大颗粒气力输运的CFD与EDEM耦合计算方法

为掌握冰雹颗粒抛射运动过程规律,以支撑冰雹抛射装置设计,需进行冰雹颗粒气力输运过程计算。通过计算流体力学与离散单元法双向耦合进行冰雹等大颗粒气力输运问题的模拟仿真。通过进行不同气源压力、不同抛射管径、不同抛射管长、不同冰雹流量条件下的计算及对比,得到随着气源压力的增大,冰雹抛射速度逐渐增大,气流流量逐渐增大;随着抛射管径的增大,冰雹速度逐渐增大,气流流量平方级增长;随着抛射管长的增大,冰雹速度基本保持不变,气流流量略有减小;随着冰雹流量的增大,冰雹速度逐渐减小,气流流量逐渐减小。     

撞击流吸收器中铁系脱硫剂运动特性的CFD研究

通过采用Fluent软件中的RNGk-e模型和DPM模型对铁颗粒运动特性进行了三维数值模拟．研究结果表明,铁颗粒在撞击区和加速管内减幅振荡运动且运动场与气流场都关于撞击面呈对称分布;铁颗粒平均停留时间随空气进口速度的增大而增加,随铁颗粒直径和加速管间距的增大而减少．数值计算结果与试验数据基本一致,为进一步优化和改进撞击流脱硫吸收器的设计提供了有价值的基础数据和理论依据．     

近距离爆炸荷载作用下砌体墙动态响应及破坏过程的数值模拟

为了探索砌体墙在近距离爆炸荷载作用下的破坏规律及碎块抛射规律,通过AUTODYN建立数值模型,得到在近距离手提箱包炸弹爆炸荷载作用下砌体墙的荷载分布规律及碎块抛射速度规律.结果表明:12墙、24墙、加固24墙在爆炸荷载作用下破坏规律是相似的.24墙及加固24墙相对12墙碎片抛射速度有较明显的降低.加固24墙由于聚氨酯加固膜的兜裹作用,最终会明显减小碎块的出墙面位移和速度.此外砌体墙各测点抛射速度与比例距离的关系曲线与超压峰值与比例距离关系比较相似.     

组合管中气粉流的临界管长

根据气粉流运动的基本定律，考虑收缩喷管的等熵流动以及等截面管中的摩擦流动，建立了描述组合管中气粉流的数学模型．考虑气粉流摩擦壅塞现象，用马赫数检验法确定了组合管的临界管长．计算结果表明，组合管的临界管长随粉气比的增大而减小；在不同粉气比下，组合管中气体速度和粉粒速度均沿程逐渐增大，而粉粒终速随粉气比的增大而减小；组合管的临界管长比等截面管的临界管长小得多，且组合管中的压降比等截面管中的压降明显减小     

颗粒流本构关系的实验研究

基于"拟流体"的思想,给出了测量颗粒流本构关系的实验方法.在颗粒斜槽流实验中,通过颗粒的抛物线运动计算流层速度分布,根据非牛顿流体理论求得颗粒流黏性的本构关系;建立了颗粒斜槽流的数学模型,流层的速度为指数分布,流量为斜槽倾角和流层厚度的函数.以小麦颗粒为例,实验结果与用"拟流体"方法所得的预测值进行比较,相对误差在13%以内.     

高压空气抛射角反射器过程内弹道研究

充气式角反射器是舰船重要的雷达干扰和诱饵器材,将其从舰船上快速抛出是应用中至关重要的一步。该文搭建了充气式角反射器高压空气抛射试验平台,测试了角反射器的抛射效果,并建立了气瓶中高压空气喷射过程与抛射筒内角反射器运动过程的联合数学模型。利用测试结果验证了模型的合理性,分析了各相关因素对抛射过程内弹道的影响。结果表明,在计算范围内,增大气瓶体积、填充压力和气瓶出口直径会缩短抛射时间,提高抛射出口速度;适当增加抛射筒的初始自由容积对抛射过程有利;摩擦系数和预紧力变化对内弹道影响不明显;角反射器质量增加会明显提高后坐力,但对抛射时间和出口速度影响较小。     

径向流反应器随机填充催化床层的数值模拟

应用颗粒离散元法建立径向流反应器内球形颗粒随机堆积环形催化剂床层模型,采用颗粒流程序-计算流体动力学(PFC-CFD)耦合求解法得到床层内流体流动压力场、速度场分布规律,研究当边界条件相同、颗粒粒径分别为12、 14、 16、 20、 28 mm时,随机堆积床层内场分布的变化规律。结果表明:随着催化剂颗粒粒径的减小,床层阻力增大,床层速度、压力的变化梯度也增大,但流体沿轴向分布较均匀;粒径12 mm的催化床层径向流反应器内部轴流分布最均匀。     

页岩气压裂三通管汇冲蚀磨损分析

为了探索在页岩气水力压裂作业中,压裂液对四种夹角三通管汇的冲蚀与磨损规律,基于固液两相流模型、颗粒轨迹模型和冲蚀速率模型,在Fluent中对30°、45°、60°和90°4种角度的三通管汇构建了冲蚀磨损模型。并根据不同的流体速度、颗粒质量流量、直径和压裂液黏度进行数值模拟仿真,总结三通管汇在各因素综合下的冲蚀磨损规律。结果表明：管汇的最大冲蚀率随流速的增大呈幂函数增长;管汇冲蚀率与质量流量的增大近似呈线性增长;在颗粒直径大于临界值时,管汇冲蚀率显著变大;管汇冲蚀率随着压裂液黏度的增加而缓慢减小,并随着其继续增大而趋于平缓。因此为减小管汇冲蚀磨损量,可以适当减小质量流量,选用0.001 5 Pa·s黏度左右的压裂液、450μm左右颗粒直径的支撑剂和30°夹角的三通管汇。结果可为三通管汇的选型、断裂以及失效提供一定的参考依据。     

子母式干扰弹战斗部结构设计与抛撒策略

大口径干扰弹大多采用整体装填一次性起爆的方式,具有分散性差、成烟面积小等问题。针对这些尚未解决的问题,围绕子母式干扰弹进行结构设计,并基于内弹道理论,分析建立了抛撒过程模型。采用MATLAB编程,计算分析了抛撒过程压力、子弹罐体和干扰弹弹体抛射速度的变化规律,得到了子弹罐体和弹体的抛射速度。通过静态抛撒试验测试表明,子弹罐体和干扰弹弹体的抛射速度的误差分别为3.2%和7.3%,验证了战斗部结构设计的合理性与抛撒策略的可行性,为干扰弹设计提供了理论支撑。     

垂直管流中食品颗粒速度分布的实验研究

用数码录像方法对颗粒的轴向速度和径向位置进行了测量，获得了单个颗粒在垂直管流中的速度分布。考虑到非球形颗粒和数甲基纤维素(CMC)溶液的非牛顿性，对有关文献中颗粒阻力系数计算的关系式做了修正。理论计算结果与实验滑移速度比较表明，在靠近管道轴线的径向位置模型的计算与实验结果很接近。同时，讨论了颗粒尺寸和流体流量对颗粒速度分布的影响。     

分支管气固两相流动阻力性能的研究

在水平T型分支管道中,用压缩空气对平均粒径分别为0.25 mm和0.5 mm的砂石进行气力输送试验,对气固两相流动的阻力性能进行研究.试验结果表明,在发送压力保持不变的情况下,当输送气速逐渐下降时,分支管的单位长度压差在开始时减小,但当输送气速下降到一定程度后,单位长度压差下降趋势减缓,有时甚至转而增大;当分支管路流量控制阀开度差值由小变大时,两分支管路中颗粒产生沉积时的临界速度发生相反方向的变化,且平均粒径较小的颗粒临界速度相对较大.     

扫吸式吸入口流场仿真分析研究

针对扫吸式吸入口流场仿真分析中模型建立和分析方法选择的难题,选取Fluent中的多参考系模型(MRF)作为建模方法,确定了扫滚相对于吸入口罩壳之间的速度换算公式。通过改变扫滚转速和输料管与扫滚之间的中心距,研究了影响扫吸式吸入口空气流量和入口速度变化的因素,并绘制出扫滚壁面和入口速度云图。最后根据分析结果,优化了扫吸式结构尺寸和运行参数。结果表明,采用多参考系模型可以实现扫吸式吸入口内部流场的仿真分析研究;对于作业宽度为400mm的扫吸式吸入口,当扫滚转速为300rad/min,输料管与扫滚之间的中心距为350mm时,吸入口内部空气流量和入口速度最大。     

气-液-固自然循环流化床中的流动特性和压降

建立了气-液-固冷模多管自然循环流化床蒸发器,利用CCD图像采集和处理系统,研究了固体颗粒的种类、含率和通气量等操作参数对于固体颗粒的流化和运动形态、分布以及加热管束中液-固两相流压降的影响．结果表明：通气位置对于固体颗粒在加热管柬中的分布影响较大．在上、下管箱中,固体颗粒的运动和流化形态不同．在上管箱中,固体颗粒形成中心上升、四周下降的循环运动,并且随着其密度的降低,固体颗粒在上管箱中的分布逐渐趋向均匀;在下管箱中,固体颗粒在中心轴的两侧形成两个大的旋涡,旋涡的旋转速度随着通气量的增加而增大．当气体从上管箱加入时,加热管束中液-固两相流的压降随着固体颗粒加入量和通气量的增加而增大．利用实验数据建立了加热管束中液-固两相流的压降模型,模型结果与实验数据吻合较好。     

射流对管道水流压力场的影响

为探究射流对有压管道内主流压力场的影响,就矩形管道内流体汇入单股射流进行了实验研究。射流入射方向与主流之间的角度为90°,射流速度为主流速度的1~6倍。实验结果表明,在入射口附近存在1个向下游偏斜的射流核心区;随着入射流体的进入,核心区内的压力略有增加;核心区外,管道内流体压力产生较大幅度的提升,该提升量与射流速度的二次方成正比,与主流速度无关。     

可调式喷射器流场数值分析

建立了可调式喷射器的数学模型,使用FLUENT软件模拟了调节锥在不同位置的喷射器内部流场.结果显示,喷射器轴线上的压力在等截面混合室中呈线性增加;在扩压室的初始段升高迅速,中后段升高缓慢.混合室内中心部位的流速与边缘流速差异较大.调节锥轴向进入喷嘴喉部使激波位置移向上游,工作流量减少.     

四支管钢板控冷结构喷嘴管出口流量均匀性

利用有限元耦合场数值模拟计算方法,对钢板控冷设备中四支管结构管路的流场进行了三维稳态数值模拟,分析了喷嘴管直径、喷嘴管高度、支管直径以及入口管进水流速等参数对各喷嘴管出口流量均匀性的影响. 模拟结果表明:喷嘴管直径、支管直径、入口管进水流速对各喷嘴管出口流量均匀性影响较大,而喷嘴管高度对各喷嘴管出口流量均匀性影响较小.     

黏度对垂直上升管段塞流流动规律的影响

为研究在不同黏度的条件下的垂直管段塞流流动特性,进行了实验和数值模拟研究,对不同黏度下的截面压力、含液率、压差波动信号及压降值进行分析.结果表明:液相黏度的增大使气塞长度减小,并缩短至7.5～9倍的管径,段塞周期缩短,管道截面压力和压差波动会随之加快,平均持液率也逐渐增大,Mukherjee-Brill模型无法准确预测高黏油气流动的持液率,VOF(volume of fluent model)模型的持液率计算精度较高.液相黏度的变化对段塞流压降有一定影响,实验和模拟计算中都出现了负摩阻压降现象,总压降随着黏度增大而增大;Beggs-Brill模型的压降计算精度随着黏度的增加而降低,Hagedorn-Brown模型和VOF模型对压降的预测效果较好,误差低于15％,可见优于其他模型.     

超声速旋流分离器内气液两相流流动特性

采用考虑颗粒碰撞的欧拉-拉格朗日数值方法对超声速旋流分离器内部复杂的气液两相流场进行数值计算。在数值模拟中,采用RNG k-ε模型模拟气相流动,采用离散相模型(DPM)追踪颗粒运动轨迹。以湿空气为介质,测量超声速分离器的轴向压力并与数值模拟结果进行对比。结果表明:数值模拟结果和测量值较为一致;气体进入超声速喷管后发生膨胀形成低温(-70℃),使天然气中的水凝结为液滴,同时气体经旋流叶片产生旋流,经中心体的收缩形成较大的离心加速度(300000 g);在巨大的离心场作用下极少部分液相颗粒随气相从扩压器流出,大部分液相颗粒与旋流分离段壁面碰撞被吸附或直接进入积液槽空间被排出,达到气液分离的目的。     

大产液量水平气井不同气举方式气液两相流研究

连续气举是产水量大的水平气井重要排采措施,针对现场正举和反举的特点,为揭示气田开发过程中反举条件下油管和正举条件下油套环空内的气液两相流流动规律,分别用水和空气在套管内径为127.3 mm、油管外径为73 mm的油套环空和内径为60 mm的油管内进行了井筒气液两相管流模拟实验,对低压积液气井气举时井筒流动规律进行了研究分析,分析了井筒中气相和液相的体积流量、注气方式等因素对井筒压降和持液率的影响。结果表明：在相同气、液流量条件下,反举时的持液率比正举持液率小;不同气举方式下的井筒压降随注气量的增加呈不同的变化趋势,反举时的井筒压降比同工况下正举的压降大,对于产液量较大且有一定地层能量的气井,推荐采用反举方式进行气井排水采气。