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。     

突扩两相流动中颗粒相对气体湍流的影响

为了研究颗粒相的存在对气体湍流的影响,用相位Doppler激光测速仪(phase Doppler particle anemometer, PDPA)测量了竖直轴对称突扩通道中两相流动中的气体湍流变动,给出单相流动和气粒两相流动时的平均速度和轴向脉动速度,阐明了颗粒对气体湍流的作用,即湍流变动规律.结果表明,平均粒径150 μm的颗粒在流场的不同位置造成的湍流变动现象有所不同.在回流区内,靠近轴线附近的正流区内颗粒增强了气体湍流; 在逆流区以及下游区域,颗粒削弱了气体湍流.     

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.     

气固两相湍流射流的直接数值模拟

采用直接数值模拟研究了Re=3000的气固两相二维湍流射流的流场特征.一阶平均量与实验值吻合得很好,Reynolds应力分布的峰值量级和曲线性态和实验数据是一致的.基于流场的结果,用单向耦合法研究了各种典型尺寸颗粒在流场中的扩散行为和浓度分布规律.其中,St=0.01的颗粒可视为示踪粒子;St=1的颗粒展现了有趣的扩散规律,即均匀散布在涡核外围;St=10为大尺寸颗粒.     

复杂血管内两相流数值模拟

为了更全面的了解复杂血管内部流动状况,采用液固两相流模型和脉动速度入口条件,对分叉弯曲复杂血管内部两相流动进行模拟分析。通过对其压力、速度、流线、壁面剪切应力、红细胞体积浓度分布等流动参数分析,发现在血管弯曲和分叉区域,血液流动复杂,容易产生低速回流区或二次回流,而且剪切应力较低,红细胞体积浓度较高。     

荷电喷雾两相湍流流场的数值计算

荷电喷雾可以有效地改善雾化质量和喷雾流场特性,因此被广泛地应用于静电喷涂、除尘、药物喷洒和液体燃料的雾化燃烧等领域．荷电喷雾湍流射流流场的数值模拟对于荷电喷雾装置的设计及确定射流喷雾的各特性参数具有重要意义、采用颗粒拟流体方法,用κ-ε-κp荷电两相湍流模型对荷电喷雾气液两相湍流流场进行了数值模拟．经与实验结果对比,该模型可以较好地模拟荷电气液两相湍流射流流场,可用于荷电喷洒机具和荷电喷雾燃烧器的设计。     

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。     

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。     

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。     

近海风力机的两相流数值模拟

以风力机常用翼型NRELS809为研究对象,建立了水平轴风力机的整体模型。根据海上风力机高湿度环境特点,采用空气和水蒸汽及空气和水的两相流模型模拟海上工况,对模型进行数值计算,得到叶片绕流的速度分布和压力分布,并对比了两相流和单相流的变化。结果表明：气流流过叶片后均存在速度亏损,并在1倍风轮半径后趋于稳定。风轮叶片在两相流工况下能得到较高的功率系数,对叶片的强度要求、材料要求较高。     

阶梯溢流坝面流场的紊流数值模拟

为了详尽地研究阶梯溢流坝面的紊流流场特性，采用雷诺应力模型对阶梯溢流坝面上的流场进行紊流数值模拟，得到了阶梯坝面水流的速度场，压力场，紊动能和紊动耗散率的分布规律，并与实测值进行比较，结果令人满意。     

宽顶堰紊流场的数值模拟

本文采用k-τ紊流模式求解完整的Reynolds方程,模拟了有坎宽顶堰自由堰流.在求解中,发展了一套用边界拟合坐标、控制体积法求解二维恒定有自由表面紊流的数值方法,提出了分区光滑变换、反馈迭代等新概念.结果表明,本文提出的计算堰流的数值方法,计算量较小,具有良好的稳定性和收敛性,能够满足工程实际需要.     

湍流模型对风琴管喷嘴空化射流数值模拟的影响分析

针对不同湍流模型对空化射流流场数值模拟影响问题,本文基于ZGB空化模型和WALE亚格子模型,采用大涡模拟（LES）和RANS模型对风琴管喷嘴空化射流流场进行数值模拟研究,分析内外流场的压力分布、速度分布以及空化云演变规律,并将空化云演变规律与实验结果进行对比分析。结果表明,LES模型速度、压力分布更符合实际情况,空化云演变规律与高速摄像拍摄结果基本吻合,LES模型可以更准确地模拟风琴管喷嘴空化射流流场。对风琴管喷嘴结构优化、打击力度与目标靶距的预测更准确。     

管道中瓦斯爆炸过程的数值模拟

利用AutoReaGas软件对封闭的长直管道内瓦斯爆炸进行了数值模拟,研究了瓦斯的浓度对爆炸超压影响的规律. 在此基础上,进一步研究了障碍物个数和阻塞比对瓦斯爆炸超压和火焰传播速度的影响. 数值结果表明,在无障碍物的管道中,当瓦斯浓度为化学当量浓度时,爆炸超压值最大;在带有障碍物的管道中,火焰速度值随着障碍物数量的增加先增大后减小;当障碍物个数一定时,最大爆炸超压和火焰速度随阻塞比增大而增加.     

摩托车化油器腔体内部两相流动的数值模拟

针对摩托车化油器的工作原理,应用ｋ－ε两方程湍流模来描述气相场,并在欧拉坐标系中用非交错网格的ＳＩＭＰＬＥ算法求解;液相场在拉格朗日坐标系下用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ算法求解,气－液两相的耦合采用ＰＳＩＣ法;最后对节气门全开、半开及经济工况下的流场进行数值模拟,得出了流场变化规律。     

平面突扩管瞬态流动的有限元模拟

用有限元方法对不可压缩粘性流体在平面突扩管流中的瞬态流动进行数值模拟，给出了不同突扩比、不同时刻、不同雷诺数下，平面突扩管流物流线图谱和速度矢量图，对于分析突然扩大管流及其它复杂管道处涡旋的形成及能量损失的产生具有一定的参考价值。     

水驱油二相渗流数值模拟

对非定常、非均匀多孔介质中水驱油二相渗流进行了数值模拟，给出了恒速和恒压两种渗流全过程。从理论上论证了高注低采较之低注高采更能提高采油率。