突扩管分离流场的数值模拟

边界突然扩大的流动在管道输运工程中是一种常见的流动现象,管道的设计对节能及生产成本的降低起着至关重要的作用.利用计算流体力学(CFD)中的FLUENT软件对突扩管路牛顿流体层流情况进行数值模拟,并通过后处理软件Tecplot和Origin对模拟结果做了数据处理,给出了不同雷诺数和不同突扩比情况下的突扩管分离流场的流线图,分析了它们对突扩管流的影响.结果可以很好的反映突扩管流的基本特征,为工业生产中常见的此类问题的研究提供了理论依据和分析方法.     

突扩管流动形态的数值模拟

针对油品在管道中运输时常常遇到边界突然扩大的流动状态。分别建立突扩管的物理模型、数学模型,并应用软件模拟不同雷诺数、不同突扩比下的管内流体的流动形态,得出了不同雷诺数下轴向压力的变化趋势以及局部水头损失随突扩比的影响规律。结果可以很好地反映突扩管流的基本特征。对于石油生产中常见的此类问题的研究具有重要的意义和作用。     

二维平面流动的定解问题研究

从定常二维平面流动的流函数涡量型N-S方程出发,从理论上推导出一种不同于通常提法的二维平面流动的定解提法.为解决此类流动的多解性问题奠定了理论基础.同时,讨论了明渠突扩流动和圆管突扩流动中存在的不止一个对称解问题,并就此问题未被重视的原因进行了初步分析.     

基于CFD的管道流动局部水头损失系数的数值计算

本文利用FLUENT软件对几种常见模型管道在k-ε湍流情况下的流场、压力场进行了数值模拟,并根据数值模拟结果对突扩管的局部水头损失系数进行了修正。结果表明:对于突扩管在同一雷诺数下,随着管径比值(前程管径与后程管径之比D1/D2)的不断增大,局部水头损失及损失系数均减小;而随雷诺数的增大,突扩管流场中的局部水头损失系数逐渐增大。     

突扩燃烧室流场及温度场的数值模拟

通过建立圆管状突扩燃烧室内流动及传热的数学模型，对燃烧室内的流场及温度场进行了数值模拟，讨论了分析了突扩燃烧室内的流场与温度场的分布规律及影响因素。研究结果对突扩状燃烧器的设计具有指导意义，所建立的数学模型可作为设计中进行定量分析的有效手段。     

导向管底部泄流孔水力损失计算分析

核燃料组件导向管底部泄流孔的水力损失系数对控制棒落棒时间和落棒速度有着重要影响。在落棒问题分析中,能否采用叠加理论计算泄流孔的水力损失,必须进行具体分析和论证。采用CFD方法对"突缩-突扩"型和"突缩-突缩"型两类四种泄流孔在不同流速下的水力损失进行了数值模拟计算,并与理论计算结果进行了对比。计算结果表明,对于流道内未充分发展的流动,理论计算结果与数值模拟计算结果存在一定差异。     

压裂管柱内突扩两相湍流数值模拟

采用标准k-ε模型,对不同施工排量情况下,压裂管柱内突扩两相湍流进行数值模拟,得到了流线分布、速度分布和砂比分布.模拟结果表明,在压裂管柱内突扩结构处形成了分离流旋涡,并使管壁处砂的浓度增加,流体和局部富集的砂对管壁形成了一定角度的冲刷、磨损作用.随着施工排量的增加,冲刷部位逐渐下移,现场压裂施工后管柱冲刷磨损部位与数值模拟结果基本一致.     

WP浓谈分离燃烧器波纹扩流锥的选型

利用３Ｄ－ＰＤＡ测量了ＣＥ－ＷＲ浓谈分离燃烧器波纹形扩流锥后的回流区长度、湍流结构、粒子浓度分布等参数，在控制扩流锥底边宽度（即锥角）、扩流锥斜面波形及波间距、扩流锥在一次风喷口位置三因素条件下用方差分析方法得出了较佳的扩流锥结构及位置形式。     

WR浓淡分离燃烧器波纹扩流锥的选型

利用３Ｄ－ＰＤＡ测量了ＣＥ－ＷＲ浓淡分离燃烧器波纹形扩流锥后的回流区长度、湍流结构、粒子浓度分布等参数，在控制扩流锥底边宽度（即锥角）、扩流锥斜面波形及波间距、扩流锥在一次风喷口位置三因素条件下用方差分析方法得出了较佳的扩流锥结构及位置形式。     

催化剂颗粒在弯道与渐扩管组合管系内的运动分布特征

采用数值模拟方法对弯道与渐扩管相连的管道内气固两相流运动分布特性进行研究.主要分析弯道和渐扩段气相流场分布特征及气相回流卷吸作用下颗粒运动分布特性,研究沿出口水平管段二次流结构发展变化及其对颗粒分布及沉降的影响.针对不同入口速度下,水平管内气流速度、截面平均二次流速度和颗粒质量浓度分布规律进行研究分析.研究结果表明:沿弯道后的水平管道,二次流速度很快下降;二次流对颗粒的卷吸搬运作用,降低颗粒在管道截面的局部聚集浓度;当入口气流速度为4 m/s或更小时,水平管内上升二次流速度较小,颗粒沉降现象明显;当速度增大到6 m/s,水平管截面颗粒质量浓度分布较均匀.     

突扩断面流道压力损失分析

突扩断面流道是各类液压元件的基本结构形式,流体流经突扩断面流道时将产生压力损失,现有设计资料往往将这类压力损失视为与雷诺数(Re)无关的常值。采用理论分析方法,将流体流经突扩断面的总压力损失系数分解为近似理论值、与突扩断面对上游流速扰动对应的压力损失系数、与上游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数、与下游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数以及与突扩断面两侧压差对应的压力损失系数等5个组成部分;采用CFD模拟方法,研究了Re对总压力损失系数的影响规律。结果表明,存在临界雷诺数Re_(cr),当实际Re低于Re_(cr)时,总压力损失系数不再是一常值而随Re反比变化;在低Re时,与突扩断面两侧压差对应的压力损失系数是总压力损失系数的主要成分;而在高Re时,近似理论值及与下游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数是总压力损失系数的主要成分。提出的理论分析方法及数值模拟结果可为各类液压元件中过液孔道的结构优化奠定有益基础。     

影响长江口深水航道骤淤的非常态天气过程Ⅰ:台风的路径特征及数值验证

为归纳长江口深水航道台风期骤淤的发生规律及特征,分析了发生骤淤时刻的气象条件与对应的波浪条件。研究发现,牛皮礁站的波能与骤淤具有较好的相关性;从台风路径上分析,长江口东侧过境台风对航道的骤淤影响显著。结合历史台风路径,选取3个典型路径的台风,选择藤田-高桥圆形经验风场和CFSR(climate forecast system reanalysis)风场的混合风场复演了台风场,然后采用SWAN模型模拟了不同路径台风期间的波况,最后以牛皮礁站的浅水波能流为判别参数,分析不同路径台风对长江口深水航道骤淤的影响。研究表明长江口东侧过境的台风是较易产生较大波能并进一步诱发骤淤的典型台风路径,这一分析结果与2010年以来的骤淤实测台风路径结果吻合。     

长距离明渠输水工程突发水污染事件的应急调控

以南水北调中线总干渠典型明渠段为例,开展长距离明渠输水工程突发水污染事件应急调控研究.采取数值模拟手段分析了不同闭闸调控方式和闭闸时间条件下渠段水流运动和污染物输移扩散规律,探讨了污染云团峰值输移距离和纵向长度计算方法,推导得出了将污染云团控制在事故渠段内的应急闭闸时间计算公式.在此基础上,提出了长距离明渠输水工程突发水污染事件的应急调控方案,并结合案例验证了方案的可行性.结果表明：针对突发水污染事件,应通过对比明渠输水工程各渠段的最大水流传播时间和将污染云团控制在事故渠段内的闭闸时间来确定闭闸调控时间,从而同步实现降低工程运行安全风险和控制污染物范围的目的.     

突扩管道中密相两相湍流的数值研究

利用颗粒动力学理论,建立了密相两相双流体湍流模型,给出了其封闭方程组,提出了一个简单而精确的颗粒径向分布函数的计算公式,运用所建的数学模型,系统地研究了竖直向下突扩管道中气固两相湍流的流动计算发现：两相突扩的流动特性与流动突扩比、两相间密度差、颗粒大小、颗粒的平均体积分数等有因素有关;颗粒相的流动特性在某一个颗粒直径下会发生突跃,这个直径的大小是与流动突扩比及两相的密度及粘度有关的。     

典型非圆形入口自激抖动射流燃烧器的研究

通过数值模拟与燃烧实验对三种典型的非圆形入口突扩腔体自激抖动射流燃烧器的流动与燃烧特性进行研究,结果表明:自激抖动射流燃烧器相对于普通直流射流燃烧器的火焰具有更高的扩散率和卷吸率;相对于菱形和王字形突扩腔体自激抖动射流,三角形突扩腔体射流混合最快且湍流强度更大,燃烧室内温度分布均匀性也最好,说明在腔体入口面积一定的情况下,燃烧特性(湍动能、火焰长度、温度场等)与腔体入口截面周长之间不存在简单的单调函数关系.     

风压作用下的自然通风阻力特性的探讨

探讨了风压作用下大开口的自然通风阻力特性,并提出了用局部损失迭加法来计算阻力损失,即认为通过建筑物的气流是由不同的突缩段和突扩段的组合。由此可推出进、出口的流量系数不同,从而得到一种简单的估算自然通风量的计算方法。与试验值进行验证,相比通常的计算方法,此方法误差更小。     

幂律流体突扩管道湍流流动的研究

考虑幂律流体的本构关系,结合流动指数的影响,建立了适用于幂律流体的N-S动量方程和湍流模型方程;采用SIMPLE算法,对不同流动指数的幂律流体突扩管道湍流流动进行了数值计算,计算结果和实验数据吻合较好,对计算结果进行分析后发现,对于不同流动指数的幂律流体,其湍流变化趋势不同,从而揭示了流动指数对幂律流体突扩管道湍流流动有重要影响。     

电液压脉冲液动力特性分析

根据电液压脉冲技术基础理论,通过分析等离子体活塞膨胀的特点,建立了电液压脉冲放电等离子体活塞的数学模型,推导出放电通道内流体的液动力方程.对圆柱形对称放电通道的液动力特性进行分析,推导出无量纲微分方程.通过对微分方程的求解,得到了放电通道的液动力特性与时间的变化关系,以及液动力特性与放电回路的电气参数(电感、电容、电压和电阻)间的关系,从而可以预测放电通道内的压力、通道半径和通道的膨胀速度,为电液压脉冲技术的应用提供理论依据.