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.     

独头巷道内瓦斯运移规律数值模拟

独头巷道内瓦斯异常出是引起煤矿井下瓦斯爆炸事故的主要原因之一.采用计算流体力学软件对独头端异常涌出后瓦斯在巷道中时空分布规律进行数值模拟研究.独头端的涌出速度采用幂函数的变化规律进行模拟.模拟过程监测了不同时刻巷道中心线瓦斯浓度分布情况以及巷道不同断面瓦斯浓度分布等值线图.模拟结果表明,巷道上部分瓦斯浓度比下部分瓦斯浓度大,瓦斯浓度沿巷道分为3个部分:先降低,后升高,然后又降低.涌出后一段时间瓦斯浓度降低部分非常短,整个瓦斯浓度是升高部分,且沿巷道长度方向基本呈直线升高.该研究对矿井瓦斯爆炸事故调查、通风风量调节、灾害预警以及应急救援具有一定的意义.     

软岩巷道变形特征与分区域分阶段控制技术数值模拟研究

以某矿南翼回风大巷为例,分析了软岩巷道变形破坏原因,并结合数值模拟软件FLAC4.0分析了该巷道围岩变形发展规律:肩角较顶板、两帮和底板变形破坏的区域更大,并且随时间推移巷道浅部围岩的变形不断增大,即空间上的非均匀性以及时间上的持久延续性.针对软岩巷道的变形特性,提出了分区域分阶段动态控制技术,包括:锚网喷支护、注浆加固以及重点部位加强支护.现场的工业性实验观测结果表明,该巷道围岩变形逐步趋于稳定,变形量得到了有效控制,可以满足使用的要求.     

微小矩形通道内气体充分发展层流流动的数值模拟

基于贴壁层概念和已经求得的贴壁层内气体粘性系数变化规律 ,建立了数理模型 ,求解了矩形微小通道内气体流速分布完全发展的层流流动 ,得到了不同截面高宽比 ξ和不同 Knudsen数下的量纲一速度分布和流动阻力因数 ,并对结果进行了分析 ,为进一步研究不可压气流在微小矩形道内的层流换热提供了分析基础     

掺氢对二甲醚预混层流燃烧特性的影响

利用定容燃烧弹试验和化学反应动力学数值模拟相结合的方法,研究了不同氢气掺混比下的二甲醚-氢气-空气预混层流火焰特性,分析了氢气掺混量(掺氢比)对二甲醚预混层流燃烧速度、绝热火焰温度以及火焰中主要活化自由基的影响。试验结果显示:随掺氢比的增大,混合气体的层流燃烧速度、绝热火焰温度逐渐增大,且在掺氢比小于80%时增大幅度较小,在掺氢比大于80%时,增大幅度较大;掺氢比较小时,混合燃料燃烧初期,火焰中会有一定量的氢气生成,说明混合燃料燃烧过程中,二甲醚会被优先氧化分解,在掺氢比较小的混合燃料燃烧过程中二甲醚的氧化分解占主导地位;随掺氢比的增大,火焰中自由基的浓度逐渐增大,大掺氢比时H自由基浓度增大幅度更为明显,H自由基浓度随掺氢比增大的剧增导致层流燃烧速度的剧增。     

水流密度对CSP层流冷却影响的研究

研究了CSP层流冷却过程中的传热情况,建立了传热过程的二维非稳态数学模型.通过对冷却过程中轧件在各冷却区的换热边界条件的研究,确定了轧件在各冷却区的换热系数模型,计算出轧件在层流冷却过程中温度变化和温度场分布.最后分析研究了水流密度对于CSP层流冷却的影响.     

掘进巷道油型气扩散规律数值模拟

根据掘进巷道风流流场特点,应用计算流体力学(CFD)软件ANSYS的Realizable k-ε双方程模型模拟了掘进工作面的油型气与风流质量混合过程。探讨了掘进工作面风流流场和油型气的主要成分CH4浓度分布规律,对比了油型气在掘进巷道底板不同位置涌出的扩散规律。研究表明,涌出点在涡流内部区域时,油型气与巷道风流混合得更充分;涌出点距掘进头一定距离之后,油型气涌出后随风流方向运动,且巷道顶部浓度较高;涌出源为垂直于掘进方向的裂隙时,油型气扩散后CH4浓度在高度上的浓度差较小,裂隙平行于掘进方向时,高度上的浓度差较大。     

边界条件对SK型静态混合器层流流场的影响

以SK型静态混合器为研究对象,针对入口流速按平均速度均匀分布和按实际速度抛物线分布两种边界条件,运用流体力学计算软件对层流状态下管内速度分布进行对比研究。计算结果表明,两种不同边界条件对混合器入口半个混合元件内的流体速度分布有较大影响,最大相对偏差可达67.7%,而对半个混合元件以后的流体速度分布影响不大,最大相对偏差仅为7.37%,对径向速度影响要大于轴向速度和切向速度。     

密闭巷道内瓦斯爆炸超压场的数值模拟研究

应用计算流体动力学软件AutoreaGas定量研究了截面为3 m×3 m、长25 m的一段密闭巷道中瓦斯爆炸超压场. 通过数值模拟手段分析了障碍物的形状和大小对密闭巷道中瓦斯爆炸超压的影响,确定了形成最大爆炸超压时巷道内的最佳阻塞比,并在最佳阻塞比的障碍物填装条件下,研究了不同瓦斯浓度对爆炸超压的影响. 结果表明,瓦斯空气混合物爆炸超压随着阻塞比的增大呈现先增大后减小的趋势,在7.5%、8.5%、9.5%、10.5%、11.5% 5种瓦斯浓度下,爆炸超压随着浓度的增大呈现先增大后减小的趋势,当阻塞比为26.6%时,爆炸超压在9.5%时达到峰值.     

圆管突扩层流流动计算

对轴对称圆管突扩层流流动进行了系统的数值模拟研究,关联出了精确的关于回流长度和回汉强度的计算式,给出了最大回流速度、流动再发展长度的计算式,并指出流动的再发展长度与突扩经无关,而与雷诺数呈线性增长关系,提出了分流线和零轴向速度线的概念,并从物理意义上给予解释,分析了它们与雷诺数和突扩比的关系,研究表明,当以对应的回汉区长度作为轴向距离的长度度量单位时,轴线速度衰减规律与来流雷诺数无关。     

高瓦斯隧道施工通风处理数值模拟分析

采用计算流体动力学软件(简称CFD软件)对紫坪铺高瓦斯隧道施工通风处理效果进行模拟,从瓦斯浓度降低方面来看,1m/s风速能满足通风要求,0.5m/s风速基本能满足通风要求,0.2m/s风速不能满足通风要求。通过现场风速与瓦斯浓度的监测,在掌子面风速为0.5～0.6m/s时,隧道内瓦斯浓度在允许浓度范围之内。数值模拟方法与实际情况相符。     

隧道峒口废气对流扩散的数值研究

采用三维数值模拟的方法,对隧道峒口废气的扩散情况进行了预测和分析,揭示了在不同风速和风向条件下,峒口废气的扩散特征．计算结果表明,风速越高,废气离开峒口后,浓度衰减得越快;而横向风则会导致隧道两侧很大区域内的污染物浓度超标。因此,应采取有效措施,控制隧道峒口污染物的扩散。     

基于Hock-Brown准则的层状岩体隧道开挖响应分析

利用Hoek-Brown准则描述岩体的强度特征,并建立相应隧道开挖的数值计算模型,分析不同侧压系数时层状岩体的变形破坏特征.研究结果表明,隧道边墙水平位移随侧压系数K的增大而增大,但当K为2.0-2.5时,位移随侧压系数的变化幅度逐渐减小;顺层岩体一侧的水平位移大于逆层一侧的水平位移;当侧压系数较小时,顶板沉降量大于底板回弹量,当侧压系数较大时,二者之间的差别较小;隧道围岩的破坏形式包括剪切破坏和拉伸破坏,当侧压系数较小时,破坏区域较小,主要位于隧道的左上部;随着侧压系数的增大,围岩的破坏区域逐渐增大,但主要部位仍位于隧道的左上部,而右上部的破坏区域较小.     

注浆加固对顺层边坡力学特征的影响

利用FLAC3D数值计算软件建立顺层边坡的计算模型,分析注浆加固前后岩土体应力、变形响应.研究结果表明:当坡体结构面注浆后,边坡中的位移和应力云图变得较均匀,在边坡中无明显的位移或者应力突变现象,有利于边坡的稳定,但是,由于注浆加固区域的有限性,导致边坡的整体位移仍较大；计算观察点动态位移能够表征注浆加固前后边坡各部位在开挖过程中的变形响应,以及潜在滑移面剪出口位置；通过注浆加固后,边坡的拉剪塑性区明显减少,注浆能够较好改善岩体自身性能,提高其承担拉伸和剪切应力的能力.     

稳定温度分层流的数值模拟与实验研究

温度分层流是一种常见的自然现象,准确模拟海洋环境中的稳定温度分层流动具有重要的理论和实际应用价值。建立了描述温度分层流运动的质量、动量和能量守恒方程,采用改进型的k-ε湍流模型模拟分层流运动的流动与传热强耦合过程。运用有限体积法,使用滑移壁面、给定壁面温度函数与来流温度函数相结合的方法,对现有温度分层模拟方法进行了改进,实现了垂直方向上任意温度曲线的分层流温度场的稳定数值模拟。采用辐射加热灯加热水槽流体表面,形成了流体的温度分层。通过与分层流水槽模型试验的对比,证明了该方法的可行性与准确性。     

巷道风流中瓦斯逆流现象的数值模拟

根据计算流体动力学理论,研究巷道在不同风速、不同倾角下的瓦斯逆流现象;分析巷道风流中瓦斯逆流区的长度、浓度分布以及瓦斯层厚度的变化;得出倾斜巷道中瓦斯逆流的一般规律.结果表明:在下行通风风速较小的情况下,当瓦斯从顶板涌出时,巷道中将出现明显的瓦斯逆流现象;在发生瓦斯逆流时,风速越高,瓦斯逆流的区域越小,瓦斯层的厚度越薄、长度越短;下行通风有利于空气和瓦斯的混合,且倾角越大,瓦斯与空气混合的能力越强,顶板逆流瓦斯层的范围越小.     

风力机扩散放大器的数值分析与风洞实验研究

用CFD技术并使用FLUENT软件，采用二维模型对无叶轮风力机扩散器内部压力场、速度场进行数值模拟和风洞实验．计算不同风速时的渐扩直壁型、渐缩渐扩直壁型、渐缩渐扩前后流线型共3个类型11种不同形式的扩散器动力放大的流量比增益特性，最小截面处流量增加比率；比较不同形状、不同参数扩散器动力放大特性．数值模拟的壁面函数，对应不同风速下用增强壁面处理后的流量比与应用标准壁面函数时的流量比普遍下降，且更接近于实验值．在风洞试验中，测试了渐扩直壁型、渐扩弧线型、渐缩渐扩直壁型、渐缩渐扩弧线型4个不同类型的扩散器．研究表明，数值模拟和测试结果误差为10％左右，说明数值模拟有着较好的可靠性和实用性；扩散放大器在最小截面处的流量比率增益68％，研究结果为有叶轮情况下风力机带扩散放大器的优化设计提供了重要的参考和分析预报．     

Stability of stratified flow and slugging in horizontal gas-liquid flow

A transient one-dimensional two-fluid model is proposed to investigate numerically the interfacial instability and the onset of slugging for liquid-gas flow in a horizontal duct. In the present model, the effects of surface tension and transverse variations in dynamic pressure are taken into account. The evolution of interfacial disturbances is displayed and compared with the linear viscous Kelvin-Helmholtz stability analyses. It shows that interfacial wave is more instable due to the non-linear effect. The model predicts well the stability limit of stratified flow in comparison with the experimental data, and also automatically tracks the onset of slugging. The results show that the initiation of hydrodynamic slugging is related to local interfacial instability. Based on the cycle of slugging, a model for slug frequency is presented, which predicts the trends of slug frequencies with gas/liquid flow rate well in comparison with the available data. The effects of physical properties on slugging have been examined. It is found that with the increase in the gas viscosity and liquid density the slugging would be inhibited, whereas, with the increase in liquid viscosity and gas density, the slugging can be promoted.     

防沙栅栏风洞实验的数值模拟

通过给出描述横条栅栏附近风场初边值问题基本方程,成功实现了对栅栏风洞实验结果的数值模拟.在此基础上,给出栅栏背风面的风场分布规律以及栅栏高度、孔隙度和空行数等对栅栏有效防护距离的影响.     

凝析天然气管道分层流动相间水力摩阻系数计算式评价

前人已经得出了许多计算分层流动相间水力摩阻系数的经验、半经验半理论的公式.然而,由于它们多是以室内小型实验架上得到的数据为基础,虽然与各自的实验结果符合较好,但是普遍存在适用范围窄、精度低的缺陷.获得了大型多相流环道上的实验数据,并利用这些数据对部分常用的经验公式进行了评价.依据评价结果认为,当气相速度低于15m/s时,依据Chen等人的关联式的计算值与实验结果比较接近,误差不超过13.2%;当气相速度大于15m/s时,Hart等人的模型预测值与实验结果符合较好,误差普遍介于0~15.94%之间.因此,在凝析气管道的分层流动计算中,当气速较低时,推荐使用Chen等人的计算模型;而当气速较高时,则推荐采用Hart等人的模型来计算相间水力摩阻系数.