基于CFD模拟的压力管道内固液两相流速度分布研究综述

管道输送因其具有高效、安全、环保等诸多优势已成为固液两相流体的主要运输方式，管道内的速度分布对管道的沿程阻力损失及压降有直接影响。在参考国内外相关文献的基础上，通过“浑浊模式”和两相分离模式两种分析方法，综述了多种管道内固液两相流体的速度分布公式和模型，归纳出固液两相流体的速度分布规律及影响因素，为固液两相流速度分布的进一步研究提供参考。     

非均相流模型在气液两相流动计算中的应用及评价

为评价非均相流模型在气液两相流动计算中的应用,分别采用均相与非均相多相流模型,对方腔通气和平板通气模型的气液两相流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比. 结果表明:相比均相流模型,非均相流模型能较准确计算气相的受力,预测气相的非定常流动过程,所得结果能较精确捕捉方腔中气泡束的周期性摆动和平板上方气泡的周期性断裂、上漂现象;非均相流模型能较好地预测速度场分布,同时能更好地预测压力场的非定常性变化.      

质子交换膜燃料电池三维气液两相流数值模拟

质子交换膜燃料电池液态水的生成和传输过程研究,是进行电池水管理的关键。该文基于多相混合流理论,建立了质子交换膜燃料电池三维气液两相流动与传热的数学模型。该模型不仅能模拟燃料电池内部反应气的流动、扩散和化学反应过程,还能模拟液态水的传输和相变过程。应用该模型模拟了电池内液态水的分布及其对燃料电池性能的影响,结果表明液态水主要分布在阴极侧,在大电流密度下,液态水阻碍了氧的扩散过程,导致电池性能下降。模拟结果与实验结果吻合较好。     

固液两相流泵的研究现状分析

本文分别从内特性、外特性两方面对国内固液两相流泵的研究进展进行分析。在内特性研究中分别介绍了泵内固体相流动规律的研究和泵内两相流的常用数学模型,外特性研究主要是探索过流部件几何参数对泵性能的影响规律。文中还给出了对固液旋流泵内部流场进行了全流道三维数值模拟结果。     

矩形斜板湿法除尘塔气液两相流数值模拟

以自主研制的矩形斜板湿法除尘塔为物理模型,采用CFD(计算流体力学)软件Fluent对塔内三维气液两相的流场进行了数值模拟.计算中气相采用标准k-ε湍流模型,液相采用拉格朗日离散相模型,液滴的壁面行为采用壁面液膜模型.结果表明:矩形斜板除尘塔能有效地增大气液接触面积,增强气液扰动,延长气体在塔内的停留时间;在塔体的进口区域会出现烟气冲壁和液滴冲壁的现象;在进气管一侧的塔体顶部会出现流动死区;喷淋液体对气场有一定的整流作用,在喷嘴处可以观察到气体卷吸的现象;增大进口烟速,可增大液滴在塔内的充满度,但同时会出现液滴夹带的现象.最后,在不同气速,不同的液气比下对塔内的压力损失进行了实验验证,实验值与模拟值吻合较好.     

求解两相蒸发和冷凝问题的气液相变模型

为了更精确简单地求解两相流中的蒸发和冷凝问题,基于FLUENT中的流体体积(VOF)方法提出了一种气液相变模型,该模型适应于两相中一相为非饱和相,即处于过热或过冷状态,另一相为饱和相,即处于饱和状态.该气液相变模型中:非饱和相导热系数和比热容为真实的物性参数;假设饱和相导热系数等于0,饱和相比热容等于非饱和相比热容;界面处相变率仅由非饱和相决定,最后,通过一维Stefan问题相界面位置的分析解和二维膜态沸腾气相体积比的精确解,验证了该相变模型的精确性和可行性.文中工作为该相变模型的推广应用奠定了基础.     

复杂流道质子交换膜燃料电池单体的两相流模拟

为更真实地模拟质子交换膜燃料电池的工作性能,特别是电池内生成的水蒸气过饱和的情况,发展了一个简化的稳态的、非等温的三维两相流数学模型.模型考虑了相变过程对电池的温度场和传质过程以及电池性能的影响.应用模型对一个电极面积为3.12 cm×4 cm蛇型流道结构质子交换膜燃料电池进行了数值计算,得到了电池内复杂的流场、温度、局部电流密度和组分浓度等的多维空间分布.最后,分析了不同的阴极反应气加湿对电池性能所产生的影响.     

竖直管降膜蒸发器溢流孔式布膜器CFD模拟研究

针对某公司在役竖直管降膜蒸发器换热效果不佳的问题,利用计算流体动力学（CFD）方法模拟研究了径向进液、切向进液以及溢流孔上方液位高度对成膜效果的影响,并进行了实验验证。模拟、实验研究发现：流体径向进入布膜器,仅部分流体沿壁面成膜,造成换热面积的有效利用率不足,进而导致蒸发器换热面积有效利用率低;采用切向孔进入布膜器,流体可在换热管壁面均匀成膜;溢流孔上方液位高度300mm时可保证布膜均匀。     

气-液两相流界面迁移现象的数值模拟研究

借助于LevelSet函数,建立了气-液两相的统一控制方程组,并在交错网格中进行离散.用两种格式,即Superbee TVD格式和5阶WENO格式求解LevelSet函数的输运方程,用SIMPLER算法的思想对主流场控制方程的求解方法进行改进.数值实验结果表明,在求解LevelSet的控制方程时,5阶WENO方法比Superbee TVD格式的结果更准确;用改进的数值算法可成功实现对密度比大于1000/1的气-液两相流界面迁移问题的数值模拟.对几种典型大密度比气-液两相流问题的计算结果与实际问题的物理规律完全一致,验证了该方法的有效性和可靠性.     

环境适应性试验中试件表面结露行为的CFD预测

针对环境仓内升温增湿过程,采用计算流体动力学(CFD)方法预测了试件的结露行为并加以试验验证.研究了被测试样的尺寸、材质对其表面结露行为的影响.测试结果表明,材料/构件的环境适应性试验中润湿时间存在明显的尺寸效应和材质效应,是该类试验中需要着重考虑的因素.通过优化建模,数值模拟结果与测试数据能够较好地吻合,表明可以利用数值模拟方法预测工程构件在环境适应性测试中的传热行为与结露规律.     

基于CFD的油品泄漏扩散过程的数值模拟

构建油品泄漏扩散过程的三维计算流体力学（CFD）模型,研究地面粗糙度、泄漏口直径、泄漏速度和油品物性等因素对液池面积的影响;并根据液池扩展理论结合模拟结果拟合得到计算液池面积的经验关联式,可用来预估不同泄漏情况下液池的面积。结果表明液池面积随时间呈线性增加,随地面粗糙高度增大而减小,随泄漏速度、泄漏口直径增大而增大;地面粗糙常数、油品的密度和黏度对液池面积的影响较小。该研究结果可望为确定泄漏事故的影响范围及采取相应的防护措施提供理论基础和技术指导。     

基于CFD的海床基观测平台外部流场分析

应用计算流体力学（CFD）方法对海床基观测平台周围流场进行了数值模拟分析。根据海床基观测平台的外形结构,利用FLUENT软件建立其流体动力学分析模型,并进行了网格划分,确定出边界条件。对海床基观测平台外部海流速度场和压力场的数值模拟结果进行了分析,该研究可为海床基观测平台的结构设计及改进提供参考,为更加深入的流场研究奠定基础。     

基于CFD的投弃式温深计探头流场分析

为研究船用投弃式温深计 (XBT)探头在水下的运动规律,根据XBT探头的外形结构,利用FLUENT软件建立其流体动力学分析模型,并进行了网格划分,确定出边界条件。分析了XBT探头周围流场的分布情况,重点是探头的头部和尾翼处的流场分布。结果表明,探头的结构设计合理,有利于其在水下保持稳定的运动姿态。该研究可为XBT探头结构的进一步优化提供参考。     

汽车空调系统蒸发器总成流场的CFD研究

本文应用FLUENT软件对一种典型的汽车空调系统蒸发器总成的流场进行了CFD数值仿真分析.通过分析,发现了原蒸发器制冷剂流道结构的设计缺陷,提出了改进蒸发器芯体制冷剂流道结构,从而提高系统制冷量的方法.与实验结果相比,CFD分析的蒸发器出口平均温度的误差为7.5%,蒸发器总成进出口压降的误差为3.5%,表明该CFD模型可完全用于工程实际。进一步的实验表明,根据CFD分析结果改进蒸发器结构后的空调系统制冷量提高了8%.     

Study on constant-pressure specific heat of non-equilibrium phase change process in gas-liquid two-phase flow system

In this paper,the air-water vapor-water system is taken as an example,and the formula of constant-pressure specific heat during non-equilibrium phase change process in the two-phase flow system is deduced using the theory of two-phase flow and thermophysics. The constant-pressure specific heat of non-equilibrium phase change process is calculated with the corresponding numerical model,and the numerical results are compared to those of the equilibrium phase change process. It is shown that in evaporation process,the variational rate of the non-equilibrium specific heat increases with increasing initial fluid temperature and particle mass fraction. The smaller particle radius is,the faster the varia-tional rate is. Meanwhile,the constant-pressure specific heat of equilibrium process is higher than that of the non-equilibrium process all the time.     

燃气射流CFD计算软件初版本的研究

目的 发展一个燃气射流数值计算软件。方法 用时间相关法求解全ＮＳ方程及Ｒｅｙｎｏｌｄｓ平均应力方程,方程的时间项采用了ＬＵ分解及４步Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法,对流项采用了Ｒｏｅ差分分裂基础上的３阶ＴＶＤ级２阶、３阶ＥＮＯ格式。结果与结论软件可应用于轴对称,三维燃气射流计算,格式具有高分辩和健壮稳定性,能够捕获复杂波系,计算出射流中波系与剪切层的相互作用和湍流特征。     

箭型排布的矩形微槽平板上液膜流动特性

光滑平板降膜受表面张力和接触角的影响易收缩成溪流,导致传热表面出现干斑,为解决这一问题,提出箭型排布的矩形微槽平板。通过可靠的computational fluid dynamics（CFD）计算模拟两相流理论,建立三维非稳态平板降膜数学模型,研究了箭型排布的矩形微槽平板上的液膜流动特性,并探究了微槽宽度、深度及箭型夹角对液膜在平板上铺展效果的影响。结果表明：箭型排布的矩形微槽可有效增大液膜在平板横向的铺展面积,使液膜润湿面积增大,减少平板表面干斑;在120°箭型结构下,矩形微槽最优参数为宽0.5 mm,深0.3 mm,此时可将比湿面积由光板表面的62%~89%提高到84%~94%;低雷诺数时,120°箭型结构对液膜横向铺展引导效果显著,雷诺数增大时,90°箭型结构引导效果更好。     

固-液搅拌槽内槽底流场的CFD模拟

使用计算流体力学CFD软件CFX-5.5.1对搅拌槽内固液流场进行了数值模拟。搅拌槽直径T=476mm, 槽内均布四块挡板,搅拌桨为CBYⅢ桨。两相物系采用玻璃珠-水体系,固体体积分数Фv为5.4%。文中使用标准κ-ε模型计算了清水与固液两相的流场,考察了槽内的流场的分布对固体颗粒悬浮状况的影响,同时把槽底的清水和Фv为5.4%的固液两相模拟结果与实验结果进行了对比,模拟结果与实验较吻合。     

基于CFD的发动机冷却风扇仿真优化研究

文章介绍了汽车发动机冷却风扇气动性能的CFD仿真方法,利用流体分析软件Fluent对冷却风扇进行了流场仿真分析和气动噪声计算,仿真结果与试验结果吻合较好,验证了仿真模型的可靠性。对影响冷却风扇气动性能的几何参数因素进行了分析研究,依据研究结果,针对原型风扇提出了2种改进方案,结果表明,在保证风扇冷却性能的前提下,风扇的噪声值得到了明显降低。     

基于计算流体动力学法的风场模拟和流/固耦合问题

介绍了计算流体动力学（CFD）方法中的各种湍流模型和数值求解方法,阐述了流/固耦合问题的描述方法与求解策略,分析了强耦合算法和弱耦合算法、流场和流/固耦合研究中的网格生成与更新技术,以及耦合界面的信息传递方法,指出了其网格建模中存在的一些难题.