相间滑移对喷油器喷孔内空化现象数值模拟研究的影响

针对喷孔内空化现象影响喷雾特性进而影响发动机经济及排放性能的问题,利用ANSYS_Fluent 15.0软件,在湍流计算采用realizable k-ε模型、空化计算采用S-S模型(Schnerr and Sauer Model)的基础上,基于均相流及双欧拉两相流模型建立了2种喷油器喷孔内空化现象数值模拟模型。基于均相流的模型认为液相与蒸汽相流速相同,即不考虑相间滑移的影响;基于双欧拉两相流的模型认为液相与蒸汽相拥有不同的流速,即考虑相间滑移的影响。2种模型的计算与试验结果对比分析显示:在相同边界条件下,2种模型的计算结果存在显著差异,考虑相间滑移的计算结果与试验结果吻合良好,既能反映喷孔内空化现象的变化趋势,也可获得准确的空化特征长度,未考虑相间滑移的计算结果仅可反映喷孔内空化现象的变化趋势,但2种模型均不能捕捉到喷孔内空化区域末端的小型空化团分离现象。该结果表明,在空化现象数值模拟研究中,强湍流作用下蒸汽相的运动状态完全受液相支配,而液相运动状态不受蒸汽相影响的这一结论,并非在所有流动状态下均成立。     

水气两相均质瞬变流二阶有限体积法数学模型

采用有限体积二阶Godunov格式对水气两相均质流瞬变现象进行建模和模拟研究.在均质流控制方程中引入动态摩阻,采用二阶Godunov格式求解,运用MUSCL(守恒定律的单调上游中心格式)方法进行二阶线性重构,同时为避免虚拟振荡引入MINMOD(斜率限制器函数);提出双虚拟边界法进行边界计算,实现了计算区域的所有控制体包括边界同时达到二阶精度且计算更简便.将所建模型计算结果与已有模型计算结果、试验数据进行对比,并对模型各参数进行敏感性分析,结果表明:本文模型能更好地模拟试验压力,并有效避免虚假数值振荡,提高了计算结果稳定性和精确度;随着初始气体含气率的增加,波速降低,水气两相均质流的瞬变压力峰值逐渐减小、波动周期延长.     

水-异丁醇二元体系溶解度和液液相平衡

在常压,温度为25~60℃条件下,采用浊点法测定水-异丁醇二元体系的溶解度和液液相平衡数据,并用非随机(局部)双液体(NRTL)模型进行关联计算,考察温度对模型参数的影响.结果表明:当该二元体系的模型参数均与温度成线性关系时,关联精度最高,最大相对误差为0.22%,平均相对误差为0.09%;而当模型参数均与温度无关时,最大相对误差为0.69%,平均相对误差为0.51%,也能满足关联精度要求.用文献报道的,从二元汽液相平衡数据关联得到的模型参数,所预测的二元液液相平衡关系仍存在较大的偏差,最大相对误差为6.14%,平均相对误差为4.87%.说明该二元组分在沸点附近汽液两相间的作用力与其在30~60℃时液液两相间的作用力有较为明显的差别.     

天然气液烃输送管道非平衡汽液相变及两相流动研究进展

天然气液烃(NGL)的主要成分是乙烷、丙烷、丁烷等低碳烷烃。在压力瞬变工况下,储运设备中的NGL汽液相变过程很难在瞬间达到热力学平衡状态,由此引发非平衡、非稳态的汽液两相流动。综述了NGL非平衡汽液相变机理及传热传质速率计算方法、非平衡汽液两相管流数学模型与数值模拟方法的研究进展。指出应着重开展以下三方面的研究:第一是采用实验和理论相结合的方法,探究NGL非平衡汽液相变的微观机理,建立汽液相间非稳态传热传质模型;第二是考虑非稳态传热传质过程与管道压力、温度、流速等参数之间的耦合作用,基于流体力学理论和非平衡态热力学理论,建立伴随非平衡汽液相变的NGL输送管道两相流动数学模型,研究模型的数值求解方法;第三是开发NGL输送管道仿真软件,揭示NGL汽液两相管流参数变化规律,为NGL输送管道的设计、运行和管理提供理论和技术支撑。     

液化天然气输送水锤模拟分析

当LNG从船舱输送到接收站储罐内时,由于管道流量大,管径大以及LNG本身的低温性质,使得LNG卸船管道内的瞬变流现象时有发生,严重影响着LNG输送的安全运行.针对利用特征线法(MOC)建立的LNG卸船管道系统计算模型,利用文献中的LNG压力实验数据进行验证.模拟计算结果可以很好地得出管道发生瞬变流时最大的升压值(第一个压力波),且模拟值与实验结果吻合较好.所以该模型具有正确性和准确性.     

天然气管网的瞬变流数值模拟研究

研究了天然气管网中的瞬变流动,介绍了采用特征线法求解天然气管网瞬变流的方法,讨论了该方法的物理意义及其计算公式.采用该方法对工程实例进行了模拟与分析.结果表明,特征线法能满足不同瞬变条件下的精度与计算速度要求,对天然气管网的可靠性评价和优化管理提供了理论依据.     

含沙水流中粒径对离心泵叶轮磨损特性影响的数值分析

采用雷诺时均N-S方程、RNG k-ε模型和相间耦合SIMPLE算法,以含沙水为介质,选用离散相模型和Finnie的塑性冲蚀磨损模型,运用冻结转子法,对一台200SH-9.3单级双吸离心泵内固液两相流动进行全三维数值模拟.获得不同粒径时叶片工作面、背面、轮缘内侧面及轮毂面磨损强度及固相体积分数的变化规律,并且对主要磨损部位的磨损深度进行预测.通过对比清水介质时泵外特性试验数据以及磨损试验数据与数值模拟结果,验证了数值计算方法的可靠性.结果表明:随着粒径的增大,叶片工作面、背面、轮缘内侧面和轮毂面的磨损强度增大;叶片工作面的主要磨损部位集中在进出口及靠近轮毂一侧,叶片背面主要磨损部位集中在进口及靠近轮毂一侧;叶轮主要磨损部位的磨损深度预测值与实际磨损结果基本一致.     

给水管网系统中的水力瞬态工况模拟

给水管网系统中经常引发瞬态工况,形成大幅度的压力波动,具有一定的危害性. 为了更加全面准确地模拟给水管网的水力瞬态变化过程,分别从给水管网系统的水力瞬变过程的计算模型、边界条件以及分析方法几个方面进行了研究,提出了基于水力瞬变模型的给水管网水力计算方法. 实例证明该方法是可行的.     

亚临界CO2在缩放喷管中降压膨胀的数值模拟

忽略两相间的滑移速度,采用Fluent中的混合模型对亚临界CO2过冷液体进入缩放喷管降压膨胀产生气泡的两相流动过程进行了二维数值模拟.其中,气液两相间单位体积内的质量传递率采用空化模型理论进行计算.计算工况如下:喷管液体CO2进口压力为61MPa,温度为29315K,喷管出口为两相状态.计算结果显示,CO2工质流经喉部时,压力急剧降低,相间的质量传递率达到最大值,CO2工质发生相变;工质进入扩散段后,随着压力降低,气体份额不断增大,喷管出口压力为165MPa时,气体体积份额约为093.数值模拟值与实验值对比结果为,计算压力与实测压力值最大误差不超过101%,计算温度与实测温度值最大误差不超过19%.数值模拟揭示了亚临界CO2在喷管中的气液两相膨胀过程.     

液体管道瞬变流摩阻的计算方法

在液体管道瞬变流计算中,传统的拟恒定摩阻模型不能准确描述瞬变流的真实物理现象。多年来人们一直在研究瞬变流摩阻的精确表达式和计算方法。总结了液体管道中瞬变流摩阻的计算方法,着重阐述了瞬变流非恒定摩阻问题的主要研究成果,介绍了几类有重要价值的非恒定摩阻模型及相应的应用范围,并给出了各类模型进行数值计算的思路,最后通过算例验证了非恒定摩阻模型比传统的拟恒定摩阻模型能更精确地模拟液体管道瞬变流压力波的衰减和波形畸变。