球形气泡在匀速粘性液体中引起的伪湍动

为改进在势流假设下获得的伪湍动表达式,该文在考虑液体粘性的基础上,简化匀速粘性液体绕球体的速度场,运用单元系综平均方法对流场进行处理,得到球形气泡在匀速粘性液体中引起的伪湍动关系式。该关系式表明伪湍动与空泡率成正比,并随颗粒R eyno lds数的增大而趋近势流结果。数据对比结果表明:在低空泡率、中等颗粒R eyno lds数的条件下,该表达式能比势流模型更准确地描述球型气泡在匀速粘性液体中引起的伪湍动。     

液态金属中气体射流过程数值模拟研究

应用欧拉-欧拉法双流体模型描述液态金属中气体射流搅拌过程的两相流动及气泡分布.采用分别描述气泡和液体湍流的k-ε两相湍流模型,重点分析气泡和液体在流场中的受力,详细讨论了阻力、升力等相间作用力对气泡分布的影响.结果表明,气泡的喷射对熔池起搅拌作用,中心线上入口处气含率最高,进入熔池后迅速下降,到一定高度后下降趋势变缓,在出口附近趋于不变.预测结果和文献中的实验结果进行对比表明,在给出合理的相间作用力模型时,该模型预测值和实验结果符合较好.     

水平集方法在两相体系颗粒运动数值模拟中的应用

两相体系中颗粒或颗粒群的运动存在于许多工业过程中,建立了描述两个颗粒(液滴或气泡)在另一液相中运动和变形的三维模型,颗粒的界面用水平集方法捕获,耦合了水平集函数的Navier-Stokes方程用控制容积法和SIMPLEC算法进行求解. 用所建立的模型和算法研究了两种情形下的颗粒运动:两个空气气泡在玉米糖浆溶液中的运动和凝并过程,及两个煤油液滴在静止水相中的运动和变形过程,同时也做了两气泡运动的二维模拟. 两气泡运动的三维模拟结果与他人的实验结果比较一致,二维模拟结果与他人的二维数值模拟结果也比较一致,说明所建立的三维模型及算法能够描述两个气泡或液滴在另一液相中的运动和变形过程.     

火焰在微细圆管中传播及其熄火现象

采用单步化学反应机理，假定流场满足Poiseuille分布，用热传导-组分扩散模型研究圆管中预混火焰传播特征和熄火条件。通过计算不同的壁面对流散热和气体流动速度下的火焰，得到火焰面形状的变化规律、火焰传播速度的曲线，分析出了微细圆管中熄火的规律：管道越细，熄火越容易；进口气流速度为0时的燃料消耗速率最小，但只有正的进口速度才有利于防止熄火。     

金属熔池往复搅拌流场中气泡运动特性数值模拟研究

应用基于体跟踪的VOF方法对金属熔池往复搅拌流场中单个气泡的运动及变形特征进行了数值模拟研究.分析了搅拌流场的往复运动频率、气泡初始尺寸、表面张力以及奥托斯数Eo和莫顿数Mo等因素对气泡运动与变形的影响.数值模拟结果表明,气泡上升轨迹与气泡直径、流场平动频率及Mo有关,气泡直径越大,其螺旋上升趋势越强;在分析范围内,平...     

倾斜推移体激发颗粒流的连续介质模型

岩土工程中的土方推移等属于颗粒体的倾斜推移问题,探索了倾斜推移体在颗粒中平动推移时所受的阻力和升力。应用惯性数的理念,确定了流态类型,提出了适合非准静态流的广义摩擦系数。在此基础上,用基于改进的库伦被动土压力理论,通过基于二维颗粒离散元的位移场分析,建立了预测推移阻力和升力的楔体模型。结果表明,在其他条件相同时,推移阻力不随推移体的倾角变化,但是升力随倾角的增大而显著减小。升力和阻力分别是作用在推移体上合力的竖直分量和水平分量,且阻力和升力的比值为推移体倾角的正切值。广义摩擦角是推移速度和倾角的二次函数。所建立的模型可以预测不同倾角和推移速度时推移阻力和升力的大小。     

超临界甲烷在竖直圆管内加热的数值模拟

在超临界压力下甲烷的相变现象消失,并且物性变化非常剧烈,换热过程变得相当复杂.通过数值模拟软件FLUENT导入制冷剂物性软件REFPROP中超临界甲烷的材料模型,在准确反映超临界甲烷的热力性能和传输物性变化的情况下,采用数值模拟的方法对竖直加热圆管内超临界压力下甲烷的传热特性进行了研究.在分析不同工况下超临界甲烷换热情况的基础上,重点研究了浮升力对换热的影响,并得出了适用于甲烷的浮升力影响判别标准.结果表明:换热系数随着压力的减小而增加;当流体平均温度接近临界温度,壁面温度大于临界温度时有利于换热;在高热流密度,低质量流量的条件下容易造成传热恶化;浮升力改变了径向速度分布曲线,抑制了湍动能的产生,削弱了换热.     

泡状流相分布及湍流结构的欧拉-拉格朗日双向耦合数值研究

使用欧拉-拉格朗日双向耦合数值模拟方法对泡状流的相分布及气泡对液相湍流产生的影响做了详细的调查.液相的速度场采用直接数值模拟方法求解,气泡的运动轨迹由牛顿运动方程计算.相间的耦合是把相间作用力作为液相动量方程的源相来实现的,所考虑的相间作用力有阻力、剪切升力、惯性力等.研究表明:阻力、浮力、剪切升力和虚拟质量力对气泡的运动具有重要影响,大量的气泡在剪切升力的作用下聚集在壁面附近;与单液体相相比,气泡的加入使液相的平均速度、湍流强度和雷诺应力均有一定幅度的降低,而且气泡的加入修改了阻力系数公式.     

吹氩钢包内气泡聚并破碎和运动行为

基于Euler-Euler双流体模型及PBM模型,建立了吹氩钢包流场数学模型.此模型考虑了吹氩钢包内气液两相之间的曳力、升力、湍流扩散力和气泡的聚并和破碎等因素.研究了气泡聚并破碎对钢包钢液内含气率、气泡速度和混匀时间的影响,并与定气泡直径下的流场进行对比.数值结果表明:PBM模型的预测值更接近实验结果;钢包内气泡分布为中心区域气泡直径大,从中心到气液边界处气泡直径逐渐减小,气液两相区边界处直径最小;在钢包轴线上气泡速度先急剧增加然后缓慢减小,在接近液面处气泡速度又急剧减小.     

旋转流场中颗粒群的运动特性

建立了颗粒群在部分充液旋转容器内水相中运动的非稳态理论模型并进行数值模拟,研究了旋转流场中颗粒群的运动特性.分析了旋转容器内流场、颗粒群演化、颗粒运行轨迹及液体黏度和颗粒密度对颗粒群在水相中分散性能的影响.通过将数值模拟得到的流场中颗粒及速度分布与文献实验数据进行对比,验证了所建立理论模型的合理性.研究结果表明:在旋转容器内水相流场中存在涡流,颗粒群在旋转流场及涡流的作用下运动并逐渐分散至整个水相区域.随着液体黏度的增加,颗粒群在旋转容器内水相中分布更加均匀;颗粒密度的增加,导致颗粒分散驱动力下降,使得颗粒群聚集在水相的旋出侧附近.     

砂岩球形颗粒多点接触破碎试验

利用离心机设备,采用砂岩球形颗粒群进行接触破碎试验,从破碎形态、锥形核尺寸和破碎率等方面探究多点接触条件下球形颗粒的接触破碎特性.试验结果表明,试样的破碎形态分为两块类和3块类,以两块类为主,且多点接触是3块类破坏产生的必要条件.结合已有球形颗粒单点接触破碎研究成果,拟合建立了多点接触条件下锥形核尺寸以及球形颗粒群破碎...     

喷动流化床气固流动特性的三维数值模拟

采用离散元方法（DEM）,在用欧拉方法处理气相场的同时用拉格朗日方法处理离散颗粒场,对喷动流化床煤部分气化炉内的气固流动进行了三维数值模拟．直接跟踪床内每一个离散颗粒,考虑了碰撞力、携带力、重力、剪切提升力和Magnus升力,颗粒碰撞采用软球模型．获得了喷动流化床典型操作参数下的流动结构、颗粒的受力、颗粒的速度分布、气体和颗粒的湍流强度等结果．结果表明,颗粒之间碰撞率随着喷动气速的增大而增大,随粒径的增大而减小,然而颗粒与壁面的碰撞率受喷动气速和粒径的影响不明显．颗粒的运动受重力、携带力和碰撞力主导,除喷动区与环形区交界外,Magnus力和Saffman力可以忽略．气体湍流强度是颗粒湍流强度的2～3倍,近壁面区的气体和颗粒的湍流强度均较小．     

Colloid science: non-spherical bubbles

Surface tension gives gas bubbles their perfect spherical shape by minimizing the surface area for a given volume. Here we show that gas bubbles and liquid drops can exist in stable, non-spherical shapes if the surface is covered, or 'armoured', with a close-packed monolayer of particles. When two spherical armoured bubbles are fused, jamming of the particles on the interface supports the unequal stresses that are necessary to stabilize a non-spherical shape.     

多组元有心力势体系的关联性质

本文从BBGKY方程链出发,给出了处于热平衡状态的多组元有心力势体系的二体密度关联函数的一般公式,得出了包含两种不同粒子并同时考虑粒子间的库仑相互作用及非库仑相互作用的体系的关联性质。另外,还给出了含有三种不同粒子的体系的二体密度关联函数。本文结果对于研究液体和稠密气体的物理化学性质是有意义的。     

微通道中颗粒惯性聚集的力学特性

为揭示微通道内悬浮颗粒惯性聚集现象的机理,基于相对运动原理,利用数值方法研究了单个球形颗粒在方形微通道中的运动状况,并对颗粒的受力特性进行分析.研究发现:较小粒径的颗粒在较高通道雷诺数下可产生惯性聚集现象,但其受到的惯性升力在通道截面横向位置分布具有很大的波动性;惯性聚集位置随通道雷诺数的增大向通道壁面移动,随颗粒粒径的增大向通道轴心移动;颗粒旋转产生的旋转诱导惯性升力使惯性聚集位置向通道壁面移动.惯性升力分为旋转诱导升力和由剪切诱导升力及壁面诱导升力合成的非旋转诱导升力,而后者是惯性升力的决定性部分.     

大颗粒流化床中颗粒受力的数值模拟

通过数值计算模拟了大颗粒鼓泡流化床中颗粒的受力情况．在模拟过程中，气相采用了欧拉描述方法，颗粒相运动过程的模拟采用了离散单元法．利用软球模型模化颗粒之间的碰撞力，分别研究了3种流化数下温度为300K、内含11000个直径3mm颗粒的流化床中，瞬间颗粒受力在床内的分布情况．结果表明：在通常情况下，乳化相区域颗粒受到的气体曳力平均值一般是其自身重力的1～2倍；除气泡内部外，颗粒所受到的碰撞力亦高于颗粒自身的重力；流化数越高，则床内碰撞力越大，当流化数为1．67后，碰撞力已成为影响床内颗粒无规则运动的主要因素．     

Spontaneous formation of bubbles in gas-supersaturated water

Spontaneous nucleation of bubbles may occur in water subjected to heating, tensile stress, or gas-supersaturation. Large discrepancies exist between the threshold nucleation conditions predicted theoretically and those indicated by empirical observations. The theoretical approaches have been hampered by inadequate understanding of many of the submicroscopic and molecular properties of liquids, and experimental obstacles have included the always present and difficult to control interference from pre-existing nuclei. These problems have been most pronounced for nucleation induced by dissolved gas; indeed, nucleation thresholds for any gas/liquid system are unknown due to a lack of relevant empirical data, and no quantitative theories seem to exist.     

人工血栓装置中粒子聚集机制的探讨

在人工形成血栓的chandler环中血栓总是出现在前弯月面。对于这一奇特现象,人们长期困惑不解。本文提出一个简单模型,对竖直毛细管中有限长液柱内单个粒子的受力和运动情况进行了理论分析和数值计算。结果表明,该模型能模拟粒子在前弯月面聚集的现象,从而揭示出粒子聚集的主要原因之一是粒子在管壁附近受到一横向升力,使其离开原来的流线向轴心迁移,漂移到轴线附近的粒子又被向前的回流带到前弯月面附近,进而趋向一逗留点。计算显示了趋向逗留点的过程,并研究了几何尺寸、血流速度和粘度等参数对聚集的影响。这样,长期困惑不解的问题有了一清楚的力学解释。