T型管内两相流分配特性数值模拟

T型管内气液两相流分配不均易导致换热器偏流和受热不均。为了优化T型管内气液两相流流动,以FLUENT为模拟软件,以流体流动参数和管子几何结构为研究变量,对T型管内流体流动进行数值模拟。发现流体入口液相体积分数越大,入口速度越小,液滴粒径越小,越利于流体均布;同时支管衔接处采取弯管结构较直管结构优越,其中入口速度对流体分布影响最明显,速度相差3个数值即可优化两个出口液相体积分数比差10%左右。结果表明,相应改变流体流动参数和管子几何结构能有效优化T型管内流体流动。     

用CFD方法模拟膜生物反应器内部流场及布气优化

采用Eulerian多相流模型对膜生物反应器进行气液两相流数值模拟,对“对齐”和“对齐导流”两种反应器构型内部流场气含率、速度场和膜面液体流速进行了分析比较,并就布气方式进行了分析和优化,同时借助缩小实验模型对模拟结果进行了实验验证.结果表明：两种反应器构型流场内的气泡呈现出汇集于膜组件中心位置,然后在膜组件顶端散开的流动状态;导流作用对反应器内气含率分布的影响不大,但对速度场分布特性影响显著;体积缩小100倍的对齐导流模拟装置中的气液流动状态与CFD模拟结果基本一致;通过对布气方式的优化模拟发现,不均匀布气方式可以改善气体分布状况,提高反应器内气含率和流场的湍流强度.     

含气率对长圆管内气液两相流流场特性的影响

为了解决不同工况下长圆管径向支撑承载力及其稳定性的问题,采用有限体积法,对长圆管内不同含气率的气液两相流的流场特性进行了数值计算。基于流体力学基本理论与多相流理论,完成了长圆管内气液两相流湍流流动形态的瞬态追踪,并计算了不同含气率的流场分布对管道内壁产生的流场作用力。结果表明:随着流动的进行,当气相流体加入液相流体时,气相流体作用于液相流体表面形成波浪,且含气率越大,气相流体对液相流体的作用越强,当含气率α50%时,液相流体的流动效应被逐渐减弱,流动形态转变为层状流,管壁受到的流场作用力减小。     

一种电机气隙内泰勒涡流流动及传热特性

为研究轴向通风冷却的异步电机运行时在定转子间的气隙产生的泰勒涡流对气隙的流动换热情况产生重要影响,以异步电机定转子间气隙的结构尺寸创建光壁、定子侧带凹槽、转子侧带凹槽三种简化物理模型,基于有限体积法和计算流体动力学理论,利用Fluent软件对气隙内的涡旋流动及传热特性进行数值模拟。结果表明:定转子侧凹槽的存在将流场分为了两部分,位于凹槽内的流体流速较小,位于主流区域内的流体,流场分布与光壁模型的流场分布相似,整体上凹槽的存在使壁面平均努塞尔数变大,换热增强。数值模拟泰勒涡流平均努塞尔数计算结果与同类实验关联式结果相比,误差为7.3%。结论对异步电机结构及冷却系统的设计具有参考价值。     

旋转式气液混合器流场数值模拟与状态分析

为提高不同工况下旋转式气液混合器轴承支承承载力,采用Fluent流体分析软件,对静止与转动工况下混合器内部的气液两相流体进行了流场湍流数值模拟.采用流体体积模型与压力隐式算子分割算法,进行了气液两相混合流体的瞬态流动追踪,分析了相应的流场分布状态.结果表明:静止状态下,混合流体的分层主要受入口流速的影响,流速越大,分层区距离入口越远,各相明显分层,流型由规则的层状流逐渐过渡为波状流,且波形逐渐变大;转动状态下,流场分布主要受离心力作用的影响,入口流速一定时,随着转速的提高,流型由重力方向的分层流逐渐转化为螺旋轴状流,液相贴近壁面,气相靠近回转轴线,圆周方向上呈环状分层.     

气液旋流分离中两相流动模型的理论研究

气、液旋流分离过程是气、液两相的三维强旋流运动,以漂移流动模型和颗粒轨迹方程为基础。采用欧拉-拉格朗目方法建立一种新的气液两相流动机理模型,该模型可以用来直接计算气液旋流分离器内部流场中连续相、分散相（液滴）的速度分布情况,通过计算能够预测旋流器内部浓度分布情况,并通过对影响气液分率效率的主要原因一出口气体中的液滴夹带情况进行分析计算,预测旋流器的分离性能。     

燃烧室下游流场优化数值模拟研究

建立燃气轮机燃烧室点火前的流体流动计算模型,利用计算流体力学软件,对3组不同速度流体的流动情况进行了模拟计算分析燃烧筒流道内的速度场,压力场,对比燃烧筒内在不同压力和速度下流场内流体的流动,模拟计算区域的流场,然后实际进行点火实验,验证模拟结果,发现流场分布最均匀最有利于点火.     

摩擦液柱成形过程的二维CFD数值模拟

采用Gambit软件建立了摩擦液柱成形（FHPP）过程流场的二维轴对称模型,运用商业计算流体动力学软件Fluent对FHPP稳态阶段塑性金属的流动情况进行了数值模拟。通过改变模拟过程中的单一关键参数而保持其他参数不变,分别讨论了金属棒和孔洞之间径向间隙、材料粘度、金属棒转速、金属棒进给速度以及基材孔底形状等对理想金属塑性流体流动成形过程中速度场和压力场分布变化的影响。结果发现,塑性金属材料的压力分布主要受进给速度（即轴向力）和材料粘度的影响,与金属棒的旋转速度和径向间隙关系不大;而速度分布受进给速度以及径向间隙的影响不明显,但与金属棒的旋转速度关系密切,尤其是靠近速度入口面以及金属棒附近的材料受旋转作用影响显著;通过改变基材孔洞底部的形状,可以改善塑性金属材料的流动情况,同时也揭示了实验过程中孔洞底部存在缺陷的原因。     

壁面扰流影响边界层湍流拟序结构及强化传热机理的研究

从涡流发生器对湍流边界层拟序结构影响的角度来研究强化传热机理．利用计算流体力学软件FLUENT6.3对流体在放置斜截半椭圆柱式涡流发生器矩形槽道内的流动与传热特性进行大涡模拟（LES）,得出流场中速度、涡量、温度与压力参数的瞬态变化特性,并对新型涡流发生器的特性及其对湍流拟序结构的影响进行了分析,得知拟序结构的控制对强化传热起着重要的作用．通过研究拟序结构对流场及温度场的影响,揭示了强化传热的机理,进而为寻求适合的壁面扰流元形式和结构参数,为实现传热强化和流动减阻打下基础．     

壁面扰流影响边界层湍流拟序结构及强化传热机理的研究

从涡流发生器对湍流边界层拟序结构影响的角度来研究强化传热机理.利用计算流体力学软件FLUENT6.3对流体在放置斜截半椭圆柱式涡流发生器矩形槽道内的流动与传热特性进行大涡模拟(LES),得出流场中速度、涡量、温度与压力参数的瞬态变化特性,并对新型涡流发生器的特性及其对湍流拟序结构的影响进行了分析,得知拟序结构的控制对强化传热起着重要的作用.通过研究拟序结构对流场及温度场的影响,揭示了强化传热的机理,进而为寻求适合的壁面扰流元形式和结构参数,为实现传热强化和流动减阻打下基础.     

起伏地区天然气管线清管过程分析研究

研究清管过程中气液两相流流动特征,有助于管线本身及上下游设备的设计和操作。因此,采用多相流瞬态模拟软件OLGA,对起伏地区天然气管线清管过程中气液两相流动规律进行了研究,重点分析了清管过程中的流型、压力、持液率、清管速度、积液量等参数的变化规律。结果表明,由于清管过程中地形起伏较大,气液两相流体出现了分层流、段塞流和环状流等3种流型;管道入口处压力最大,沿程压力逐渐减小,压力波动情况与流体持液量和地形有关;清管器速度总体上波动不大,平均速度为3.5～3.8 m/s;清管过程中出现的最大液塞段长度达到3 851.0 m;持液率不断变化,最大清出液量接近300 m3。研究结果对地形起伏地区天然气管线的清管作业具有一定的实际指导意义。     

喷管内雾状气液两相流场计算分析

基于双流体模型,考虑两相间动量和热量传递,采用变步长的Runge-Kutta法,对喷管内雾状气液两相流场进行了数值模拟.分析了亚声速及超声速流场特性,重点研究了液滴尺寸及初始含气率对两相流动的影响.计算结果表明:液相速度增长相对缓慢,喷管出口处两相速度差异最大;液相出口速度随液滴尺寸减小而增大,气相出口速度随其减小而减小;液相、气相出口速度均随着初始含气率的增大而增大;在超声速流动中,喉部马赫数小于1,喉部面积随初始含气率及液滴尺寸的增大而减小.这将为喷雾发动机性能的研究分析奠定基础.     

管道内液固浆液输送的数值模拟

为了对管道内液固浆液输送的流动形态进行研究，建立了以颗粒动力学为基础的Euler Euler双
流体模型.在浆液流速大于临界沉积速度的情况下，模拟了不同浆液入口速度时的管道压力降，同时对管
道内浆液输送液固两相流进行了研究：当轴向位置与管径之比大于50时，管道内浆液流动处于充分发展
状态.此外还分析了在不同浆液速度下管道内液固两相的空间分布和浆液流动形态：在水平方向液相速度
分布和固体颗粒相速度分布呈对称状态；垂直方向液相速度分布和固体颗粒相速度分布由于重力影响，
不再呈对称状态.固体颗粒相速度分布与液相速度基本相同，两者之间的滑移速度很小，可以忽略.计算
结果与实验值的比较表明，所建模型能有效地描述管道压力降和管道内浆液流动形态.     

流渣反应器内含钛高炉渣的流动特性

针对含钛炉渣在流渣反应器中的氧化工艺,采用模型实验方法研究熔渣在反应器内的流动特性与溶质扩散现象.考虑气液两相流动时,由于界面张力和浮力作用,黏性力的影响相对降低,故采用水来代替实际的高温液态高炉渣,通过底部吹入N2,模拟实际反应器内的流动情况.设计并排与错排两种喷吹方式,分别进行了物理水模型实验及数值模拟实验研究.物理水模型实验分别采用高速摄像法观测流场和刺激响应法测传质过程;数值模拟实验分析了不同位置的速度矢量分布和湍动能分布.结果表明错排喷吹方式的反应器内的流动特性好于并排方式.     

离心泵内部空化流动的定常数值模拟及性能预测

为了研究离心泵内部的空化流动,利用fluent软件中的空蚀模型及混合流体两相流模型,对离心泵的三维湍流空蚀流场进行定常数值模拟,并根据模拟结果显示的液相和空泡相流动特征,预测了离心泵在设计工况下运行时流道内空化发生的位置和程度;通过分析空蚀发生过程中叶片上的压力分布,揭示出离心泵流道内部流场的内在特性,最后对泵的性能进行了预测,说明数值模拟可以为离心泵在特定工况下运行时的空化性能预测提供依据。     

扇形流道内Stokes流动特性的数值模拟

针对低雷诺数下外壁旋转的扇形截面流道内的流动特性进行数值模拟,得到不同扇形角度下的速度、涡量及流函数的分布规律.研究结果表明:在低雷诺数下扇形流道内的三维Stokes流可以分解为两个二维流动,即压力降推动的轴向流及圆弧外壁旋转诱发的扇形腔内截面流;流道内的轴向速度和周向速度与扇形角平分线成对称分布关系,而径向速度成反对称关系;随着扇形角度的减小,流道内会出现多个涡流区域,各涡流区域内的速度场、涡量场及流函数均具有自相似性,说明外壁旋转的扇形流道内的流体具有混沌运动特征;雷诺数相同的情况下,流道内的涡量随着扇形角度的减小而增大,表明小角度扇形截面流道有利于流体的混合.     

大颗粒流化床上升管内两相流动的数值模拟

以欧拉双流体模型和两相流体动力学理论为基础,采用湍流模型对上升管内固液两相流流化过程中两相速度分布、流场特性以及局部压力变化进行了模拟.结果表明管内颗粒存在非定型团聚现象,并对液固管流流场进行了分析.颗粒团聚及破散运动是导致管内局部压力波动和液相能量变化的主要原因.在同一条件下,模拟结果能够与实验结果较好地吻合,为进一步研究多相流化床和优化设计提供了有力的依据.     

防冲挡板对液液分离器入口流场影响的数值分析

应用Fluent软件对卧式液液分离器入口处防冲挡板的作用进行数值研究,综合分析不同进液速度、冲击间距和挡板尺寸对分离器内流体在挡板前后流动状态的影响,并提出改进方案.结果表明:随着冲击间距的增大,防冲挡板前部的环形回流区的尺度不断增大,冲击射流中轴线上方的环形回流区中心向后上方移动,轴线下方环形回流区中心向后下方移动,迫使环形回流区之后的顺、逆时针涡流向挡板后移动;冲击间距越小,防冲挡板降低冲击射流速度和湍流强度的效果越好,但冲击间距不可小于进液管直径;随着防冲挡板尺寸的增大,防冲挡板后部的流场稳定性增强,但当挡板尺寸过大时,挡板与分离器内壁之间形成狭缝射流,具有较大的速度和动量的流体冲击后部流场,造成分离器内部流场严重湍动及速度分布不均.     

涡流工具在苏77区块的应用研究

随着苏77区块单井开采时间的增加,大部分单井的产量递减严重,而苏77区块的水气比较高,达到1.2 m3/万 m3,40%的单井产量在5000 m3/d以下,携液能力不足,导致气井井筒积液。井底积液造成气井产气量的减少甚至停喷,严重影响气田的高效开发,降低了气井的稳产期和气藏的最终采收率。其有效措施之一就是在井下安装高效的涡流工具。通过对涡流排水采气的发展历程和涡流工具工作原理进行详细的介绍,并对苏77区块苏77-4-4和苏77-4-6井的实验进行观察。结果表明,涡流工具良好的排水效果为提升本区块气井的排水效果指明了方向。     

涡流比对直喷式柴油机缸内湍流流动规律的影响

用三维数值模拟的方法研究了不同涡流比下直喷式柴油机缸内湍流流动的规律。涡流比变化时 ,燃烧室内的湍动能、流场结构及温度分布有很大的差异。本文给出了涡流比对湍动能、流场结构和温度分布变化规律的影响。