环管反应器内液固两相流的数值模拟

为了对环管反应器内液固两相的流动形态进行研究,建立以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型。在浆液流速远大于自由沉降速度的情况下,模拟不同浆液入口速度时的环管反应器上升段压力降,同时对管道内液固两相流中的一些重要参数进行数值研究：在入口液固两相体积分布均匀的情况下,环管反应器上升段、弯管段以及下降段液固两相体积分布和液固两相速度均不一样,在弯管段由于离心力引起管道内二次流,使得固相颗粒甩向弯管的外侧壁,引起固相体积分数在弯管外侧壁明显增大,管道内固体颗粒相分布不均。在浆液速度v=3m.s-1时,液相和固相的速度有一定的速度差,随着入口速度增大,速度差变小;当浆液速度v=7m.s-1时,固体颗粒相速度分布与液相速度基本相同,两者之间的滑移速度可以忽略。计算结果与传统经验公式的比较表明模型能有效地描述环管反应器内压力降和反应器内浆液流动形态。     

Influence of feature size of micro-scale channel on ink flow characteristics

Under the micro-scale condition,feature size of the channel is one of the main factors influencing the fluid flow characteristics. In printing process,ink thickness in the extrusion zone formed by two ink rollers may reach micron scale. Compared with macroscopic fluid,the velocity field and the pressure field of fluid may change when the feature size of fluid channel reaches micron scale. In order to control printing quality,it is necessary to research the influence of feature size on ink flow characteristics in micro scale. This paper analyzes it in theory,and then numerical simulation of an ink flow model with different feature sizes is carried out in no slip condition. The influence of the feature size on the ink flow characteristics and the wall shear force are obtained. Besides,the ink flow model with different feature sizes is simulated numerically in slip condition,and the influence of feature size on ink flow characteristics is obtained. Finally,by comparing and analyzing the above results,it can be concluded that both the ink velocity and pressure at the inlet of the extrusion zone are inversely proportional to the feature sizes whether in slip condition or not. And the ink velocity in slip condition is larger than that without slip,the pressure at the inlet of the extrusion zone is less than that in no slip condition. Within the micro-scale range,the ink velocity difference between the two conditions cannot be ignored. Therefore,it is necessary to consider slip when analyzing the influence of feature size of micro-scale channel on ink flow characteristics.     

水煤浆管流的表观滑移流动研究

通过理论推导和计算,研究了存在壁面表观滑移的水煤浆管道流动规律.结果表明,滑移层厚度(微米级)对流动有一定的影响,而且由于滑移层的存在引起的减阻取决于无量纲的滑移层厚度,流量随滑移层厚度的增加而增加,即线性递增.当滑移层厚度在微米级内增加时,水煤浆的滑移修正系数随之增大,并且成正比关系.     

三相流运动力学对减缓膜生物反应器膜污染的理论分析

运用气、液、固三相流运动力学原理对一体式膜生物反应器运行过程分析,得出:①反应器膜外污染的临界流速与膜管抽吸压力及主腔宽度、曝气条件的关系;②膜管内膜壁存在或不存在凝胶层条件下,产生污染的临界速度与膜管径、污染物粒径、膜管内抽吸压力、膜管内流态及膜壁对污染物吸附力的关系;③消除膜污染运行控制措施及条件.     

宾汉流体与颗粒间的密相两相湍流研究

参照密相液固两相湍流方程，并考虑到宾汉流体的本构关系，建立了描述汉流体与颗粒间的两相湍流流动的控制方程，编制了计算程序，为数值计算奠定了理论基础，采用IPSAR（Inter Phase Slip Algorithm Revised）算法，对直圆管内的宾汉流体与颗粒间的两相湍流流动进行了数值计算研究。结果表明：在直圆管中，颗粒相的速度分布比较均匀，且其在壁面处高于宾汉流体，随着屈服应力的增加，两相主流速度均减小，同时宾汉流体动能有减小的趋势，而颗粒相体和浓度则呈现出增加的趋势，因此宾汉流体的了应力及对其湍流流动有重要的影响。     

水基泡沫流变特性研究进展

水基泡沫在石油钻井、驱油及矿物浮选等方面应用广泛,但因其自身结构的复杂性及不稳定性,准确描述其流变性需要考虑液膜排液、气体扩散、泡沫质量、泡沫结构、可压缩性、壁面滑移、测量系统相对于气泡的尺寸、环境温度及压力等多方面因素,以致于目前尚无有关泡沫流变性的公认理论。实验研究过程中控制壁面滑移的较普遍做法是增加流道壁面（转子表面或管壁）的粗糙度,基于适当假设所提出的一些理论修正方法具有较好的适应性。体积平衡法假设泡沫管流摩擦系数为常量,在一定程度上解决了泡沫可压缩性给管流压降计算所带来的困难。目前普遍认为泡沫流变性可用幂律模式或赫谢尔–巴尔克莱模式很好地描述,是否存在“屈服应力”则因测试条件差异而存在争议。     

水平管内气液两相流影响滑脱损失的实验研究

为了探究滑脱损失在气液两相流中对压降存在的影响,从而进一步减小滑脱带来的损耗,本文通过利用多相流实验设备,采用水-空气为流动介质,对水平管条件下的气液两相流中的滑脱损失进行了实验研究。在采用杜克勒Ⅰ法无滑脱压降模型的理论基础上,结合实验所得数据,利用滑脱密度、滑脱压降和滑脱压降比三个参数分别对不同管径、不同液相表观流速以及不同气液比条件下的滑脱损失进行了分析。结果表明：在相同气体表观流速条件下,最大滑脱损失会随管径的增大而增大;当气相表观流速一定,液相表观流速越大时,滑脱损失在管线的整体压降中产生的影响越大;在液体表观流速不变,气液比改变时,可根据滑脱压降大小判断滑脱损失影响;水平管中滑脱损失变化与滑脱密度之间没有明显的关联性;水平管中段塞流型相较于层状波浪流会产生更大的滑脱损失。以上结论可为工程设计、实践提供参考。     

Velocity Distribution of Slurry in Horizontal Pipe When Solid Particles Sliding

Based on the laws of momentum conservation and impulse in accelerating process, the distribution on speed of ununiform slurry flow in a horizontal pipe was studied. According to the momentum change of solid particles and conveying liquid of slurry flow during accelerating, and some effect factors, the relationship between the speed of solid particles and the speed of conveying liquid was obtained.When dealing with the friction between sliding solid particles and pipe, it is pivotal to reasonably distribute component of friction to each solid particle. The friction coefficient between solid particles was obtained by forces analysis and theoretic calculation, and can be used to calculate the friction force on every solid particle. The effect of friction on speed of ever), solid particle was investigated through the impulse law. The result is more accurate than that by using uniform friction on solid particles. It is completely new method to use above theory to get solid particles speed distribution, conveying liquid speed distribution and slurry speed distribution.     

水平弯管内水合物浆的流动特性

 为了掌握水平弯管内水合物浆的流动特性,采用基于颗粒动力学理论的欧拉双流体模型进行建模研究,其中RNG k-ε 模型用于模拟湍流运动,液固两相间的曳力体现相间耦合作用。结果表明,弯头处出现了明显的二次流现象,且速度最大值分布在偏向内侧横截面上;颗粒增大了管内水合物浆湍动能,并使弯曲段的浆液湍动能分布更均匀,弯管和水合物的存在对压能损失产生影响。在相同的水合物体积分数下,浆液压力梯度随平均流速的增加而增大;在相同的流速下,浆液压力梯度随水合物体积分数的增加出现了缓慢增长区、过渡区和快速增长区。为了对堵塞风险进行有效预警,除了考虑平均流速等因素,还需要从水合物生长过程中微观特性变化的角度对压降分区和流变多样性进行探索。     

流体黏度对固液界面滑移的影响

最初的滑移效应研究基于滑移长度模型和剪切应力模型,但都未涉及流体黏度变化条件下的滑移情况.本文基于滑移长度模型,理论推导出滑移长度随流体黏度及薄膜厚度的变化关系,并对滑移长度模型的流体阻力和压力进行修正,分析流体的滑移对其稳定性的影响.理论研究结果对固-液界面相关实验具有指导作用.     

水平管段塞流特征参数测量方法的试验研究

在内径 5 4mm、长 2 4m的水平有机玻璃管中利用空气水为试验介质对段塞流特征参数的测量方法进行了研究。利用上、下游两个压力信号相减得到差压信号 ,用电导探针测量了波高信号。分析了压力信号、差压信号和波高信号之间的对应关系 ,给出了利用差压信号相关测量液塞速度的方法 ,提出了“差压渡越时间”的新概念 ,并根据差压渡越时间这一概念提出了测量液塞长度的新方法。同时探讨了利用压力和波高信号测量段塞流特征参数的可能性和优缺点。试验结果表明 ,利用差压信号相关易于测量液塞速度、液塞频率和段塞单元长度 ,但用差压信号不能测量段塞流持液率的变化。液塞速度随气液混合物速度增大而增大 ,滑脱系数C0 不是一个常数。用波高信号相关可以测得液相平均速度。用波高和压力信号不易于测量液塞频率和段塞单元长度。     

Low frequency oscillatory flow in a rotating curved pipe

The low frequency oscillatory flow in a rotating curved pipe was studied by using the method of bi-parameter perturbation. Perturbation solutions up to the second order were obtained and the effects of rotationon the low frequency oscillatory flow were examined in detail, The results indicated that there exists evident difference between the low frequency oscillatory flow in a rotating curved pipe and in a curved pipe without ro-tation. During a period, four secondary vortexes may exist on the circular cross-section and the distribution of axial velocity and wall shear stress are related to the ratio of the Coriolis foree to centrifugal foree and the axial pressure gradient.     

壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯过程的影响

 数值模拟了壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯（RPVC）过程的影响。由Navier线性滑移定律确定螺杆壁面熔体所受的剪切应力与熔体滑移速度的关系,在不同壁面条件下,使用Polyflow软件的Eolution法,数值计算了异向锥形双螺杆计量段流道内RPVC熔体的体积流量和三维等温流场。结果表明,熔体在螺杆壁面无滑移时,螺杆流道内熔体速度大,速度梯度大,剪切速率等值线形状不规则,分布杂乱。当滑移系数小于104Pa·s/m时,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量不变。当滑移系数大于104Pa·s/m时,随着滑移系数的减小,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量增大,速度梯度减小,压力和剪切速率梯度减小,参考线上熔体压力波动减小。因此,改善壁面条件有利于提高聚合物螺杆挤出过程的稳定性,降低制品的残余应力,提高制品质量。     

外加横向激励对固-铰支承管道流固耦合振动的影响

首先, 由Hamilton 原理推导外侧施加横向激励的输液管道流固耦合弯曲振动微分方程, 针对固-铰支承管道提出一种新的振型函数, 利用Galerkin 法求得前五阶固有频率表达式, 并且通过对比验证了新振型函数的正确性. 其次, 在一阶截断情况下求得这类管道的挠度、弯矩和剪力表达式, 讨论了流速、液压和外激频率变化对固-铰支承管道中点挠度和最大弯矩的影响. 结果表明, 由新振型函数确定的前五阶固有频率不仅计算简便而且具有很高的精度, 同时验证了输液管道固有频率对液压和流速的依赖性, 也证实了对于流固耦合问题, 结构发生共振与外激频率接近结构固有频率有关同样适用.     

负压差立管内气固两相流的气相流动特性

对负压差立管内气固两相流的气相流动特性进行了分析，并基于滑落速度与空隙率的线性关系，建立了立管内气相速度的计算模型，给出了气体流量与相关参数的关联式。分析结果表明，负压差立管内气固两相流中气体来源于出口端进入的流化床流化风和入口端下行颗粒夹带的气体。气流大小和方向的变化主要受颗粒质量流率和立管负压差的影响，存在一个气流方向改变的临界颗粒质量流率GSC。当颗粒质量流率GS〈GSC时，流态是稀密两相流态，气体上行，成分是上行的流化风；GS〉GSC时，流态是浓相输送流态，气体下行，成分是下行颗粒夹带的气体，这个气体量随颗粒质量流率的增加而增大。模型计算结果与实验数据一致。     

预测气液两相分层流界面剪切应力的新方法

针对水平管气液两相分层流界面剪切应力的预测,建立了基于计算流体力学（CFD）方法的剪切滑移壁面模 型,即将气液界面处理为固定的具有均匀剪切应力的水平滑移壁面。利用FLUENT 软件模拟了气相流动,气液界面采 用剪切滑移壁面边界条件,通过对比实验测量的气相流场分布得到气速和界面剪切收敛值,并由收敛值拟合得到界 面摩擦因子与气相雷诺数的关联式。应用这一关联式的预测结果与实验间接测量值吻合较好,并且在气、液相雷诺 数9 4006ReG650 000 和21 0006ReL630 000 范围内优于Taitel 和Dukler 与Sidi-Ali 和Gatignol 模型。表明剪切滑移壁 面模型可以有效地控制关键参数,提高预测效率和精度,为CFD 方法预测气液两相分层流界面剪切应力提供了新的 思路。     

耗散粒子动力学中实现滑移边界条件的数值方法

流体在固体表面的速度滑移对宏观流动的影响通常可以忽略,但在研究微尺度流动时,滑移速度可能对流动产生较大的影响.因此在研究微尺度流动时,需要考虑流动在边界上的滑移.耗散粒子动力学方法是模拟介观尺度下流体的动力学行为的计算方法,目前该方法一般使用无滑移的边界条件.提出一种在耗散粒子动力学中实现滑移边界条件的数值方法,得到了和Navier滑移边界条件的Poiseuille流精确解吻合的速度剖面.     

气液固三相逆流湍动床流体动力学特性的三维数值模拟

基于多相流欧拉模型,应用计算流体动力学（CFD）软件Fluent 6.3,数值模拟了轻颗粒流、液体间歇方式进料的三维气液固逆流三相湍动床的流体动力学特性,考察了床内颗粒的轴径向速度和固含率分布规律。模拟发现：床内颗粒流化时存在颗粒的汇集行为;颗粒由床中心向壁面运动,中心附近颗粒径向速度大,壁面附近颗粒径向速度小;颗粒轴向速度分布不均匀,呈＂两头小中间大＂的趋势;固含率壁面附近高,中心附近低,并随轴向高度增加而减小;床内平均固含率随表观气速或液体黏度的增加而减小。     

临界CO2 传输中水合物对弯管冲蚀规律分析

管道输送超临界CO2过程中,受含汽量条件影响而形成的CO2固体水合物颗粒会对管壁造成冲蚀.研究水合物颗粒在不同条件下对弯管管壁的冲蚀规律对CO2的安全输送有重要意义.利用COMSOL Multiphysics软件分析超临界CO2输送管道的弯管段的固液两相流的流场规律,研究不同流速、不同粒径、不同弯曲角度下固体水合物对管壁的冲蚀规律.结果 表明,流动速度和粒子粒径的增加会使固体水合物对管壁的冲蚀更严重,使冲蚀区域的分布位置往弯管外侧管壁集中;弯管角度发生变化时,碰撞时粒子的入射方向与壁面的夹角发生改变,造成了冲蚀区域和程度的不同,直角弯管更易受到水合物粒子的冲蚀破坏.     

泡沫流体管流流动与换热数值模拟

基于质量、动量和能量守恒方程,建立泡沫流体在圆管内流动与换热的物理模型和数学模型,并利用FLUENT软件进行模拟,得到不同雷诺数下圆管内的压力损失、管道横截面上的速度分布和表观黏度分布,同时回归了不同雷诺数下的摩阻系数和努塞尔数经验关系式.结果表明:管内压力沿管程不断降低,且流速越大压降越大;管内温度沿管程不断升高,且流速越小温升越大;管道横截面上的速度、温度分布不均匀,越接近管壁速度越小,温度越高.