运用κ-ε模型模拟计算膜管内的二维湍流流动

运用κ-ε模型成功地建立了适用于微滤、超滤管式膜湍流流动的数学模型。对所建数学模型进行离散化处理，壁面条件采用了壁面函数法，在此基础上编制了模拟计算程序。用该模型模拟计算了不同渗透通量下管内二维速度分布和压强分布，模型的可行性和可靠性获得了验证。模型的建立为模拟计算膜管内的传质分离过程和预测通量奠定了基础。     

陶瓷膜孔径参数对渗透性能的影响(Ⅰ)不同颗粒平均粒径下的模拟计算

初步建立了颗粒体系微滤过程中的膜微观结构与性能关系模型,对陶瓷膜孔径对膜通量的影响进行模拟计算.结果表明,对于颗粒悬浮体系的分离,存在最优膜孔径使膜通量最大,研究工作有助于深入理解膜微观结构对宏观性能的影响.     

真空膜蒸馏NaCl水溶液脱盐过程模拟研究

在尘气模型的基础上建立了真空膜蒸馏NaCl水溶液过程的传质传热机理模型,并用膜孔径分布函数代替膜平均孔径值,首次实现了孔径分布与膜蒸馏机理模型的有效结合.与平均孔径模型相比,随温度变化的通量模拟结果与实验数据吻合良好,证明了所建模型的实用性.在此基础上,探讨了操作条件和孔径分布函数的主要参数对蒸馏过程的影响.模拟结果表明,通量随进料温度和流量的增加而增大,随料液中NaCl浓度的增大而减小;膜的平均孔径越大,通量越大;在平均孔径相同的情况下,膜孔分布越密集,通量越小.     

规整填料绝热吸收器传热传质特性模拟算法

建立降膜绝热吸收传热传质过程数学模型,通过Nusselt模型对数学模型简化获得液膜流动速度方程,利用有限差分法对数学模型进行离散化处理,采用TDMA算法进行算法设计,程序迭代算法采用二分法.数值计算喷淋溶液温度、初始浓度、流量和吸收压力对传质系数影响,模拟计算规整填料绝热吸收器内溶液温度和浓度分布规律,并利用实验数据验证模型合理性.该数学模型为规整填料绝热吸收器优化设计提供理论基础.     

气泡碰壁反弹的动力学模型研究

为了解气泡与壁面相互作用的物理机制和详细动力学过程,对气泡与壁面碰撞反弹的动力学过程进行了分析,综述了理论模型的发展过程,并采用所建立的理论模型进行数值求解.当毫米级气泡以一定速度垂直撞击壁面时,气泡与壁面之间存在一层液膜,该液膜呈现多种形状.气泡的变形会改变薄膜内压强的分布,形成薄膜排水过程.气泡在与壁面作用的过程中会反弹多次直至动能被完全消耗.在建立的动力学模型中,液膜厚度分布由Stokes-Reynolds方程描述,液膜内压强由Young-Laplace方程求得,在气泡的轨迹模型中引入了由液膜内压强引起的壁面诱导力.结果表明:描述液膜厚度及膜内压强的SRYL模型能够捕捉薄膜变化的动力学行为,基于薄膜润滑近似的壁面诱导力模型可以较好地预测气泡多次反弹的运动轨迹,壁面诱导力在气泡撞击壁面的过程中对气泡运动起主导作用;随着气泡尺寸和雷诺数的增大,气泡的反弹次数会逐渐增加,气泡是否反弹以及反弹次数与雷诺数有着直接的关系.      

醇水体系渗透汽比膜分离过程的溶解-扩散模型

采用溶解－扩散模型，对三醋酸纤维素膜用于乙醇－水休系渗透汽化分离过程进行数学模拟，计算膜的渗透通量和分离因子，计算结果与实测值基本相符。通过模拟计算求出了组分在膜内浓度分布，表明膜近真空侧存在一很薄的“干膜区”。     

SMBR工艺中膜生物污染的数学模拟

一体化膜生物反应器（SMBR）工艺中,膜生物污染是引起膜通量下降的主要原因,也是制约该工艺产业化的瓶颈因素.采用有效系数法对膜生物污染数学模型的微分方程式进行求解,建立了膜生物污染数学模型.验证结果证明,选用的膜生物污染数学模型能正确模拟中空纤维膜的生物污染过程.     

步进式加热炉内流动与传热过程的数值模拟

建立了步进式加热炉内流动、燃烧和传热的数学模型.湍流模型采用κ-ε双方程模型,辐射换热计算采用六通量法,气相燃烧采用修正EBU模型,流场计算采用Simpler算法.采用上述模型与算法得到了炉内详细合理的温度、速度和浓度分布.     

Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动的数值模拟

应用Eulerian-Lagrangian方法对国内某工厂实际运行的Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动进行了模拟.采用Realizable k-ε模型计算炉内复杂气体湍流运动,应用颗粒轨道模型追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动轨迹.通过数值计算取得了炉内气相速度矢量、颗粒运动轨迹、颗粒碰撞壁面并沉积于壁面的沉积通量和颗粒在炉内的停留时间分布.揭示了该气化炉的气固两相流动特性,并分析了运行工况对壁面沉积通量分布的影响规律.结果表明:气化炉内的气体流场存在回流,回流延长了颗粒在气化炉内的停留时间,颗粒沉积通量最大的位置为筒体段下部和锥体段上部; 绝大部分颗粒在气化炉内的停留时间在5 s以内,气体流量降低时颗粒在炉内的停留时间减少.     

太阳能膜蒸馏实验与数学建模

为以太阳能作为膜蒸馏驱动能源,在不同热工质温度与流量下进行气隙式膜蒸馏实验,建立膜蒸馏传热、传质过程的数学模型,并对该数学模型求解以验证其计算结果的正确性,计算了太阳能膜蒸馏系统的热效率.结果表明,该数学模型是可靠的,可以预测不同工况下膜蒸馏通量;热工质温度较高和流量较大时,膜蒸馏系统具有较高的热效率.     

壁面辐射对耦合传热系统的影响

本文研究了有壁面辐射时竖平板两侧膜状凝结与自然对流的耦合传热问题.文中通过壁面的耦合条件得到一组确定壁面温度分布及液膜厚度的常微分方程,并在很宽的参数范围内计算了壁面温度分布,液膜厚度,液膜及自然对流边界层内的速度及温度分布,以及壁面的温度梯度.     

大豆乳清超滤中膜通量衰减的模拟研究

根据膜通量衰减的过程曲线,把超滤膜通量的衰减过程分为2个阶段,分别对应于快速衰减期、缓慢衰减期,建立了膜通量J随处理时间t变化的半经验模型,采用该半经验模型,很好地拟合了大豆乳清液超滤过程中膜通量衰减的过程,分析了超滤膜材料、膜截留分子质量(MWCO)以及切向于膜面的水流速度等条件下膜通量衰减的影响因素,结果表明对每一个通量衰减阶段,造成膜通量衰减的原因均不是某一种因素的单独作用,阶段1内膜通量衰减的原因不仅仅是吸附污染,还涉及浓差极化和膜孔堵塞作用,阶段2内膜通量衰减的原因受膜材料、膜MWCO和进水流速等多种因素的影响而各不相同.     

基于GIS的农业地下潜水资源利用的数学建模

针对松辽平原区域具有的典型水文地质结构,建立了数学计算模型.根据数学模型的模拟计算,给出了各取水点涌水量的信息,测算出了潜水资源的分布,为探索稳定性较强的沉积平原地区的水资源利用,做了有益的尝试.     

高雷诺数湍流的熵格子玻尔兹曼方法大涡模拟计算

为了开发基于熵格子玻尔兹曼方法的通用计算流体动力学求解器,建立了熵格子玻尔兹曼方法的大涡模拟标准Smagorinsky亚格子尺度湍流模型的计算模型,探究了其进行高雷诺数湍流模拟的有效性,并且尝试展开了基于熵格子玻尔兹曼方法大涡模拟亚格子尺度模型的近壁面研究.得到结论:熵格子玻尔兹曼方法的大涡模拟能够有效进行高雷诺数湍流的数值模拟计算;近壁面处理的Catalano方法对壁面处流场速度的计算结果优于Van Driest方法,而Van Driest方法的优越性表现为模拟计算方法的一致性.     

竖直螺旋槽管强化传热传质特性的研究——壁面几何形状对液膜流动特性的影响

该文研究竖直螺旋槽管壁面液膜形成及流动特性，建立了单组分流体的物理和数学模型并得出解析解，并分析了壁面几何形状对液膜流动特性的影响。结果表明：液膜的形状主要受表面张力影响，在表面内弯处液膜较厚，而在槽道起始部液膜较薄，相对于光滑直管、竖直螺旋槽管壁面液膜具有均匀的厚度分布和更好的传热传质性质。     

广义Maxwell速度滑移边界模型

针对存在挤压速度情形的近连续滑移流区微轴承内气体流动,基于气固界面Knudsen层内动量和能量通量的守恒,利用Grad13矩近似的速度分布函数,详细推导广义Maxwell速度滑移边界模型,给出了其与典型Maxwell速度滑移边界的差别.研究表明在不考虑壁面温度梯度和挤压速度影响时,所得到的广义Maxwell速度滑移边界模型与典型Maxwell速度滑移模型是一致的;通过在微尺度气体轴承流动控制方程应用,获得一套适于气体轴承内流动气固表面速度滑移边界数学模型.     

多喷嘴对置式煤气化炉内气固两相流动及壁面沉积

对我国具有自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化炉内的气固两相流进行了数值模拟分析.在合理简化和假设基础上建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内气固两相流动模型,采用Realizable k-ε模型描述炉内复杂气相湍流运动,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动.通过数值计算获得了炉内气固两相的速度矢量、颗粒分布、颗粒运动轨迹,以及颗粒碰撞并沉积于壁面的通量分布.揭示了该型气流床煤气化炉内气固两相流动特征,并分析了入口速度和炉体上部高度对气固两相流动和颗粒在壁面沉积的影响规律.结果表明:对撞流显著增强炉内气固流动湍动,强化气固相互作用,并使煤粉颗粒在炉内有效分散,有利于化学反应高效进行;在喷嘴入口及顶部的壁面处颗粒沉积率较大.     

燃气轮机火焰筒肋化壁面逆流气膜冷却的数值模拟

针对燃气轮机火焰筒肋化壁面逆流气膜冷却的问题,建立了火焰筒内壁面冷却传热的流固耦合数学模型.考虑湍流切应力的传播,近壁利用k-ω模型的鲁棒性,捕捉黏性底层的流动.主流区域利用k-ε模型避免k-ω模型对入口湍流参数过于敏感的劣势.SST k-ω模型是用混合函数将k-ω模型和k-ε模型结合互补所取得的更适合本问题的湍流模型.数值分析结果清晰展示了计算域流体的流场、温度场及火焰筒肋化壁面的温度场分布,并与文献中的实验结果符合良好.     

改进的酸压裂缝温度场模型及应用

高黏度酸液体系的广泛应用,对传统温度场模型提出挑战.作者的研究考虑了反应热对裂缝温度场分布的影响,将酸岩反应释放的热量添加到裂缝壁面能量方程中,并结合连续性方程、缝中流体能量守恒方程、裂缝壁面能量方程耦合求解,编制了相应的计算机程序,利用靖边气田交联酸携砂酸压施工井进行模拟计算,验证了模型收敛、合理.模型模拟成果更为接...     

长江口南支三维水动力及污染物输送数值模拟

以POM(princetonoceanmodel)模型为基础 ,建立了长江口南支三维水流及污染物质输运数学模型 ,模拟了长江口南支三维流场分布 ,并以上海西区某一排污口为例 ,对产生的污染带进行了数值模拟计算 .该成果对今后河口地区水污染控制具有指导意义