幂律流体流流动指数对其湍流流动的影响

考虑到幂律流体的本构关系,结合流动指数的影响,建立了适用幂律流体的Ｎ－Ｓ动量方程和湍流模型方程。采用压力耦合半隐式ＳＩＭＰＬＥ算法,对不同流动指数的幂律流体湍流流动进行了数值计算,计算结果与实验数据比较吻合,对计算结果进行分析后发现,对于不同流体指数的幂律流体,其湍流流动的变分趋势不同,从而揭示了幂律流体的流动指数对其湍流流动有重要的影响。     

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。     

圆管突扩层流流动计算

对轴对称圆管突扩层流流动进行了系统的数值模拟研究,关联出了精确的关于回流长度和回汉强度的计算式,给出了最大回流速度、流动再发展长度的计算式,并指出流动的再发展长度与突扩经无关,而与雷诺数呈线性增长关系,提出了分流线和零轴向速度线的概念,并从物理意义上给予解释,分析了它们与雷诺数和突扩比的关系,研究表明,当以对应的回汉区长度作为轴向距离的长度度量单位时,轴线速度衰减规律与来流雷诺数无关。     

人工压缩法计算突扩管道流

使用人工压缩法计算了突扩管道流.对计算所得不同雷诺数下的等压线图和流线图进行了对比分析,结果表明,在扩张截面的拐点处形成了低压区,扩张后在侧壁右侧形成了涡,且Re数越小涡越小,Re数越小涡心的位置离侧壁越近.同时在计算中也发现,Re数较大时在出口处将形成回流区,收敛速度也变慢.     

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.     

压裂管柱内突扩两相湍流数值模拟

采用标准k-ε模型,对不同施工排量情况下,压裂管柱内突扩两相湍流进行数值模拟,得到了流线分布、速度分布和砂比分布.模拟结果表明,在压裂管柱内突扩结构处形成了分离流旋涡,并使管壁处砂的浓度增加,流体和局部富集的砂对管壁形成了一定角度的冲刷、磨损作用.随着施工排量的增加,冲刷部位逐渐下移,现场压裂施工后管柱冲刷磨损部位与数值模拟结果基本一致.     

管道突扩处水头损失系数实验研究

管道突扩处水头损失系数理论计算公式因静水压强假设而具有局限性.文中根据实验分析得出该系数与突扩前断面流速有关,但二者之间规律复杂,在实际使用管道时,应通过实验确定该系数在不同流量下的值.     

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。     

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。     

不可压缩流体的有压槽道紊流

本文应用管流与有压槽道流的力学相似性,从理论上推导出不可压缩流体有压槽道紊流的以下3个关系式;(1)紊流时均速度的对数分布模型与断面平均流速的关系.(2)紊流光滑壁层流边层的厚度与速度计算公式.(3)阻力系数公式.以上结果已与 Dean 的工作进行了比较,在已知的实验范围内优于 Dean 本人提出的经验公式.     

幂律流体在矩形通道中充分发展流动的数值模拟及阻力计算

针对假塑性幂律流体在矩形通道中充分发展流动问题,用帕坦卡方法作数值分析,文中讨论了不等距网格的划分方法和粘度系数的插值方法。数值解给出了流变指数n=0.1,0.2,…,1.0及矩形边长比s=0.1,0.2,…,1.0范围内的全部fRe,发现圆管阻力计算公式只在一定范围内适用。本文作者给出了上述广阔范围内以当量水力直径为定性尺寸的阻力系数计算公式,其最大误差为3.57％,平均误差为1.9％。     

轴向变截面环空幂律流体内边界力的研究

在石油钻采工程中,井筒内流体多为非牛顿流体,在旋转杆管柱作用下做偏心环空螺旋流,而且偏心度沿杆管柱轴线呈任意变化.针对这一流体特性,建立了轴向变截面偏心环空幂律流体三维有限元模型,采用基于有限元的有限体积法,研究了流场分布规律及偏心度和转速对界面力的影响.计算结果表明:宽间隙侧最大轴向速度不变,旋转速度降低,窄间隙侧最大轴向速度降低,旋转速度增强.随着转速或偏心度的增加,流体对杆管柱作用的横向力和弯矩均增大,为进一步揭示和防治杆管偏磨提供了理论依据.     

扩缩通道内流动和换热非线性特性的数值模拟

对扩缩通道内流动与换热进行了数值模拟并探讨了其中的非线性特性.通过对不同突扩比ER、不同长宽比AR及不同雷诺数Re下通道内流场和温度场进行分析,给出在一定工况下对称通道内流体的流动和换热会出现偏斜等非线性现象的情况.数值模拟结果表明,存在临界雷诺数Rec使流体流动和换热形态发生转变,当Re超过Rec时,流体流动和换热不仅有对称解,还有非对称解;当Re继续增大时,流体流动和换热出现振荡.通道的几何尺寸及后缩段(表现为ER及AR)都对Rec产生影响.分析结果表明,当Re超过临界雷诺数Rec时,同一截面处上下壁面的局部努塞尔数Nu也由对称向非对称转变,上下壁面出现最大局部Nu的位置也不同.     

突扩断面流道压力损失分析

突扩断面流道是各类液压元件的基本结构形式,流体流经突扩断面流道时将产生压力损失,现有设计资料往往将这类压力损失视为与雷诺数(Re)无关的常值。采用理论分析方法,将流体流经突扩断面的总压力损失系数分解为近似理论值、与突扩断面对上游流速扰动对应的压力损失系数、与上游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数、与下游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数以及与突扩断面两侧压差对应的压力损失系数等5个组成部分;采用CFD模拟方法,研究了Re对总压力损失系数的影响规律。结果表明,存在临界雷诺数Re_(cr),当实际Re低于Re_(cr)时,总压力损失系数不再是一常值而随Re反比变化;在低Re时,与突扩断面两侧压差对应的压力损失系数是总压力损失系数的主要成分;而在高Re时,近似理论值及与下游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数是总压力损失系数的主要成分。提出的理论分析方法及数值模拟结果可为各类液压元件中过液孔道的结构优化奠定有益基础。     

幂律流体在半圆及扁圆形通道中充分发展流动数值分析与阻力计算

对假塑性幂律流体在半圆及扁圆形通道中等温充分发展流动问题,用帕坦卡方法作数值分析,半圆形通道直接用极座标体系,扁圆形通道为矩形与圆弧形两部分组合的通道,在两个座标体系内分析,并利用界面连续条件进行耦合求解,计算给出阻力系数fRe,并与圆管及矩形通道阻力系数关系作了比较和讨论。     

人工糙管中湍流运动特性的研究——Ⅰ.时均速度分布与脉动速度

以热线风速仪测定了横肋管中时均速度、脉动速度的均方根值。横肋管的几何参数:峰高0.01～0.04,间距10～40,Re=20000～70000。实验结果给出时均速度沿径向、轴向分布,脉动强度沿径向分布,同时获得湍流能谱。分析了粗糙对这些量的影响,粗糙可使湍流强度增大40～50%,而湍流尺度则有所减小,速度分布u~+服从对数律, u~+=2.5lny~++B B值随峰高变化(式中y~+为无因次距离;B为常数)。