流场法探测堤坝渗漏数值模拟及分析

为深入研究拟流场基本特征和流场法探测原理,完善流场法探测堤坝渗漏入口技术,从建立拟流场数学模型入手,通过对有渗漏典型堤坝工程拟流场进行有限元法数值模拟计算,得到了拟流场电位、电场强度及电流密度等主要物理量分布的基本特征。拟流场中电极附近电位、电流密度及电场强度呈尖峰状密集分布,其他区域数据幅值很小,且均匀分布;渗漏通道入口将引起堤坝前局部水域拟流场电流密度和电场强度数值异常突变。模拟结果表明流场法可以探测出渗漏通道入口,探测设备需要具有较小分度值和较强的抗干扰能力。     

半封闭圆管湍流射流冲击平板的数值研究

采用标准κ-ε模型和壁面函数法,对冲击射流场的平均速度和湍动能分布进行了数值计算,将充分发展和均匀速度分布2种入口条件下的计算结果与文献中激光多普勒测速仪的测量结果进行了比较,结果表明：数值计算能够预测到湍动能分布的趋势,但对滞止点附近湍动能的预测值过高,高达实验值的5倍;在各向同性占优势的壁射流中,平均速度的分布与实验结果具有较好的一致性;射流入口条件对湍动能分布具有较大的影响;要提高冲击射流场总体的预测效果,需要针对滞止区和近壁区内的流动特性,对κ-ε模型进行修正,同时还应采用与实验尽可能一致的入口条件。     

入口位置对喷淋塔流场影响的数值模拟

利用FLUENT软件对三种不同入口位置的喷淋塔的内部两相流场进行了三维数值模拟.在计算中气相采用标准k-ε模型计算,SIMPLE算法.重点研究了不同入口位置的喷淋塔内的流场及压力的分布情况.计算结果表明,对同一喷淋塔,入口位置不同对塔内流场有很大的影响.此结果对喷淋塔的设计及其改进具有一定的参考价值.     

四支管钢板控冷结构喷嘴管出口流量均匀性

利用有限元耦合场数值模拟计算方法,对钢板控冷设备中四支管结构管路的流场进行了三维稳态数值模拟,分析了喷嘴管直径、喷嘴管高度、支管直径以及入口管进水流速等参数对各喷嘴管出口流量均匀性的影响. 模拟结果表明:喷嘴管直径、支管直径、入口管进水流速对各喷嘴管出口流量均匀性影响较大,而喷嘴管高度对各喷嘴管出口流量均匀性影响较小.     

前混合磨料水射流除鳞喷嘴混合腔内部流场

基于计算流体动力学多相流混合物模型,应用FLUENT软件对前混合磨料水射流除鳞喷嘴高压水与磨料混合腔内部流场进行数值模拟.比较了不同进料方式对流场均匀性的影响.分析了两侧为高压水入口条件下,磨料入口直径、高压水入口直径、高压水入口位置和角度以及收缩段锥角对流场混合均匀性的影响,得到了影响混合腔内部流场混合均匀性的合理结构参数.数值计算结果表明:入口速度一定的条件下,磨料中进式喷嘴混合腔的混合均匀性优于磨料侧进式喷嘴混合腔.随磨料入口和高压水入口直径增加,混合腔出口的射流速度均增加,但随高压水入口直径增加导致出口磨料浓度呈先增后减的趋势,磨料入口与高压水入口合理的质量流量比值约为3∶4,两侧高压水入口位置对流场混合均匀性影响较小,高压水入口角度和收缩段锥角均为30°时流场性能更佳.     

内锥型空心弹阻塞临界入口锥角仿真研究

为了研究内锥型空心弹的阻塞现象与入口锥角的关系,仿真研究了入口锥角对空心弹流场的影响。在喉道与入口截面积比为0.6的条件下,基于可压雷诺时均Navier-Stokes(RANS)方程与单方程Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型进行研究。对斜坡流场进行数值仿真,并与实验结果对比,验证了该文方法的可行性。采用该文方法模拟了入口锥角分别为10°和30°条件下,空心弹在来流马赫数为2.5时的流场,发现入口锥角是造成气流阻塞的重要影响因素。在来流马赫数为2.5时,利用穷举法计算了入口锥角为10°～30°的流场变化情况,得到空心弹发生阻塞的临界入口锥角为17.8°。计算了空心弹在来流马赫数为2～4时的临界入口锥角,结果表明临界入口锥角随来流马赫数的增大而增大。     

气流入口条件对低旋流燃烧火焰稳定性的影响

为了研究低旋流燃烧器在喷嘴出口气流平均速度为10.12~19.12m/s、入口温度为300~500K、入口压力为101.325~8×101.325kPa条件下的火焰稳定性,对当量比为0.7的甲烷空气预混气体进行了数值模拟,分析了低旋流燃烧器的流场结构及火焰特性,揭示了燃烧稳定的根本原因。结果表明:低旋流燃烧器流场结构受气流入口条件的影响较小,且能够保持自相似特性;轴向和径向速度延伸率以及虚拟原点的位置基本不受气流入口条件的影响;低旋流燃烧器流场随喷嘴出口气流平均速度、入口压力的增加,回火的可能性减小,随入口温度的提高,回火的可能性增大。综合而言,低旋流燃烧器能够在较宽气流入口条件下保持火焰锋面稳定,有利于燃烧器的稳定工作。     

非均匀格子Boltzmann方法模拟方柱绕流

应用非均匀格子Boltzmann方法对方柱绕流的三种情况进行详细数值模拟，在第1种情况中，方柱位于流场中央，模拟了卡门涡街现象，给出了斯特鲁哈数随雷诺数变化曲线；在第2种情况中，方柱位于流场壁面，分析了雷诺数对方柱后回流区的影响；在第3种情况中，两方柱并列在流场中央，考察了方柱间距对流场的影响。     

用差压新方法确定模型环道蜡沉积厚度

用于计算模型环道蜡沉积厚度的传统差压法未考虑测试段流场畸变对测试段压差的影响。利用Fluent软件对测试段的流场和温度场进行了数值模拟 ,考虑到近壁处油温的下降及管内流场的畸变 ,给出了确定蜡沉积厚度的差压新方法。模拟结果表明 ,在测试段管外冷却水的作用下 ,近壁处油温低于管中心附近的油温 ;冷却水与管壁的换热热阻及钢管管壁的导热热阻的存在使贴壁处油温与冷却水的温度有差异 ,离测试段入口越远 ,它们之间的差值越小 ,管内速度分布发生畸变 (近壁处流速减小 ,管中心附近流速增大 ) ,管段压差增大。流场畸变造成管段压降增加近 10 %。     

用差压新方法确定模型环道蜡沉积厚度

用于计算模型环道蜡沉积厚度的传统差压法未考虑测试段流场畸变对测试段压差的影响。利用Fluent软件对测试段的流场和温度场进行了数值模拟，考虑到近壁处油温的下降及管内流场的畸变，给出了确定蜡沉积厚度的差压新方法。模拟结果表明，在测试段管外冷却水的作用下，近壁处油温低于管中心附近的油温；冷却水与管壁的换热热阻及钢管管壁的导热热阻的存在使贴壁处油温与冷却水的温度有差异，离测试段入口越远，它们之间的差值越小，管内速度分布发生畸变(近壁处流速减小，管中心附近流速增大)，管段压差增大。流场畸变造成管段压降增加近10％。     

密度分层流中的浮射流模拟

以垂向密度变化的环境流体为背景,采用k ε紊流模型,建立了垂向二维浮射流的数值模型.模型的求解采用有限体积法和SIMPLE算法.针对密度分层流中的浮射流实验,对垂向密度呈线性变化的垂直浮力射流进行了数值模拟,得到射流的密度场、射流轨迹、稀释度和射流宽度等的分布规律.通过数值模拟和实验结果的对比分析表明,两者吻合较好,所建立的垂向二维浮射流紊流模型能够比较精确的模拟分层环境中浮射流的水流状况和射流进入环境流体的混合状况.     

轴向流吸附器内部流场特性

以轴向流吸附器内部流场为研究对象,采用CFD软件对其内部气体流动特性进行数值模拟.比较轴向流吸附器内无气体分布器、仅加装单一多孔板气体分布器、加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合等3种方式对吸附器内部流场均匀分布的影响.未加装气体分布器的轴向流吸附器内部气流分布严重不均;仅加装单一多孔板气体分布器的轴向流吸附器内部流场的气体流动稍有改善,但气流分布仍不均匀;加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合的方式,吸附器内部流场的气体流动得到明显改善.多孔板气体分布器与单级挡板组合使用时,保持气体分布器开孔率不变,开孔孔径为0.003 m时气流分布最为均匀,效果最好;保持开孔孔径不变,气体分布器的开孔率为0.388时气流分布最为均匀.     

物质流、能量流与信息流协同的探讨及应用

根据反映生产设备与环节特性的数学模型及能量与生产管理信息系统，对物质流、能量流与信息流的协同进行了探讨，并针对一个一般的工业企业建立了其数学模型。通过实际系统与仿真系统结合形成闭环的信息结构，在每个时间周期根据该时刻的信息流（已知的与预测的）对物质流、能量流进行最优协调，该方法能有助于企业合理使用能量与最优安排生产。     

大系统中物质流、能量流与信息流的基本特征

把大系统中物质、能量和信息的流动综合起来考虑,引入势和阻的概念来分析大系统中物质流、能量流和信息流在流动过程中的基本特征,并从协同学和熵的角度给出了物质流、能量流和信息流子系统的协同结构,使各个子系统相互协调、配合、制约、促进,从而形成3个子系统在时间尺度和空间尺度上的有序结构,最终使得由其组成的大系统达到全局最优,对大系统的综合优化、节能减排、降低物流成本、提高用能效率有指导意义.     

油水气三相流的流型及泡状流向弹状流的转变

油水气多相混输是海上油气田开发中赖以取得重大经济效益的技术,其流动特性的准确计算是管线设计及安全、经济运行的重要依据.首先,通过实验确定出了油水两相混合物由油包水(W/O)向水包油型(O/W)的转变发生在含水率约为0.45时.垂直下降管内油水气三相流的流型基本上可以划分为油包水和水包油型的泡状流、弹状流及环状流.通过对垂直下降管内气泡碰撞、合并机理的分析建立了油水气三相流动过程中泡状流与弹状流间的转变界限的计算式,该转变发生的临界截面含气率约为0.35,计算结果与实验值的平均误差为11%.泡状流向弹状流的转变主要取决于折算气速和折算液速的大小,含水率对转变界限的影响较弱.     

Two-phase flow patterns for flow condensation in small-diameter tubes

Two-phase flow patterns have been observed visually to investigate the effects of tube diameter, mass flux and tube inclination on flow condensation in small-diameter tubes. For horizontal or inclined small-diameter tubes, gravity-domination is decreased by shear stress and surface tension on phase change interface, which weakens the stratification of condensate and vapor flow due to the action of gravity perpendicular to flow direction. As decreasing the tube diameter from 5. 79 mm to 2.18 mm. the annular or sub-annular flows become prevailing in flow regime map. The existing flow regime maps for macro scale cannot predict the experimental data in the present study.     

流场数值计算的等效势流法

在流场的数值计算中,根据势流理论,引入平均水力损失,提出了一个整个流场有旋而局部流场有势的等级势流的概念,不仅在理论上进行了分析和推导,还对某一溢流流场进行了数值计算,并与实验测试的结果进行了比较,从而给出了一个计算简便、计算结果与实际情况更加吻合的流场数值计算方法。     

分隔板结构对挤出流动影响的数值分析

采用有限元数值分析方法,分析了分隔板结构对挤出流动平衡性的影响,指出其调节流动均匀性的效果是非常明显的,对于型材截面上相邻区域壁厚相差悬殊的情况,采用分隔板结构是减小横向流动、提高挤出流动均匀性的最有效措施之一.针对分隔板有限元建模困难问题,提出了用边界约束条件替代模具结构几何特征的方法,其分析结果和采用真实分隔板结构时的分析结果基本一致,说明所采用的处理方法是合理的、有效的,能够大大降低有限元建模的困难性,提高分析效率和速度.     

两相流振荡流动特性的可视化实验研究

为了解决活塞内冷油腔中气液两相流的振荡传热问题,设计并搭建了由柴油机改装的往复振荡实验装置,利用高速摄像技术对内冷油腔实验件中气液两相流的振荡流动过程进行了可视化观测实验,分析在不同转速和液体填充率下实验件中气液两相流在起振阶段和充分振荡阶段的振荡流动形态。结果表明：在起振阶段,气液两相的分界面明显,没有强烈的湍流混合运动,在充分振荡阶段,液体的运动规律及流动形态呈周期性变化;转速主要影响气液两相流的湍流强度,填充率主要影响气液两相流的流动形态。研究结果揭示了内冷油腔中气液两相流的振荡流动规律,可为高强化活塞的结构优化设计提供参考。     

自然循环静态流量漂移诱发动态流量振荡研究

为探讨两相流及流动稳定性理论及工程问题,通过实验研究描述了自然循环静态流量漂移及静态流量漂移过程中出现的动态流量振荡现象;研究了在自然循环系统中流量发生漂移时系统循环流量,加热段进出口温度的变化规律。结果表明欠热沸腾所引起的流动阻力变化是导致静态流量漂移的主要原因;在发生静态流量漂移时系统循环流量下降,进口温度下降及出口温度上升;随着静态流量漂移的发展,欠热沸腾逐渐强烈,伴随着静态流量漂移系统内同时发生具有密度波及喷泉不稳定特点的动态流量振荡。在对现象描述的基础上,阐述了静态及动态流量不稳定发生的机理。研究结果证明在自然循环中静态流量漂移将会诱发动态流量振荡。