱。高流速下, 弯管磨损最为严重, 直管段磨损较轻且分布较为均匀, 流速降低, 主要磨损部位偏向弯管出口部位;弯管部位最大磨损值在15°~30°以及60°~75°之间;此外, 粒径较小时, 磨损严重程度随粒径增加而增大, 粒径达到600 μm 后, 最大磨损值随粒径增加呈现下降趋势。     

固液两相流管道输送实验数据

结合上海理工大学建成的固液两相流管道输送实验台,设计开发了一套实验数据自动采集系统.介绍了该系统的硬件组成及软件设计,并在实验中验证了该测试系统的准确性和可靠性.     

近海风力机的两相流数值模拟

以风力机常用翼型NRELS809为研究对象,建立了水平轴风力机的整体模型。根据海上风力机高湿度环境特点,采用空气和水蒸汽及空气和水的两相流模型模拟海上工况,对模型进行数值计算,得到叶片绕流的速度分布和压力分布,并对比了两相流和单相流的变化。结果表明：气流流过叶片后均存在速度亏损,并在1倍风轮半径后趋于稳定。风轮叶片在两相流工况下能得到较高的功率系数,对叶片的强度要求、材料要求较高。     

复杂血管内两相流数值模拟

为了更全面的了解复杂血管内部流动状况,采用液固两相流模型和脉动速度入口条件,对分叉弯曲复杂血管内部两相流动进行模拟分析。通过对其压力、速度、流线、壁面剪切应力、红细胞体积浓度分布等流动参数分析,发现在血管弯曲和分叉区域,血液流动复杂,容易产生低速回流区或二次回流,而且剪切应力较低,红细胞体积浓度较高。     

斜管沉淀池的两相流数值模拟

运用多相流Mixture模型和标准κ-ε模型,对不同配水区高度下斜管沉淀池的流场、悬浮物浓度场进行数值模拟计算,经过对结果分析最终得到:增大配水区高度有利于提高配水均匀性,从而提升悬浮物去除率。     

微重力下气液分离特性的数值模拟

微重力下离心式气液分离技术以分离环境不受重力条件的影响而广泛应用于航天器流体技术、环境控制与生命保障系统等领域.本文对微重力工况下离心式气液分离特性进行了数值模拟研究,通过正交实验法分析在转速、入口速度、含气量、黏度、温度综合作用时,各因素影响的主次关系.结果表明,转速、含气量、温度、黏度对分离效率的影响比较明显,且随转速、含气量、温度的增加,分离效率逐渐增加,而随黏度的增加分离效率逐渐降低,入口速度对分离效率的影响较小,这与美国地面实验的趋势大致相同,分离效率在92％～94％范围内.研究结果可为我国空间站环控生保技术采用蒸汽压缩蒸馏方法进行尿液分离的进一步研究提供基础数据.     

微重力条件下气固两相界面耦合燃的数值模拟

在建立气固两相界面耦合燃烧计算模型的基础上，对微重力条件下火焰在固相可燃物表面的蔓延过程进行了三维非稳态数值模拟，考虑气相燃烧过程的同时，对固相可燃材料也用有限差分法研究其内的传热和热解过程，给出体现两相耦合作用的相界面处理方法，还研究了强迫流动对微重力火蔓延的影响，为了分析对比，进行了正常重力条件下的计算，数值模拟得了重力燃烧的一些基本特点，结果令人满意。