水力旋流器内部流场模拟分析与PIV验证

以直径为140mm水力旋流器作为研究对象,采用计算流体力学(CFD)技术对旋流器内部流场进行数值模拟,并对所建立的模型进行激光粒子图像测速(PIV)实验验证。基于数值模拟和实验结果,分析了旋流器内部压力、切向速度、轴向速度和径向速度的分布。利用PIV技术对旋流器内部流场进行测量,考察了不同入口速度下旋流器圆柱段区域瞬态速度场。通过对比数值计算与测试结果表明:CFD模拟可以有效预测水力旋流器内部流场分布,帮助探索旋流器内的流动状态和分离机理;利用PIV技术测量旋流器内部流动特性和速度分布,其测量结果与CFD计算结果吻合良好,验证了数值模型的准确性。     

移动网格技术在计算流体动力学数值仿真中的应用

基于调和映射理论,将移动网格技术(moving mesh technolog)应用到计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)的数值仿真计算中.推导了移动网格技术在处理大变形问题时求解域的更新过程,并给出了相应的程序流程图,解决了传统固定网格无法模拟大变形的问题.利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics 4.0a将移动网格方程与流体流动的控制微分方程耦合求解,模拟了油箱晃动时里面油的运动情况.数值模拟得出:移动网格技术可以较真实的模拟流体求解域的大变形问题;在仿真过程中,流体求解域范围内的节点和网格数量并没有增加,只是网格的形状发生了改变,因此移动网格方法并不会额外增加计算机资源.     

民用飞机翼身整流粘性绕流数值模拟方法研究

利用CFD方法,针对民用飞机开展翼身整流黏性绕流数值模拟方法研究.采用Roe三阶迎风偏置通量差分分裂方法(FDS)和隐式近似因子分解方法(AF)对三维非定常雷诺平均N-S方程进行数值离散求解,采用多重网格技术加速流场求解收敛过程,并比较了不同湍流对翼身结合处流动分离的模拟能力.计算结果与风洞实验的对比表明,所采用的数值方法可以有效地模拟翼身结合处黏性分离流动,具有一定的工程实用价值.     

轴流泵叶顶间隙流动的计算流体动力分析

利用计算流体动力(CFD)技术对轴流泵叶顶间隙流动进行数值模拟,对比分析了宽度为叶轮直径的0％,0．1％,0．2％及0．3％四种不同间隙下轴流泵的能量特性,并对间隙内的速度分布情况进行了分析．该数值模拟捕捉到了叶顶间隙的泄漏流动及泄漏涡,得到了比较完整的能量特性图表并与实验数据吻合．本次模拟有较高的精准度．     

离心泵水动力噪声预测

利用计算流体动力学(CFD)方法对离心泵内的三维流动进行数值模拟,基于CFD结果分析流场的非定常特性,并从非定常计算中提取偶极子声源信息,再应用边界元计算方法,对比分析是否考虑结构振动两种情况下边界上的响应情况,结果表明:考虑振动时的声场分布更加合理,进而在声振耦合计算的基础上,求解泵内偶极子噪声的辐射水平.     

地板送风静压层内气流的数值模拟与送风特性实验

采用计算流体力学(CFD)技术,对地板送风静压层的空气流动进行了数值模拟,并进行了典型的实验来验证计算结果.通过对计算结果与实验结果的比较,说明对于地板送风静压层内空气流动的CFD模拟,采用0 1 m的网格划分间距、标准k ε湍流模型是合理的.实验和计算结果一致表明,对于高度为170 mm的地板送风静压层,地板送风口的速度和送风量分布受到入口射流的影响,处于不同位置的地板送风口,其速度分布不同,有的均匀,有的速度值相差10倍.由数值模拟的地板送风静压层内空气流动特征,可展示和分析地板送风静压层的以上送风特性.     

电除尘器烟道内气流分布的数值模拟

运用计算流体动力学(CFD)对电除尘器烟道内的气流分布进行数值模拟计算.在中试模型试验的基础上,分别采用Gambit、ICEM CFD软件进行网格划分以及CFX、Fluent求解器进行数值求解.模拟结果表明:无论有无导向板,数值模拟计算结果都与工厂试验结果吻合较好,其计算结果可用于指导试验模型以及电厂实际装置中导向板的调整,从而达到烟道内气流分布均匀的效果.     

分体式空调室外机空气流场特性

针对分体空调室外机内的空气流场特性,采用有限容积法,对三维不可压缩NavierStokes方程,在旋转坐标系中进行了非定常求解;在随叶片旋转的区域与固定区域的交接面处,采用滑移网格技术来求解动静非定常作用.利用激光微粒图像测速(PIV)手段,验证了计算流体动力学(CFD)数值模拟结果,为进行气动声学分析奠定了基础.     

基于CFD的海洋立管系统严重段塞流数值模拟

利用CFD软件Fluent建立二维全尺寸仿真模型,对立管实验装置中的严重段塞流现象进行数值模拟研究。模拟方法中,采用液体体积函数(volume of fluid,VOF)法追踪气液界面;将长距离海底管道等效为箱体,以提高计算效率。模拟出了立管系统中的四种流型:典型严重段塞流(SSI)、严重段塞流II(SSII)、过渡流型(SST)和稳定流动;并对这四种流型的模拟结果进行了实验验证。最后,对典型严重段塞流的瞬态流动特性进行了深入分析。结果表明:采用数值模拟方法计算效率高,可准确模拟严重段塞流现象,为长距离立管系统中严重段塞流研究提供了切实可行的模拟方法。模拟工况下,气液喷发的瞬时质量流量可达入口的2.5倍以上,气液平均流速可达入口的4.5倍以上,其瞬态流动特性的分析对严重段塞流危害的准确评估有重要意义。     

离心式通风机的数值模拟

流体机械的设计方法和思想都来自于大量实验,通过这样的方法能够得到较好的风机基本技术参数,但对通风机内部流场的认识还有待于进一步的研究.随着流体力学理论,特别是计算流体力学(CFD)方法的发展,将传统设计模式中的复杂、耗时的部分,可以用先进的CFD技术代替,利用计算流体力学进行数值模拟已逐步成为了解流体机械内部流动状况的重要手段.通过这种"数字仿真"可以充分认识风机内流动规律,从而为改进设计提供了有效可靠的依据,大大减少了实验的工作量和费用.     

中空纤维膜萃取器内流动特性

对中空纤维膜器内流动特性的研究是膜器设计和放大的基础。该文通过测量装填因子不同的 3个聚丙烯中空纤维膜萃取器壳程和管程的停留时间分布曲线 ,研究了不同流速下膜器的流动状况 ,并用轴向扩散模型描述了流动的非理想性。结果表明 ,中空纤维膜萃取器的管程和壳程流动与理想平推流和理想全混流相差较大 ,装填因子与流速对二者均有较大影响。采用轴向扩散模型得到的响应曲线的计算值与实验值符合较好 ,且中空纤维膜萃取器中轴向返混的影响不可忽略。     

液滴在液液接触塔中的前混返流模型

为了描述液液接触塔中流体，特别是分散相的非理想流动，考虑了塔中分散相液滴直径分布及其本身的返混，提出了文题模型。实验结果表明，用该模型计算所得的停留时间分布曲线与实测曲线相符；该模型与液滴传质理论结合，可以较准确地预测塔的传质单元数。     

连续搅拌槽内假塑性流体停留时间分布的数值模拟

应用计算流体力学商业软件（CFX）模拟了直径0.5m×0.35m的无挡板半球底搅拌槽的流场,计算了流体的停留时间分布(RTD),研究了转速、流量、全槽平均表观黏度对RTD以及全混釜数（m）的影响。结果表明：基于CFX对假塑性流体连续搅拌槽内RTD的模拟结果与实验基本吻合;低转速下,转速的变化对假塑性流体RTD和(m)值的影响要大于牛顿流体,但当转速达到一定值时,对两流体的RTD和(m)值影响较小;转速较高趋于全混时,流量对假塑性流体及牛顿流体的RTD和(m)值影响较小,且对两流体的影响差别很小;高转速条件下,全槽平均表观黏度的变化对假塑性流体RTD和(m)值的影响较牛顿流体大。     

考虑非稳态自然对流的固体溶解过程数值模拟

为了揭示封闭腔内考虑非稳态自然对流的固体溶解的流动、传质以及固体表面形貌变化规律,利用溶解动力学和传质学相关理论,建立了固体溶解过程的二维数学模型,并借助有限元分析软件COMSOL进行了数值模拟,得到了溶解过程中固体尺寸对流动、传质和固体表面形貌的影响规律.研究结果表明:该方法可以很好地捕捉由于溶解引起的界面运动和变形...     

基于RTD曲线连铸中间包优化设计数值模拟

为了优化连铸中间包内型,采用数值模拟方法计算钢液在连铸中间包内的停留时间分布(RTD),并通过RTD曲线分析了连铸中间包内挡坝高度和位置对其钢液流场的影响.结果表明,结构优化后的连铸中间包钢液流场趋于合理,死区体积分数由原始方案的17.62%降至13.29%,且钢液在连铸中间包内的停留时间变化不大.     

SO2在活性焦固定床上的吸附性能

在120℃恒温条件下,在活性焦固定床上测定SO2的吸附等温线和动态吸附穿透曲线。采用Langmuir吸附方程拟合,得出饱和吸附量qm=0.072 g/g和Langmuir常数K=0.629 m3/g。根据穿透曲线的形状分析传质机制,建立了吸附过程的数学模型,并用COMSOL Multiphysics软件进行数值求解。模拟结果与试验值吻合良好,表明所建立的模型可用于预测其他条件下的穿透曲线。     

大型反应精馏塔板上传质过程的模拟

为深入研究反应精馏过程，介绍了大型塔板反应精馏的操作过程，并通过对塔板上液体流动分布以及化学反应过程的分析，建立了描述反应精馏过程的二维涡流扩散模型，模型中包括化学反应速率项，并引入液体速度分布函数表示塔板上不均匀速度场的影响。利用有限元法求解数学模型，得到了乙酐水合生成乙酸的反应精馏塔板上的浓度分布，并进一步分析了液相速度分布对应精馏效率的影响。研究结果有助于深入理解大型反应精馏塔板上的传质过程。     

停留时间分布与啤酒废水处理效率的关系

通过对鼓泡塔式（BC）和内循环气升式（AL）生物流化床反应器水力停留时间分布的研究,发现用组合模型可以描述这两种生物反应器的停留时间分布。AL反应器的完全混合区比BC比2．15％,由于AL强化了流体流动,因而比BC减少了流体走短路的比例。用AL和BC分别处理啤酒废水时,AL比BC的处理效率高。实验结果表明,增加内循环可以强化气－流传质并改善停留时间分布,从而明显地提高废水处理的效率。     

表面波纹对HSX填料传质影响的计算流体力学(CFD)模拟

应用计算流体力学（CFD）方法和流体体积（VOF）模型对气液两相流动行为和传质过程进行了研究。分别对富氧水在光滑板与波纹板上的解析进行了实验和CFD模拟研究,模拟结果显示波纹结构对于增加传质推动力有明显的作用;在液相雷诺数Re<90时,波纹板的传质效率比光滑板高出20%左右。对由CFD模拟得到的流场信息进行分析,结果表明波纹的存在增加了流体的湍动,造成波纹板传质效率增加;随着液相雷诺数的增大,波纹对气液相界面的影响逐渐减小,波纹板与光滑板传质效率的差值逐渐减小。模拟结果与实验结果吻合度较高。     

刮膜式分子蒸发器上液体的停留时间分布

以水及质量分数分别为50%、70%的丙三醇-水溶液为介质,采用脉冲示踪法与紫外分光光度法对刮膜式分子蒸馏器上液体的停留时间分布(RTD)进行研究,分别研究了进料速率、转子转速及物料黏度对停留时间分布的影响.结果表明:在实验范围内,停留时间随着进料速率的增大而减小;进料速率增大时,分子蒸发器上的液膜混合程度也随之增强;随着转子转速增大,停留时间先增大,当达到一定转速后,停留时间反而减小;停留时间随物料黏度的增大而增大,液膜轴向返混程度也随之增强.通过对实验过程的观察与分析,采用2种不同的组合流动模型对刮膜式分子蒸馏过程进行描述,经与实验数据的对比可知,模型2(2个N级全混流串联模型进行并联,其中一个区域中每个全混流模型分别与一个平推流区域进行交换)在实验条件下较为适用,模型的模拟值与实验数据吻合较好.