锥形离心分离机中粒子运动的解与实验研究

作为固液及固气两相流中固体颗粒运动的基础性研究,以旋转锥形分离机为模型,水为介质,对不同尺寸的玻璃粒子在容器内的回转流场中的运动建立了动力学模型,并进行两相流在容器内实施连续流动过程中粒子运动全过程的数值解析与可视化实验.动力学模型中除考虑了传统的力外,还考虑了假想质量力、Basset力、Saffman扬力及压力梯度力等多种力的作用.计算中考虑了锥形容器锥角、流体垂直流速及不同粒子直径等参数.结果发现了容器高度、锥角、垂直水流速度、容器旋转速度以及粒子径与粒子分离时间的相互关系.计算结果得到可视化实验结果验证,并证明了其数学模型的正确性.     

气-液-固变相态复杂渗流微观实验研究

利用微观可视化渗流实验对凝析气藏衰竭开发过程的反凝析过程中气-液-固复杂流动的渗流规律进行研究,通过高温、高压条件仿真微观可视化模型模拟地层凝析气-液-固流动,直接观测凝析气、液、固(蜡)相的渗流特征和运移机理. 给出蜡沉积吸附和运移规律,孔隙介质中气- 液-固(蜡)流动规律,气、液、固(蜡)相变化和分布特征. 归纳凝析油流动方式为携带、贴壁爬行、界面流、脉冲流、段塞流、溪状流、连续流、小液滴随大液滴和液流汇聚的运移规律. 提出蜡沉积吸附在多孔介质表面. 一种从气相中析出,直接以片状吸附在多孔介质表面. 另一种是蜡在液相中以絮状物析出并影响液相流动. 固相蜡析出使孔隙结构发生变化,孔隙半径变小,出现气、液、固多相流动,流动阻力增大.     

汽-液-固循环流化床蒸发器浓缩大黄浸提液研究

讨论了三相循环流化床蒸发器浓缩中药大黄浸提液时的传热及防、除垢性能，给出了三相流流动沸腾传热系数准数经验关联式。同时对三相流的流动性能进行了研究。研究结果表明：汽-液-固三相循环流化床蒸发器在中药浸提液浓缩中具有一定的应用前景。     

气液固流化床气泡特性及气含率预测模型

气含率及气泡直径会直接影响流化床内的反应进程及传质效率，为更好地认识局部流动结构，径向气含率及气泡直径分布成为重点研究内容，特别是径向气含率预测模型的建立具有重要意义．已有平均气含率预测模型都有各自的适用范围，对不同实验体系的应用会表现出局限性．针对以上问题，本文结合电导探针测量法与流体仿真技术，以直径为100 mm和高度为1.5 m的气液固流化床为研究对象，系统地研究了在气相表观速度为0.014～0.283 m/s、液相表观速度为0.007～0.028 m/s、液相黏度为1～40 mPa·s、液相表面张力为0.053～0.072 N/m及固相体积分数为0～30%条件下径向气含率及气泡直径分布特征．结合本实验系统及相关研究数据，提出一种适用于气液固系统的平均气含率预测模型．基于此预测模型，进一步考虑气相表观速度及表面张力对径向气含率分布的影响，采用粒子群优化算法建立气液两相体系的径向气含率预测模型．结果表明：两相及三相体系平均气含率预测模型充分考虑了气液相表观速度、液相物性、固相物性及管径对平均气含率的影响，相比现有经典平均气含率预测模型，拓宽了适用范围并提高预测精度，其平均绝对百分比...     

气液固三相喷射环流生物反应器中液速研究及应用

开发了一种内热式换膜液体流动速率测量仪,该测量在单纯液相中的精度优于１．５％,同时克服了固体粒子及气泡对测量仪的干扰作用,可较好地用于气液固三相中的液速测量,对气液固三相喷射环流生物反应器中流体流动速率进行了测量,得到了不同操作压力、气体进料量、不同轴向位置的液体速率分布,利用该反应器进行了生物降解处理染料工业废不的应用研究 。     

蜡沉积凝析气-液-固变相态复杂渗流数学模型

含蜡凝析气藏开采过程中伴有凝析液、蜡析出呈气-液-固变相态多相复杂流动. 在渗流机理的实验研究基础上,对气-液-固复杂渗流的数学模型进行描述,以期揭示伴有蜡沉积的凝析气-液-固变相态复杂渗流规律. 根据相的变化受析蜡线、露点线的相态变化规律控制,分析相变特性会导致储层内油气饱和度的变化,揭示蜡沉积在多孔介质表面引起孔隙性质改变和气、液、固在储集层中的微观空间分布会影响凝析气的流动特征. 在蜡沉积变相态渗流实验和渗流数学模型的研究基础上,引入蜡沉积数学模型、考虑毛管力和表面张力的相对渗透率模型等,建立了相应的多孔介质中气-液-固变相态多相流-固耦合渗流数学模型. 数值模拟结果表明,蜡沉积可使部分区域孔隙减少,流动阻力增大. 不考虑蜡沉积会对产量预测明显偏大,蜡沉积可使产量下降. 该模型较好地反映了凝析气-液-固变相态复杂渗流的物理实质.     

块裂介质岩石流体力学研究新进展

概括地介绍了我们在块裂介质岩石流体力学方面近年来所作的研究工作,内容包括：（１）岩体裂缝二维,三维分布分形规律及分形仿真方法;（２）三维应力作用下,气体,液体,气液二相流体沿裂缝的渗流物性规律;（３）二维,三维块裂介质固液,固气耦合数学模型及其数值解法。（４）承压水上采煤的理论与实践。     

气—液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气-液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状，阐述了气-液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气-液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法，并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题，预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

固相浓度对含尘离心风机磨损规律的影响

利用气－固两相流动的“双相耦合”模型，视固相为具有稳定流体性质的“拟流体”，则气、固两相流场成为真实流体与拟流体两种组分迭置的混合场。考察了在固相为稀相条件下，不同粒子浓度对气流场的影响，并应用“单相耦合”模型，分别算出固粒运动轨迹，初步探明固相浓度对叶轮磨损规律的影响。     

基于两相流理论的冰颗粒驰豫过程和升浮初析

液固两相流是液相介质与固相介质的混合物,是固相颗粒悬浮在液相介质中的混合物或混合介质。河流冰塞常导致洪水灾害,河冰运动应属于固液两相流的范畴,依据多相流理论对河冰运动颗粒的驰豫过程和极限浮速等进行了尝试分析,所得结果不仅可作为进一步研究冰塞理论和相关数值模拟的基础,也可供物理模型研究和工程实际参考。     

分形结构中介质渗透性对扩散过程的影响

土壤孔隙由于其不均匀的结构特征使得介质在其中的运移规律与理想输运行为有较大的区别,如:输运行为不符合经典的菲克定律。为了研究介质在土壤等不均匀结构中的扩散行为,本文建立Sierpinski分形地毯模型模拟土壤结构的异质性,并通过投放大量粒子进行随机行走研究土壤中污染物等介质的扩散规律。 文中我们选用同一种Sierpinski分形地毯模型,并取相同的起始投放点位置,粒子数量以及运动步数,以不同规则下粒子的随机运动模拟为手段,刻画不同介质条件下溶质的运动规律。根据分形结构中位移与时间的二阶矩关系,通过模拟计算、对比两种情况下的Hurst值,得到Hurst值的影响因素,从而得到分形结构中粒子的扩散规律。     

防止氧化铝厂蒸发器结垢的新方法

为解决氧化铝厂蒸发器结垢的问题,提出了在蒸发液中添加固体粒子,使蒸发器加热管中形成气液固三相流化床．通过冷模试验,证明此法可以依靠气液混合物带动粒子沿管程上升构成循环,为蒸发器的在线除垢提供了一个新途径．此外,还研讨了气速、液速、溶液密度及粒子直径等参数之间的相互关系．     

气-液-固三相磨粒流旋流流场分析及加工实验研究

针对现有流体加工方法中加工效率低、易出现工件表面各区域加工纹理不均匀的问题,提出一种气-液-固三相磨粒流抛光加工新方法.基于Realizable k-ε湍流模型和Mixture模型,建立气-液-固三相磨粒流抛光加工数值模拟模型.数值模拟结果揭示了气-液-固三相磨粒流形成的高速湍流涡旋流场动力学特性,同时也发现了磨粒流流场中磨粒和微气泡的运动及分布规律,得到较优适用于气-液-固三相磨粒流抛光加工磨粒流入射角度设计参数,并设计出实验抛光工具.经过1h的实验加工后,与无微气泡条件的液固两相流抛光加工对比,气-液-固三相磨粒流抛光加工的工件表面相同区域的粗糙度值更低,纹理也更为均匀.上述研究结果表明:气-液-固三相磨粒流的流场特性提高了磨粒和微气泡运动的无序性及微气泡溃灭的概率,且磨粒流中的微气泡溃灭所释放的能量提高了磨粒的抛光加工效率.     

气 -液两相在多孔介质内同向向上流动的CFD研究

基于计算流体力学中欧拉模型,研究了气-液两相在球形多孔介质填充床内同向向上流动情况.分别采用Tung&Siefken模型、Schulenberg模型以及Attou模型通过用户自定义功能的形式添加气固、液固、气液间曳力程序对填充床流动情况进行CFD三维数值模拟.对其模拟结果与实测数据进行对比发现:Tung&Siefken的模型更适合模拟在常温常压下直径在2～8mm的球形多孔介质内气-液两相流流动,此模型CFD数值模拟的压降差、持液量结果均与实测数据吻合很好.     

表面自由能模型的改进及液滴浸润数值研究

通过优化极值点位置,对表面自由能模型进行了研究和改进,改进后的模型解决了原模型中表面粒子聚集和液滴形状畸变的问题.采用移动粒子半隐式法(MPS)结合改进后的表面自由能模型,对受表面张力作用的自由面运动问题进行了研究和分析.研究了包括气液、固液和不互溶液液界面在内的表面张力收缩和液滴浸润过程,并提取了接触角及浸润面积等特征量进行分析.数值计算结果与理论分析结果吻合较好,从结果中可以明显观察到固液浸润过程的3个发展阶段,浸润速度随时间递减且与浸润接触角成反比.研究结果验证了MPS方法结合改进后的表面自由能模型可以更加有效、准确地模拟多界面张力的作用.     

耗散粒子动力学在流动数值模拟中的应用

对耗散粒子动力学方法在流动问题中的应用进行了理论及数值研究，给出了耗散流体粒子运动的控制方程组、边界条件、数值方法及随机数据统计方法等．提出用固壁粒子层结合流体粒子反弹运动的方法来处理固壁边界有滑移流动边界条件，有效地消除了目前耗散粒子动力学及分子动力学模型在固壁附近的粒子密度波动问题．利用该方法编程计算了2类流动问题：方腔驱动流动与泊肃叶流动，计算结果与现有的理论及数值结果比较吻合，验证了所采用的数学模型、计算方法在流动数值模拟中的可行性及潜在优势．     

气液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状 ,阐述了气液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法 ,并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题 ,预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

自混式圆盘涡轮搅拌器的性能

提出了一类新型高效气液传质设备：自混式圆盘涡轮搅拌设备（ＳＤＴ），以提高气液反应设备的传质效果，降低剪切力，采用实验方法对其功率准数、通气前后功率的变化规律、气液传质性能进行了实验心合出气液传质系数方程。研究表明，该设备优于传统的搅拌器（ＤＴ），具有节省能耗，传质效率高的特点。     

磨机工作参数对磨矿效率的影响

为了研究磨矿过程中磨机工作参数对磨矿效率的影响,在实验室条件下,对萤石矿进行了单因素磨矿实验.利用实验中得到的筛上产品质量的多少,评估了磨机转速、磨矿时间、介质填充率及液固比这四种工作参数对磨矿效率的影响.实验结果表明,适宜的磨机转速、磨矿时间、填充率、液固比会产生最佳的磨矿效果,而磨矿时间与液固比对磨机的磨矿效率影响...     

气液联控伺服系统的工作性能分析及试验研究

为从根本上克服常规气压伺服系统的缺点，将液体介质引入到气压伺服系统中，并对气、液进行闭环控制，从而构成了一种气、液复合介质控制系统——气液联控伺服系统．系统应用高速开关阀，用脉宽调制(PWM)的方法进行控制．采用单神经元自适应控制器，根据所建立的状态方程进行了系统的控制仿真，并进行了典型信号的跟踪试验．仿真和试验结果表明，气液联控伺服系统的正弦信号跟踪能力、低速性能均高于常规气压伺服系统，系统可实现无超调定位，且具有较高的位置刚度和精度．