气液两相流管道泄漏流场特性数值模拟分析

气液两相流管道声波泄漏检测技术在研究过程遇到流动参数无法准确测量难题,不能充分了解泄漏声源特性,阻碍了声波泄漏检测技术的发展.基于多相流体流动过程中声场和流场是密不可分的,且两者之间相互作用、相互影响.为补充实验研究和理论分析不足,利用ANSYS软件,建立了简化的管道泄漏几何模型,采用Fluent动网格技术和自定义函数...     

管道充水工况下气液两相流瞬态数值模拟

结合k-ε湍流模型,对三维管道充水过程的气液两相流进行了瞬态数值模拟.建立了管道充水过程液相体积分数与时间的数学模型,并对两相流在管道中的流动特性、能量损耗进行分析.模拟结果表明:充水过程中存在分层、段塞、气团、气泡流;气体在管道中以气团、气泡流流型向下游管网流动;气液两相流造成的能量损耗大于单相流,两相流能量消耗增大的原因是存在气液相间相互作用以及流体与管壁摩擦系数的增大;倾斜下降管道剖面水平方向轴向流速对称分布;垂直方向靠近管道顶部与底部分别出现气、液相轴向流速峰值,气液交界处轴向流速最低.     

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.     

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.     

闭式循环振荡热管内气液两相流数值模拟

建立了考虑气液界面存在及其表面张力影响的较全面描述振荡热管内气液两相流动、传热传质和相变过程的气液两相流数理模型.模型中气液分布及界面运动采用VOF方法,表面张力影响采用CSF模型,对一典型闭式循环振荡热管起始工作阶段进行数值模拟.结果表明:所建立的模型成功模拟了振荡热管初始气液分布,启动阶段管内的泡状流、柱塞流、环状/半环状流和壁面回流等复杂气液流动流型和转变,以及起始循环阶段环状流和柱塞流在竖直管段内交替出现的现象.结果与相关定性实验观测非常一致,进而分析了启动阶段2个过渡管段内工质的流动及传热.分析表明在绝热段和冷凝段之间的过渡段,工质温度、压力和流型的变化明显,管内传热工况的转变主要发生在该区域内.     

煤层气井筒气液两相流数值模拟

在煤层气井开采过程中由于井底积液的影响,会在管道中形成气液两相流动。用数值模拟方法研究含气率、进口压力、进口温度、压降等参数对气液两相流流态的影响。结果表明：进口压力和进口温度对气液两相流流态影响较小;含气率对两相流流态的影响很大,决定了气液两相的流态,当含气率小于0.2时,气液两相流呈现泡状流,当含气率在0.2～0.3时气液两相流流态呈现段塞流,当含气率在0.5～0.6时,气液两相流流态呈现搅动流,当含气率超过0.8时,气液两相流流态呈现环状流;压降对流体的影响较为复杂,随着压降增加,流态会缓慢发生变化,管内两相流中的气体膨胀,改变了截面含气率以及气液两相的表观速度,使两相流流态发生了转变;当压降超过一定值时,流态会从一种形态转变为另外一种形态。     

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。     

离心泵自吸过程的气液两相流非稳态数值模拟

 选取一种常用的立式外混式自吸离心泵作为研究对象,运用非稳态数值模拟手段,探索自吸离心泵起动后气液两相流动的瞬态过程.研究采用了接近真实自吸情形的设置,选取一段吸入管路充满空气作为模拟计算的初始条件.计算得到了自吸泵内气液两相分布、压力分布和速度分布与时间的关系,叶轮入口和泵出口处气液相流量随时间的变化规律,由此可估算自吸时间.计算发现泵吸入和排出气量的时间主要集中在泵起动的初期,叶轮入口和泵出口处的瞬时含气率分别可达到30.9%和20.2%.此外,蜗壳开孔起到分流排气的显著作用,孔口排气量占整个蜗壳排气量的20%～25%.本文所采用的模拟方法和结果对于研究自吸泵自吸过程和自吸性能,具有一定的理论和工程价值.     

气液两相管流相界面检测及数值模拟研究进展

准确识别相界面结构形态是相界面力学分析的基础,也是研究气液两相流动规律的一种重要技术手段.针对动力、能源、化工、医药及航空等领域气液两相管流的相界面拓扑性强、变化速度快、实现准确测量难度大等特点,开展了气液两相管流相界面检测技术和数值模拟方法的综述研究.相界面检测技术主要有电容法、电导法、光导法、射线法、热学法、声学法...     

固液两相流管道水力输送的研究进展

在参阅国内外有关文献的基础上,介绍了管道水力输送的基本原理,综述了管道固液两相流动中流动状态,浓度和速度分布,临界流速及摩阻损失等方面的研究进展。     

制冷剂在毛细管内流动过程的数值模拟及程序实用化

本文给出了一个既考虑热力学非平衡的影响,又考虑汽、液相间相对速度的毛细管内带有汽化过程的两相流数学模型。模型计算结果与试验数据的一致性及计算程序的实用化处理表明,它不仅可用来分析制冷剂在毛细管内的流动机理和特性,还可应用于小型制冷系统设计中毛细管几何参数的选择及系统的参数匹配。     

水平管内气液两相螺旋流压降规律实验研究

在气液两相流实验装置上进行了流型和压降的实验。以空气和水为实验介质,对水平管内气液两相螺旋流的流型进行了研究。依次得到螺旋波状分层流、螺旋泡状流、螺旋弥散流三种典型的流型图像。并分析了流型、体积含气率、气液折算流速以及叶轮起旋参数等因素对气液两相螺旋流压降的影响。最后实验表明,流型是影响压降规律的主要因素,其他因素对压降的影响亦有影响。螺旋弥散流是压降梯度最小的流型。以上结果对今后相关的研究以及工程实际应用具有重要的指导意义。     

基于VOF方法数值模拟离心式喷嘴内两相流流动

离心式喷嘴内的气液两相流动是影响喷嘴雾化特性的重要因素.利用FLUENT软件,基于VOF(volume-of-fluid)方法对离心式喷嘴内的气液两相流动进行三维数值模拟.模拟计算很好地捕获了燃油在离心式喷嘴内所形成的空气涡及雾化锥角,所得的喷嘴内压力分布、相分布与雾化锥角反映出该离心式喷嘴内流动特点,并与试验结果吻合较好.同时还计算了不同入口压力下喷嘴出口处的速度与雾化锥角,结果表明,随着入口压力的增加喷嘴出口速度增加,但对喷嘴雾化角影响较小.因此,数值模拟方法为离心式喷嘴的设计与雾化性能预报提供了必要的边界条件与理论基础.     

考虑管径因素的中高流速气液两相倾斜管流持液率新模型

为准确得到高流速下倾斜管气液两相管流的持液率,以空气和水为实验介质,设置气量180~2 000 m3/h,液量2~20 m3/h,在内径60 mm,长9.5 m的测试管内进行了常压条件下倾斜管高气液两相流实验。实验范围内主要流型是段塞流和环状流,将实验流型绘制到现有流型图中,对比多种流型图发现Mukherjee-Brill流型图适用于实验流型的判别。并通过实验数据对常用的持液率预测模型进行检验,对比发现Mukherjee-Brill模型相对准确,但误差接近20%,仍然较大。鉴于此,分析总结持液率的影响因素,并通过灰色关联度分析方法确定了管径准数对持液率存在较大影响,从而优化Mukherjee-Brill持液率模型,建立了新持液率模型。通过文献实验和本实验的高气液流速下不同压力、温度、管道直径、管道倾角的数据对新模型进行检验验证,新模型预测误差为6.85%,较现有5种持液率模型至少减少4.96%。     

倾斜管气液两相流型转化边界

为了得到更加准确的40D倾斜管气液两相流型转化界限,在内径为40 mm、长8 m的有机玻璃管内进行了角度为30°、45°、70°、90°的气液两相流动实验,实验记录了不同工况条件下的流型,将实验结果与较为全面的Barnea模型流型转换界限进行对比分析.结果表明:Barnea的流型图中泡状流-段塞流及段塞流-搅动流界限与...     

颗粒流体数学模型研究进展

颗粒流广泛存在于工农业生产过程中,分析颗粒体系的流体动力学特征越来越受到众多科研工作者的关注,但是人们对于其机理认识的还不深入。介绍了描述颗粒流动的数学模型,深入分析了各个模型的适用范围和优缺点,探讨了目前存在的问题和今后研究的重点。     

超常参数条件下汽固两相流动的相似与模化方法探究

基于相似与模化理论和三维数值模拟方法,对超常参数汽轮机调节级喷嘴内汽固两相模化试验方法进行了研究.结果表明:马赫数和斯托克斯数(Stk)是两相流动的决定性相似准则,其对粒子与壁面撞击速度的模化误差小于5%,撞击角度的模化误差小于3°;经过多种参数组合试验才能筛选出实现Stk在相应位置对应相等的数据,数值模拟预测可减少试验模化参数选择的盲目性.对比不同反弹模型论证了粒子反弹对冲蚀喷嘴壁面影响不大,偏差小于3%.该研究扩展了汽固两相流模化理论在超常参数条件下的应用.     

弦月型通道热虹吸提升管流动特性的数值计算

应用两相流和溶液热力学的基本理论对热虹吸提升管的流动特性进行了分析研究,采用两相流分相模型对其进行了数值计算,得出了对应不同截面、不同浸没高度下加热负荷与浓溶液的提升量、蒸汽发生量、浓溶液最大提升高度及稀溶液最小浸没高度的关系曲线.分析结果表明:在小加热负荷下(7.0 kW左右),直径比为19/32的组合套管的提升高度优于其他套管,最大提升高度高于直径比为16/32的组合套管.计算结果与实验结果符合良好,为该类型热虹吸泵的设计和运行提供了依据.     

混合工质及纯工质水平管内流动沸腾换热研究综述

本文在分析国内外有关文献的基础上,综述了非共沸混合工质及纯工质水平管内流动沸腾换热研究的成果和现状,并对该领域进一步的研究提出了一些看法。     

气液两相状态下有衬里水带水动力特性研究

消防水带内工质为有压气液两相流状态时,其工作过程中会产生无规律振动,极易造成水带磨损和水枪的难以掌控,影响灭火救援工作的开展。对气液两相状态下消防水带水动力特性展开研究,通过数值模拟和实验的方法探索水带内气泡流动、合并、破碎、脱离的过程,分析气相比例、运行压力对水带稳定性的影响。数值计算中考虑重力、表面张力和壁面黏附作用。研究结果表明:气相比例是导致水带不稳定运行的重要因素,但存在一个极大值;运行压力的增加会直接导致水带运行不稳定性的增大,但两者之间未发现定量关系;气液两相的剧烈扰动,是造成气泡的流动、合并、破碎的主要诱因,在气液两相流状态下,应尽量避免水带高压运行。