颗粒材料力学特性的数值模拟

针对颗粒介质特殊的力学特性,研究了二维颗粒堆积体中力的传递与分布,应用离散元理论建立数值模拟模型,并计算了堆积体中的接触力.结果表明,计算结果与物理试验现象较为吻合,在模拟中同时反映了颗粒介质中的拱效应和双峰现象.     

散体颗粒在滚筒内运动特性的实验研究与数值模拟

通过实验方法研究了不同转速下丝状散体颗粒在滚筒内的运动状态,并采用烟丝作为实验材料,测量其在滚筒内的停留时间.实验结果表明:滚筒烘丝机转速越大,颗粒在抄板的提升作用下运动越剧烈,做圆周运动的时间越少,从而导致颗粒在滚筒内的总停留时间越短.在该实验基础上利用"虚拟颗粒团"方法对滚筒内散体颗粒的运动过程进行数值建模,得到的模拟结果与实验数据吻合较好.因此,采用此数学模型模拟不同滚筒倾角条件下丝状颗粒在滚筒内的运动过程,模拟结果显示:滚筒倾角越大,丝状散体颗粒在抄板和滚筒壁面的综合作用下,纵向运动时间越少,颗粒在滚筒内停留时间越短.     

丝状颗粒在滚筒横向截面中的传热传质特性

针对丝状物料在滚筒内干燥不均等问题,从干燥机理出发,建立了一种基于离散单元法的丝状颗粒传热传质数学模型.利用该模型对滚筒横向截面中丝状物料的温度和含水率的变化过程进行了分析计算,并通过实验验证了数学模型的有效性.研究结果表明:筒壁温度的变化对丝状颗粒传热传质特性有着直接且重要的影响;在干燥的初始阶段,颗粒彼此间温度的不均匀性迅速增大,但随着干燥的进行,颗粒之间的温度差别又呈现出逐渐缩小的趋势.颗粒间含水率的不均匀性在干燥的初始阶段同样迅速增大,当满足一定的干燥条件或一定的干燥时间,筒体内部丝状颗粒的干燥程度将会越来越均匀;丝状颗粒在滚筒中所获取的热量主要来自于与高温壁面(特别是与筒体之间)的接触导热;与升举式抄板相比,均布式抄板可使颗粒在滚筒横截面上的分布及颗粒间的温度和含水率更加均匀.     

喷雾碰壁混合三维数值模拟

针对国外在喷注碰壁混合的研究现状和存在问题,成功地建立了一个较全面的三维流体喷雾碰壁模型,描述液滴碰壁后粘附,反弹／粘附,飞溅／附壁射流等各种现象,并对一典型燃烧室内的喷雾碰壁混合过程进行三维数值模拟,其计算结果与实验结果比较吻合,说明计算模型的构筑是正确的,具有较高的工程实用价值。     

滚筒内颗粒混合过程的实验研究

通过自行设计搭建的滚筒实验平台,以玻璃珠为颗粒材料,探究了不同尺寸颗粒的混合/分离过程,并测量不同操作参数下的滚筒功率消耗.实验结果表明:高填充比时颗粒分离现象更明显,呈现典型的小颗粒被大颗粒包围的现象.在低填充比时,对于尺寸接近的颗粒不同转速下的颗粒分离现象不明显.颗粒粒径差距越大,颗粒分离现象越明显.随着滚筒转速和填充比的逐渐增大,功率消耗逐渐增大,而相比之下功率消耗对粒径比的敏感性比较低.     

纤维质颗粒床阴燃特性的数值模拟

以木材为样本研究纤维燃料的阴燃特性,建立了颗粒阴燃的二维两相流数学模型,用单步总反应模拟燃烧,用ＰＩＳＯ算法求解,研究了不同工况下阴燃波的传播规律,讨论了气体流速,点火面积,空隙率和颗粒大小等参数对阴燃传播特性的影响,研究结果对于火灾的预防与控制有一定的参考价值。     

颗粒起动过程的数值模拟

目的采用欧拉-欧拉方法研究不同粒径沙尘颗粒起动规律。方法采用数值模拟的研究方法。结果在雷诺数为1.7×105时,分别计算了1.00,0.50,0.08 mm 3个粒径的沙粒起动过程。数值模拟的结果能够模拟出沙尘颗粒的3种运动过程,和实验现象吻合。结论对于粒径为1.00 mm和0.08 mm的颗粒来说,颗粒的起动总是首先发生在风速突变的地方;粒径越小的颗粒起动越快,即更容易发生起动过程。     

圆柱尾迹中颗粒运动的直接数值模拟研究

文中首先对圆柱尾迹拟序结构进行直接数值模拟,得到高精度流场后对圆柱尾迹中的运动颗粒进行研究.通过研究不同颗粒St数,流场Reynolds数对颗粒扩散运动的影响来刻画圆柱尾迹中颗粒运动的物理机理.研究表明,由于圆柱尾流独特的涡结构特征,颗粒在圆柱尾迹中的扩散机理主要是决定于吸力作用.     

海水淡化装置水流特性的三维数值模拟

运用计算流体力学方法,对多级闪发式海水淡化装置第一级的流动进行了三维数值模拟,分析了闪发室内的水流特性,并将有阻流板的与无阻流板的计算结果进行了比较,数值模拟结果表明,闪发室内存在着大尺度的环流和旋涡,且主导着闪发室内的流态,对闪发效率产生重要影响;阻流板确能很大地改变整个闪发室的水流特性,但目前的阻流板设置方式对提高闪发效率是不利的．     

渣浆泵内固相颗粒冲蚀特性的数值模拟

应用雷诺涡粘模型(液相)、离散相流动模型(固相)和压力耦合流场计算法,对渣浆泵全流道内固液两相湍流场的固相颗粒的冲蚀行为进行数值模拟.研究泵转速、固相粒径和叶片参数对颗粒冲蚀特性的影响.研究结果表明:随着泵转速的提高或者粒径的增大,颗粒冲击叶片表面的位置逐步移向叶片的头部,颗粒的冲击速度和冲击角度随之增大;不同叶片参数的叶轮对固相颗粒的冲蚀行为影响明显;数值模拟的研究成果可应用于抗冲蚀磨损叶轮的设计.     

提高回转烘干机的效率

从影响回转烘干机干燥速率的因素入手,结合生产实践,讨论了强化干燥速率,提高回转烘干机效率的主要措施。     

固井用油井水泥颗粒干混特性的数值模拟

在固井作业中,湿混方式混合时间长、原料浪费严重、环境污染大,因此气力干混技术日益得到重视。为探究干混时油井水泥与外掺料混合均匀程度的变化规律,确定最佳操作条件,利用FLUENT软件,采用欧拉-欧拉多相流模型对混拌罐内油井水泥颗粒和外掺料颗粒的混合过程进行数值模拟,分析了进气速度、进气口数量、物料装填顺序以及颗粒物性等因素对混合情况的影响。结果表明：气流速度较低时油井水泥与外掺料混合不均匀,气流速度过高则会出现颗粒局部集中;对本算例而言,气流为1 m/s时可获得较好的混合效果;增加进气口数量不能明显改善颗粒混合的均匀程度;初始装填时,密度最大的颗粒不应置于最底层;颗粒密度对混合情况有较大影响,而粒径的影响较小。     

无抄板间热式滚筒干燥机传热研究

对流传热系数α是间接加热式滚筒干燥机设计中的重要参数。通过因次分析建立了无抄板间热式滚筒干燥机对流传热系数α与干燥机操作条件间关系的模型,并进一步分析了模型中各个影响因素对对流传热系数α影响。结果表明:无抄板间接加热式滚筒干燥机的对流传热系数α随干燥机内物料流动速度(D.n)、湿分组成x1、物料振实密度ρbt和有效黏度η的增大而增大,随干燥机特征尺寸δ和物料比热λ的增大而减小。     

可压缩双组分混合层的直接数值模拟研究

通过数值求解可压缩Navier-Stokes方程模拟了三维可压缩双组分混合层问题,着重研究了双组分密度比和可压缩效应对混合层发展演化的影响.研究表明,随着密度比的增大,混合层扰动增长率降低.在混合层发展初期,可压缩性作用尤其是斜压效应对旋涡的发展起主导作用;在混合层发展后期,可压缩性影响减弱,旋涡的拉伸扭转效应占主导作用.同时,还分析讨论了可压缩混合层中湍流的转捩及拟序结构的演化过程.     

Direct numerical simulation of three-dimensional coherent structure in plane mixing layer

The three-dimensional temporally evolving plane mixing layer is sinulated by directly solying the Navier-Stokes equations using pseudo-spectral method. The process of loss of stability, and the formation paring, and development of vortex are presented. The simulated result shows that the evolving characteristics of coherent structure are important mechanism of growing and entrainment of mixing layer.     

数值模拟及可视化技术在旋转水力机械设计中的应用

以苏州市仙人大港泵站工程为例,对泵站的叶轮、导叶及平面轴伸式流道进行三维立体图形显示,对排涝、引水等不同运行工况下泵站装置全流道三维流场进行数值模拟,并给出了流道中各点流速及压力等物理参量的空间分布.模拟结果以平面、立体相结合的方式展示,直观、逼真.该技术可用于流道型线的优化、结构形式及尺寸的多方案快速比选,并可预测水力机械性能,为旋转水力机械的设计和建设提供决策支持.     

水泵内部的三维数值模拟

采用标准k-ε模型和SIMPLE算法，对一台单级轴流水泵动叶轮的流场进行了数值模拟，根据计算结果对该水泵的性能进行了分析，从而表明，利用CFD进行流体机械设计可以大大减少实验成本，缩短实验周期，对于从事流体机械设计的工程技术人员有一定的参考价值。     

Direct numerical simulation of particle-fluid flows in turbulent mixing layer

The coherent structures of a three-dimensional temporally mixing layer and the associated dispersion patterns of particles are numerically studied using a pseudospectral method for fluid and the Lagrangian approach for tracing particles at different Stokes numbers without consideration of particle-particle interactions. The results show that the particles with Stokes number of the order of unity have the largest concentration near the outer edges of the large-scale spanwise vortex structures. The study validates the effect of the streamwise large-scale structures on the particle distribution along the spanwise and transverse directions and it enhances with the development of the three-dimensionality of the mixing layer, which results in a ‘mushroom’ shape of the particle distribution in the spanwise direction.     

流化床中烟丝颗粒的流动特性

为深入研究气流干燥原理,优化工艺参数,改进和开发气流干燥设备,对烟丝物料在流化床中的流化特性进行了研究.通过所建立实验装置,分析了送风量与进料量对烟丝在流化床内的数量浓度分布的影响.采用欧拉方法进行数值模拟,并进行了实验验证和对比,两者吻合较好.研究结果表明:流化过程中烟丝物料在流化床内分布不均匀,在近壁区域尤其是床内四角处,烟丝的数量浓度明显高于床内其他位置.数值模拟和实验研究均发现了烟丝在气流干燥过程中的结团现象和结团发生的主要区域,在此基础上提出了对流化床进行改进的方案,并进行了数值实验.结果表明,所提方案能够有效防止和减少结团的产生,为解决烟丝结团问题提供了很好的理论支持.