双流道污水泵内非定常径向力特性研究

为研究双流道污水泵叶轮径向力非定常特性,采用Mixture多相流模型对泵内固液两相流进行了非定常数值计算,研究了运行工况、颗粒物性和叶轮外径等参数对泵径向力的影响,并进行了试验验证.结果表明:各参数方案下径向力基本呈椭圆形分布;随流量增大,平均径向力峰值、径向力及其波动幅度均先减小后增大,径向力矢量中心从坐标系第二象限向第四象限移动;颗粒体积分数一定时选择合适的输送粒径,或粒径一定时选择合适的输送浓度,都能减小径向力,且相比清水工况径向力最大均可减小5.8%;随叶轮外径增大,径向力峰值及径向力变化幅度清水时均逐渐变小,而加入颗粒后则先减小后增大;各外径下径向力在原点附近分布较集中,而在远离原点的第四象限内分布较稀疏.     

离心式杂质泵蜗壳内部流场数值模拟

利用计算流体动力学分析软件,对离心式杂质泵的内部流场进行了数值模拟.计算了颗粒直径为0.076mm,固相体积分数为10%的两相流工况下的三维湍流流场,得到了蜗壳内的速度、压力和固相体积分数分布等流动信息.计算结果表明：自进口至最大半径处蜗壳内的速度不断减小,压力逐渐增大,颗粒体积分数随半径增大而增大.     

孔隙率阶梯分布多孔介质内传热及流动性

为研究孔隙率阶梯分布多孔介质内传热及流动,采用局部热平衡假设,考虑流体密度随温度变化,引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型进行修正,建立水平方向孔隙率阶梯分布多孔介质自然对流数值模型,采用有限体积法进行计算.对数值模型进行实验验证,分析出孔隙率阶梯分布对传热及流动的影响.综合数值计算和实验结论表明:相同温差条件下,大孔隙率侧为高温壁面时对流传热达到稳态的时间比小孔隙率侧为高温壁面时要短;流体速度场分布主要受孔隙率分布影响,最大流速随温差和Ra增大而增大,且最大流速出现在大孔隙率靠近壁面处,与是否靠近高、低温壁面无关;高温壁面平均努谢尔数u随着Ra增大而增大,当lgRa4时,Ra的增加对u的变化影响较小.     

竖直槽道内蒸气向上流动凝结换热的实验研究

通过高速摄影仪拍摄手段,观察了制冷剂R410A蒸气在水力直径为14.34mm、长度为160mm的竖直矩形槽道内垂直向上流动凝结过程中壁面液膜的流动特征.实验结果表明:在饱和温度为28℃和质量流速范围为1.8~23kg·m~(-2)·s~(-1)实验条件下,随着质量流速的增大,壁面出现假滴状流动和层流波状流动,并且随着质量流速的增大凝结液膜逐渐增厚,液膜表面波动亦更加明显;槽道内的平均凝结换热系数随质量流速的增大出现先增大后减小的趋势.实验得到了槽道壁面测温点分割出的四段壁面的各段的平均凝结换热系数的沿槽道轴向的变化情况.     

石灰石粉对水泥浆体水化特性及流变性能的影响

利用微量热仪和旋转黏度计,从掺量和细度两方面研究了石灰石粉对水泥浆体水化特性和流变性能的影响.从水化放热速率和放热量角度分析了石灰石粉对水化特性的影响,从紧密堆积理论和固体颗粒体积分数两个角度分析石灰石粉对流变性能的影响.结果表明:石灰石粉可以促进体系的水化进程,且石灰石粉细度越大,促进作用越明显.石灰石粉掺量增大导致水泥含量减少,所以体系第二放热峰峰值和总放热量随石灰石粉掺量的增大而减小.随着石灰石粉掺量或细度的增加,复合体系中固体颗粒的体积分数逐渐增大,粒径分布模数减小,且体系的粒度分布曲线逐渐接近于最密堆积的理想分布曲线.复合体系的屈服应力和塑性黏度随石灰石粉掺量的增大而减小,随石灰石粉细度的增大而增大.     

变径流化床反应器内的气固流动特性数值模拟

采用计算颗粒流体力学(CPFD)的数值模拟方法,对直径为160 mm、高度为273 3 mm的变径流化床反应器内的气固流动特性进行冷态模拟,研究不同气速及不同初始物料量对流化床反应器气固流动特性的影响,得到流化床内颗粒体积分数、颗粒速度以及颗粒停留时间的分布。结果表明,当气速不小于2.5 m/s时,流化床内颗粒体积分数轴向分布更为均匀,颗粒速度呈中间高、两边低的倒"U"形分布;壁面附近的颗粒停留时间长于中心处,使得壁面附近的颗粒趋于聚集;流化床的轴径向颗粒体积分数随着初始物料量的增加而增大。     

中空纤维透析器管外传质系数的计算

假定中空纤维管空间排布服从正三角形和正方形排布,纤维管半径服从Gauss分布的前提下,从理论上推导出中空纤维透析器管外传质系数表达式,并分析管外液体流速、压降及流量恒定时纤维管半径的分散性对管外传质系数的影响. 结果表明,纤维管半径的分散性导致了中空纤维透析器传质系数的下降,且在高填充密度下,纤维管半径分散性的影响更加显著. 在相同的纤维管半径分散性下,正三角形排列方式要优于正方形的排列方式. 这对提高中空纤维透析器的透析效率以及对中空纤维透析器医疗器械的改进有重要意义.     

中空纤维管随机分布下透析器的管外传质特性

研究了中空纤维透析器壳程纤维管随机分布时透析器的管外传质特性,即同时考虑透析器壳程纤维管的空间和管径随机分布.利用二维联合概率密度函数的均方差反映中空纤维管空间和管径的不均匀分布程度,理论推导了在此二维随机分布下透析器管外传质系数的表达式,并利用该表达式考察了管外流体定流速、定流量时壳程纤维管随机分布对管外传质系数的影响. 结果表明,中空纤维管空间和管径的随机分布不仅影响中空纤维透析器管外传质系数的大小,也影响与最大传质系数相对应的最佳填充密度的大小,在高填充密度时其影响更加显著.     

烧结竖罐床层内的空隙率分布特性

采用注水法并结合断层图像分析法对烧结矿床层内平均空隙率和径向空隙率分布规律进行研究,考察床层几何因子对床层平均空隙率的影响,以及在不同床层几何因子条件下,床层径向空隙率分布规律。研究结果表明:影响床层空隙率分布的主要因素为烧结矿颗粒直径和竖罐直径。其中,在较小床层几何因子(D/dp120)条件下,烧结矿颗粒直径不变时,床层平均空隙率随床层直径的增大而减小;反之,床层平均空隙率不随颗粒直径和罐体直径的变化而变化;床层空隙率在壁面处达到最大值,并向床层中心衰减,在床层中心处达到最小值。     

回油槽结构参数对轴承腔油气两相流的影响

针对航空发动机轴承腔滑油回收和冷却困难等问题,对现有轴承腔回油结构进行了改进,基于VOF多相流模型,采用CFD软件对腔内油气两相流动及换热进行瞬态数值模拟,分析了回油槽结构参数对腔内滑油滞留体积分数、回油比和壁面对流换热系数的影响.结果表明:随着转速增大,轴承腔的回油能力呈下降趋势,而壁面换热能力逐渐增强;随着槽宽的增加,滑油滞留体积分数先减小后增大,而回油比逐渐增大;随着槽深的增加,滑油滞留体积分数逐渐减小,回油比呈增大趋势;相比于基础模型,窄槽(w=1.0)和浅槽(h=1)能有效提高轴承腔壁面换热能力;适当调整回油槽位置可提高轴承腔回油与换热性能.     

天然气水合物输送管道的压力损失规律

为了研究海底天然气水合物绞吸式开采水力输送系统中管径、流速、体积分数和颗粒粒径对输送系统压力损失的影响规律,确定各参数的合理选择范围;建立输送管道三维流场模型,采用控制变量的方法,运用计算流体力学理论和Fluent仿真软件对输送管道内固液两相流场进行仿真分析。研究结果表明:输送系统压力损失梯度随管径的增大而减小;当管径增大到0.4 m时,继续增大管径对压力损失梯度影响越来越小;压力损失梯度随浆体流速的增大先减小后增大,存在1个最优流速,在2.5～4.0 m/s之间,且颗粒粒径和体积分数越大,对应的最优流速就越大,压力损失梯度随体积分数的增大呈线性增大;压力损失梯度随着颗粒粒径增大而增大,但增大幅度很小。     

膏体流变参数影响机制及计算模型

首先对膏体物料特性开展量化表征研究,通过分析膏体细观结构的物质组成,提出了一种全面描述物料特征的综合指标——固体填充率;开展膏体流变实验,基于宾汉模型对流变曲线进行拟合获得相应的屈服应力及塑性黏度,分析了体积分数、质量加权平均粒径、不均匀系数、细颗粒及水泥质量分数等因素对流变参数的影响规律,并从细观结构的角度对其影响机制进行了解释,最终构建了流变参数关于固体填充率的计算模型.研究结果表明:相同条件下,膏体屈服应力及塑性黏度随体积分数增大呈指数增大,随物料不均匀系数增大而减小,随细颗粒含量增大呈先减小再增大的变化趋势.     

幂律流体在内管旋转下放环空中的流动与传热规律

对柱坐标系下泡沫流体运动方程和能量方程进行简化,结合幂律流体本构方程并将其离散,运用有限差分方法对方程进行求解,得到幂律流体在内管旋转下放环空中的水力参数分布.结果表明:随内管转速的增大,环空中幂律流体的轴向流速、角速度、合速度增大,温度升高,表观黏度降低;随内管下放速度增加,环空中幂律流体的轴向流速、角速度和合速度减小,表观黏度增大,内管壁附近温度升高而外管壁附近温度降低.     

高分子减阻流场湍流结构实验研究

采用二维激光Ｄｏｐｐｌｅ测速仪,研究了聚丙烯酰胺（ＰＡＭ,平均相对分子质量５００万）稀溶液在方形管内减阻流场中脉动流速的时间相关系数变化规律。发现自相关系数随减阻率的增加而增大;在相同流量和聚合物质量分数下,管道横截面处脉动流速的自相关系数随管壁距离的变化而变化;在同一流量下,管中心处轴向和径向脉动流速－时间互相关系数随聚合物质量分数的增加而增大。     

金属沉积成形流固耦合工艺参数

为了研究金属沉积成形中流固耦合过程工艺参数,建立了VOF理论模型,利用该模型对整个熔滴沉积流固耦合过程进行数值模拟.通过变换相关参数,分析了熔滴滴落及在基板壁面上的铺展状态,研究了不同熔滴直径、碰撞速度以及基板温度对变形过程的影响.结果表明:熔滴在滴落过程中,温度由外层向内部逐渐降低,凝固层加大,而熔滴内部中心处温度基本不变;撞击基板后,熔滴沿着半径向外扩散,水平半径逐渐增大,高度逐渐减小;不同的基板温度所对应熔滴的凝固时间不同,而基板温度越低,熔滴凝固越快;不同直径的液滴在撞击经过预热的基板后,因金属熔滴凝固,体积分数随沉积时间延长而减小,但对铺展时间有影响.     

微纳尺度下Couette流动的分子动力学模拟

为了研究微纳尺度下流体密度、壁面剪切速度以及不同材料的壁面对流体流动特性的影响,采用分子动力学方法对流体在微纳尺度下的Couette流动进行模拟。研究结果表明:随着流体密度增加流体与壁面作用力增大,壁面对近壁流体的束缚也增强,近壁面处流体粒子自由运动减弱导致流体扩散能力下降,同时流体等效黏度随密度增加而增大,滑移量减小;壁面剪切速度增大,导致近壁面处流体粒子数减少,流体等效黏度降低,流体粒子在通道中更容易进行无规则自由运动使其扩散能力增强;通过改变壁面材料,发现金属壁面作用力强于非金属,在金属材料近壁面处更容易吸附较多流体粒子,导致金属壁面附近流体等效黏度较大,滑移量相对较小。     

液固两相射流冲击磨损的数值计算与实验研究

应用实验与数值模拟研究液固两相射流对不锈钢材料的冲蚀磨损行为,分析不同质量分数、粒径情况下样品的平均磨损率,并基于数值模拟预测不同射流速度工况下的冲刷磨损率,最终建立冲刷磨损率与射流速度的关系模型。研究结果表明:单相射流流场的数值模拟结果与实验结果吻合较好;在距离射流中心区域不同径向距离上,平均速度的变化趋势较一致;在近壁面处,射流轴向速度突然减小,造成雷诺切应力增大。在远离壁面处,其法向速度逐渐增大,脉动速度相应增大,雷诺切应力增大;当射流继续远离壁面时,雷诺切应力开始减小直到趋近于0;在喷嘴正下方,压力分布存在1个滞止区,此处压力高于四周压力;下游冲刷磨损率先升高再稍微下降,而上游冲刷磨损率明显下降;实验样品表面微观测试结果验证了不同区域冲刷磨损率分布的正确性。     

纳米流体强化换热特性的LBM模拟

采用LBM模拟了封闭方腔内不同体积分数、不同浮升力参数下纳米流体自然对流时速度场与温度场的分布,得出了纳米流体换热强度随各参数的变化情况.结果表明,当Ra较小时换热表现为导热占主导,随着Ra增大,换热表现为对流占主导,两者的换热都会随着纳米颗粒体积分数的增加而增强,且纳米颗粒体积分数在壁面附近对温度分布的影响比在中心区域的明显;在不同Ra下,纳米粒子体积分数增加所引起的X和Y方向速度峰值增大的幅度不同,Ra较大时,随纳米粒子体积分数的增加,X和Y方向的速度峰值大幅增加.     

膜气吸收法分离烟气中CO2的实验

采用聚丙烯中空纤维膜接触器,分别用去离子水、单乙醇胺(MEA)及N-甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液作为吸收剂,对模拟烟气中的CO2分离进行了试验研究.考察了气体流速、入口气体中CO2体积分数、吸收剂流速、吸收剂浓度以及吸收剂种类等因素对CO2脱除率和总传质速率的影响.实验结果显示:3种吸收剂分离CO2的效率由大到小依次为MEA、MDEA、去离子水;CO2的脱除率和传质通量随吸收剂浓度、流速的提高均增加;CO2的脱除率随气体流速和CO2在入口气体中体积分数的增大而减小,而传质速率却随之增加.系统长时间运行后发现存在膜孔润湿现象,进而影响膜的传质性能.因此,吸收剂浓度须在传质和长时间运行性能之间进行权衡.     

基于结构化网格的两级矿浆泵数值模拟分析

为了研究深海采矿两级矿浆泵泵内固液流体流动规律及工作性能,采用计算流体动力学软件CFD对两级矿浆泵泵内的固液两相湍流进行了数值模拟和性能预测.阐述了矿浆泵计算流道区域的拓扑块划分方法和结构化网格生成方法;采用RNGκ-ε湍流模型和多参考坐标系,进行全三维流场数值模拟,分析了矿浆泵内流场的压力分布、流速分布和湍动能分布,进而计算出不同颗粒属性的泵的特性曲线.研究表明,颗粒属性对矿浆泵工作性能有重要影响,在颗粒体积分数相同的条件下,泵的扬程和效率均随颗粒粒径的减小而增大.颗粒的体积分数适宜控制在5%~10%左右.