振荡流混合器注入分散过程数值模拟

应用计算流体力学(CFD)计算方法,基于三维流场数值模拟结果,对净流量为0时,振荡流混合器(OFM)单腔室和三腔室中三维层流状态注入粒子分散特性进行数值模拟研究。流场中由于漩涡的形成,使粒子实现整体混合而达到了良好的混合效果。在净流量为0的层流流场中,雷诺数的变化对粒子分散不会产生很大影响,在同一周期,不同相位的粒子分布不相同。     

SULZER SMX型静态混合器内部流场数值模拟

采用CFD方法,应用Fluent6．3．26软件对SMX型静态混合器内流场的流动及传热特性进行了数值模拟。通过对不同层流状态计算结果的对比分析可知,SMX型静态混合器对流体有良好的混合和强化传热能力。数值模拟得出,随着雷诺数的增大,流体的压降增大,摩擦因数减小,流经某一截面的流体平均温度降低,传热系数增大;与2个板片的模型相比,4个板片的模型在流动特性上略差,在传热特性和混合方面要强一些。用CFD方法计算的SMX型静态混合器内的流场可为高效SMX型静态混合器内流场的设计提供参考依据。     

新型静态混合器流体力学性能的数值模拟

应用计算流体力学(CFD)软件对具有2块稀释孔板的新型静态混合器内的三维可压缩湍流流场进行数值模拟.采用标准双方程湍流模型,得到混合器内流场变化和压降情况,并绘制出了不同速度下的压降变化曲线.仿真结果和实际相吻合,在揭示混合器内部流动特殊规律和流动机理的同时,对工程实践提供了理论依据.     

雷诺数3900时三维带齿圆柱流场特征

采用k-ω SST湍流模型对雷诺数为3 900时的三维带齿圆柱展开数值模拟研究,包括升阻力系数、压力系数时均流场特性,以及速度分布、涡量分布等瞬时流场特性。模拟结果表明：绕流流场产生旋涡脱落,在靠近结构壁面的尾流区,流场速度分布呈现V形,在稍远处V形底部趋于平缓,呈现U形,且在带齿圆柱后产生与流动方向相反的速度回流区;在同一时刻下,沿结构展向不同位置处的流动呈现明显的三维特性。     

GLCC数值模拟中湍流模型选取研究

数值模拟是研究深水管柱式气液旋流分离器分离性能的有效方法,其中湍流模型选取是否得当将直接影响数值模拟的准确性。研究比较了Euler模型、Mixture模型及RSM模型3种不同的湍流模型对深水管柱式旋流分离器内流场数值模拟结果的影响。对比了3种湍流模型的切向速度与轴向速度场分布,发现3种模型均能较好地模拟出分离器内两相流的运动规律。将模拟结果同试验测量的油气分离效率以及进、出口处压降进行对比。结果表明:Euler模型和Mixture模型在压降、分离效率方面与试验测量结果相比存在一定误差,而RSM模型模拟的流场更接近于试验测量结果。进行管柱式气液旋流分离器流场数值模拟分析时,采用RSM模型模拟更为可靠。     

用基于SST模型的DES方法数值模拟圆柱绕流

采用基于Menterk-ωSST两方程湍流模型的DES方法对粘性不可压缩流体的圆柱绕流问题进行数值模拟,通过对所得的速度场、压力场、阻力系数、升力系数、斯特罗哈数St等结果的分析及与文献上的实验和计算数据的比较,说明DES方法对于低雷诺数及高亚临界雷诺数的圆柱湍流流动是合理的。     

泡沫流体层流射流的数值模拟

泡沫流体是石油工程上广泛应用的一种幂律非牛顿流体，在泡沫流体冲砂解堵、泡沫钻井等作业中都要求解泡沫射流的问题。利用流体力学数值模拟软件FLUENT对泡沫流体轴对称层流淹没射流进行了数值计算，得到了射流区域的速度场和表观黏度场的分布，以及幂律指数和稠度系数对射流的影响。从计算结果可以得出，非牛顿流体层流射流的轴心无量纲速度分布具有相似性，但与牛顿流体的湍流射流轴心无量纲速度分布相比具有较大的差别，射流轴心的速度在射流出口处发生骤降；无量纲轴向距离小于3时，不同的K和n对轴心速度分布影响很小，无量纲轴向距离大干3时，K和n越大，轴心速度衰减越慢。这些结论与前人得出的一致，证明用流体力学数值模拟软件FLUENT对非牛顿流体层流射流进行数值模拟是可行的。建议应加强适用于非牛顿流体湍流模型的研究，实验的方法是研究非牛顿流体湍流射流的最直接方法。     

折流杆换热器壳程流场和温度场的数值模拟及场协同分析

在PHOENICS-3.5.1程序的基础上,引入多孔介质模型,用体积多孔度、表面渗透度和各向异性的分布阻力来处理换热器内的管束,用分布热源考虑管侧流体对壳侧流体的影响,对折流杆换热器的壳程流场和温度场进行了数值模拟,并对其温度梯度与速度矢量的夹角进行了计算。结果表明,采用换热器三维流动计算模型和kε-湍流模型能较好地模拟折流杆换热器壳侧内的流场分布。通过数值模拟可直观地了解换热器壳侧内流体的流动状态,确定流动的高、低速区。除出、入口外,换热器的场协同效果较好。     

钻井液离心机转鼓内流场的数值分析

目前,对离心机内流场的计算一般都是从离心机流场的稳态方程出发,着重关注流场在稳定状态下的流动状况,情况复杂时,直接通过稳态方程求解不能准确反映离心机内流场的流动状况。尝试运用Fluent软件对钻井液离心机转鼓内部流场进行模拟分析计算,应用RNGκ-ε模型预测离心机的流场,建立了离心机流道的湍流模型和多相流模型。离心机内流场的分析主要包括速度场、压力场、各相体积分数分布及流道内处理液的轨迹,模拟分析结果与实际情况相符。所得结果将有助于离心机的流场研究。     

水合物颗粒螺旋输送数值模拟研究

为了更好地了解天然气水合物颗粒在两相螺旋管流中的流动特性和传热规律,采用DPM模型和RSM模型对以扭带起旋的水合物颗粒螺旋输送进行数值模拟。主要研究了不同扭率和流速下的温度场、速度场、湍流强度和水合物颗粒的沉积规律。研究结果表明螺旋流能加强壁面传热效率,且扭率越小雷诺数Re越大时管道壁面的传热效率越高;流体在扭带作用下速度开始呈双峰形式运动,最后峰值在管道中心处合并;螺旋流能有效提高水合物颗粒的运动距离,在螺旋流较强段水合物颗粒沉积明显较少;在扭带段湍流强度分布曲线呈"W"型中心刚性涡处湍流强度较小,在后管两个对称涡合并过程中加大了中心涡处的脉动速度,湍流强度分布曲线呈"U"型。     

折边固定阀塔板气相流场的测定和数值模拟

采用FLUENT6.2软件和湍流模型对气流通过折边固定阀塔板气相流场进行了数值模拟,并将模拟结果与通过热线风速仪的测定结果进行对比。模拟结果表明,Realizablek-ε模型适合用于折边固定阀塔板气相流场的三维数值模拟;气流穿过折边固定阀形成带有旋涡的流场,折边固定阀附近形成的气流旋涡中的气液不能及时更新,因此对传质不利,气流旋涡面积与非旋涡面积相当,影响了塔板的传质效率;折边固定阀之间的气流旋涡面积可通过优化阀间距而减小。     

流体物性对悬浮床加氢环流反应器的影响

利用计算流体力学方法采用标准k-ε湍流模型和欧拉两相流模型对重油悬浮床加氢环流反应器进行数值模拟,考察了气相密度、液相密度、液相黏度等流体物性对环流反应器流场以及气含率的影响。数值模拟结果表明：气相密度的改变对环流反应器内部的流场以及气含率几乎没有影响,而液相黏度改变对环流反应器轴向速度和气含率能产生较大的影响,液相密度改变能够对气含率产生较大影响。     

乙烯裂解炉辐射段三维流场和燃烧的数值模拟计算

采用计算流体力学方法以某种新型乙烯裂解炉辐射段为几何模型,保留特殊结构的瓦斯燃烧器原型未作简化,对计算域进行几何建模和网格划分,用标准的k-ε湍流模型、双δ概率密度函数扩散燃烧模型和蒙特卡洛辐射传热模型对炉内的燃烧和辐射状况进行三维全尺寸数值计算,以研究炉膛内的燃烧、传热和烟气流动情况。计算得到的流场合理,火焰形状和温度分布与实际吻合良好,说明对裂解炉辐射段的数值模拟计算是成功的。该模拟计算为指导燃烧器选型、优化设计裂解炉结构提供理论参考。     

3种强化传热炉管的流动和传热特性的数值模拟研究

利用数值模拟方法对梅花管、MERT管和扭曲片管3种强化传热炉管进行了流动和传热特性的研究。采用RNGk-ε湍流模型求解了动量方程和能量方程,给出了3种强化传热炉管的流动和传热特性,包括速度场、湍动强度场和温度场的分布;计算了3种强化传热炉管的压降、摩擦系数、努塞尔数(Nu)和强化传热综合因子。研究结果表明,梅花管主体为活塞流,MERT管和扭曲片管为旋转流;管内湍动强度在强化传热构件附近相对较大;管内流体温度场比较均匀。由强化传热元件产生的压降和摩擦系数的大小顺序为:MERT管>梅花管>扭曲片管;Nu的大小顺序为:MERT管>梅花管>扭曲片管;强化传热效果的优劣顺序为:扭曲片管>梅花管>MERT管。     

内置转子组合式强化传热装置换热管内流体流动与传热数值模拟

建立了换热管内流体流动与传热三维数学模型,对内置转子组合式强化传热装置换热管内流体流动与传热特性进行数值模拟并与实验结果进行比较。模拟结果表明,内置转子组合式强化传热装置换热管内冷热流体产生了置换混合的效果,充分换热,管内温度梯度小于1 K,进出口温差较光管提高了29%;流场变为复杂的三维螺旋流,加剧了流体的湍流强度及边界层的扰动,使传热强化并起到清洁污垢的作用,但管内压降较光管增加了4.7 kPa;与光管相比,表面对流传热系数的平均值提高了7%,而且表面对流传热系数的分布也变得均匀。实验结果与模拟结果符合较好。     

井下油管的流动诱导腐蚀数值模拟研究

根据现代流体力学的基本理论建立了流体运动的连续性方程、动量、湍流动能、湍流耗散率的守恒方程以及化学组分的传质守恒方程。根据流动诱导腐蚀的特点,建立了流动诱导腐蚀的数学模型。采用SIMPLE算法求解流动数学模型,用壁函数法计算了管壁附近湍流边界层的流体力学参数,并用VisualBasic6.0编制了计算机程序,对油管腐蚀过程进行了数值模拟。模拟结果表明,在正常生产过程中,油气井油管的中上部腐蚀严重,建议油管防腐工作的重点放在降低中上部油管的腐蚀方面。应用文中方法及求解程序,设计合理的油管直径及组合,可防止或减轻由于腐蚀、冲蚀等对油管造成的严重后果,减少油气井的维护费用,从而取得良好的经济效益。     

不同形状叶轮对潜油离心泵内数值流场的影响

对具有不同形状叶轮的潜油离心泵进行数值流场分析和研究,在Pro/E中建立三维几何模型,将模型转入GAMBIT进行网格划分,再利用Fluent软件模拟2种不同形状离心泵叶轮的三维流动。结果显示出离心泵内的压力场、速度场和湍流强度等情况,对比了不同形状叶轮对潜油离心泵内数值流场的影响,为其设计选型及改良提供了可靠依据。     

牙轮-PDC复合钻头井底流场CFD模拟研究

牙轮-PDC复合钻头是对硬地层采用碾压与刮切相结合破岩的一种新型钻头,随着其结构形式及破岩方法的改变,需要对其井底流场进行研究并提出新的水力结构设计。运用计算流体动力学理论,采用标准κ-ε模型以及封闭N-S湍流方程对某型复合钻头的井底流场进行了数值模拟计算,并分析了井底压力及流速、PDC刀翼齿面和牙轮体表面流速。研究结果表明,复合钻头设计原型的水力结构存在一定缺陷,可通过合理设计钻头体中心位置结构、调整中心喷嘴射流角度以及调整2个边喷嘴的设计来加以改进。     

用改进的RNG κ-ε模型模拟旋风分离器内的强旋流动

在RNG k-ε湍流模型的基础上,对模型常数和近壁面处理方法加以改进,并将其应用于旋风分离器内强旋流动的数值模拟。将计算结果与标准的k-ε模型、RNG k-ε模型、Reynolds应力输运模型和实验数据进行比较。结果表明,用改进的RNG k-ε湍流模型得到的数值结果与标准的k-ε模型、 模型相比准确性具有显著的提高。改进的RNG k-ε湍流模型和Reynolds应力输运模型对旋风分离器内流场分布的预测与实验结果比较吻合,并且前者所需计算时间却大大缩短,更适合工业上应用。随后采用欧拉-拉格朗日模型（湍流模型为：Reynolds应力输运模型）和欧拉-欧拉模型（湍流模型为：改进的RNG k-ε模型）分别对旋风分离器内的气固两相流动进行计算,考察了旋风分离器内的颗粒浓度分布特点。结果表明,使用改进的RNG k-ε湍流模型的欧拉多相流模型也可以较好的重现旋风分离器内的气固两相流动特点,并应用于旋风分离器的优化设计。