LS-DYNA的ALE方法在圆盘击水滑跳中的应用

应用LS—DYNA的ALE方法,建立了击水弹跳有限元模型,并对圆盘击水弹跳现象进行了数值仿真。结果表明方法对研究圆盘击水弹跳现象是有效可行的。在此基础上,对圆盘击水弹跳的主要参数:入水角、俯仰角、初始速度和旋转角速度相互关系进行了仿真分析。给出了圆盘在水面成功弹跳临界速度、入水角与圆盘俯仰角的变化规律和圆盘旋转角速度与弹跳临界速度的关系。方法为研究伴有入水冲击的气/液两相跨介质运动提供了一种可行途径和方法。     

水平圆柱出水数值模拟

针对水平圆柱出水问题,以Fluent软件为计算工具,建立了数值水池.应用VOF结合RANS的方法对零浮力水平圆柱出水过程的气液两相流动和刚体运动耦合的问题进行了数值模拟.捕捉了圆柱出水过程中自由表面的变化以及出水过程的黏性流动分离;模拟显示了圆柱竖直运动过程.结果表明：圆柱出水的数值模拟结果和经典实验照片符合较好;圆柱运动轨迹同样和实验结果符合,验证了方法的有效性和精确性.     

金属基复合材料制造浇铸过程的数值模拟

以轴对称的浇铸模型为研究对象，运用有限元法对用预制模法制造金属基复合材料的浇铸过程进行了数值模拟，它考虑了液态金属的对流传热，计及了金属凝固所释放的潜热，得出了温度变化曲线、流动前沿进程线及固相率分布曲线等基本结果；分析了工艺参数对浇铸的影响。     

井下涡流工具结构参数优化

涡流工具的作用是将气液进行分离,气液分离效果越好,涡流工具作用效果越好,为了提高气井涡流工具排液采气工具的工作效率和使用效果,进行了涡流工具的结构参数优化研究。运用SolidWorks和Fluent流体模拟软件,建立了涡流工具气液两相流场模型。从液相分布、切向速度、轴向速度三个角度分析螺距、导流叶片高度、内径、导程倍数、叶片数对涡流工具作用效果的影响,通过正交试验分析最优的涡流工具参数组合。结果表明,当涡流工具参数为：内径54mm、螺距200mm、叶片高度20mm、1倍导程、单叶片时,涡流工具作用效果最好。研究结果可以为现场涡流工具的优选和使用效果的提高提供依据。     

局部富氧喷煤直吹管内气—固两相流动及传热数值模拟

以气－固两相的动量、热量、物质守衡为基础,用多流体模型描述气体和颗粒两相的运动,用气相湍流模型和颗粒湍流代数模型分别描述了气相和颗粒相的湍流特性,建立了高炉局部富氧喷煤直吹管内气－固两相流动及传热的数学模型。数值模拟了９种工况下的气相流场、温度场以及煤粉颗粒相的速度场、浓度场和温度场,并研究了富氧率、风温、固气化、插枪角度等喷吹参数对各种场量的影响。数值模拟结果与实测值符合良好。     

脉冲防暴水炮发射管内的建模与二维仿真

为优化设计,奠定外流场研究的基础,建立了求解脉冲防暴水炮发射管内压力,水柱速度及摩擦力的计算模型.使用商业Fluent软件对发射管内高压气体冲击水柱进行二维数值模拟,采用k-ε模型描述湍流分布,二维VOF模型追踪发射管内的气液界面.模拟得到了气液界面的演化图像,出口速度矢量分布,以及不同时刻管内对称轴上的压力分布.将所建立模型的理论计算值与模拟值进行比较,分析了两者的吻合情况.仿真结果证明:水柱的管内运动压力起主要作用,重力作用并不明显,压力梯度较大的区域出现在水柱段,模拟值与理论计算值基本吻合,可利用模拟值对计算模型进行修正.所得结论对于水炮类非致命武器的设计及水炮外流场的研究有一定的指导意义.     

氮气在缩放喷管中非平衡自发凝结的数值研究

针对氮气在收缩型喷管中自发凝结的两相流动,采用经典成核理论来计算气液两相间的质量传递,选用Standard Redlich Kwong气体状态方程,忽略了气液相之间的速度滑移,利用商业软件CFX中的非平衡凝结模型进行了二维数值模拟。通过对成核率的量级、压力和带液量变化趋势及开始凝结的位置等模拟结果的分析,验证了模型和数值计算的有效性。进一步的数值模拟结果表明:相比于无凝结的绝热膨胀过程,相变释放潜热及气液之间的导热会加热气体,使得气流压力升高、马赫数降低。平衡凝结模型及非平衡凝结模型的对比显示,非平衡数值模型能够更好地揭示低温下氮气自发凝结的两相膨胀过程。     

旋转圆盘上液固两相流冲刷磨损数值模拟研究

对旋转圆盘内液固两相流冲刷腐损过程进行了数值模拟研究.数值模拟研究采用欧拉-拉格朗日方法来模拟液固两相流动,即通过在欧拉坐标系下求解流体相的雷诺时均方程组来模拟流体流场,通过拉格朗日坐标系下的随机轨道模型来获得固体颗粒相的运动轨迹.将最终数值模拟结果和实验测量数据进行了比较,结果表明文中构建的综合模型基本上是正确和可行的.     

不同尺度水平并列气泡运动特性三维数值研究

本文基于Open FOAM开源代码建立了能描述气泡运动的三维气液两相流数学模型,对单个气泡及不同尺度大小的并列气泡在静水中上升的运动过程进行模拟.通过数值模拟进一步了解气泡形变特征以及射流产生与发展的真实物理过程,同时探究新增气泡的尺度效应对原单气泡的影响.结果表明,本模型能较精确地模拟气泡在水中的运动变化过程,适应于具有大密度比的复杂界面流的三维数值研究;气泡周围的速度场与涡量场有效地揭示了气泡射流的动力结构特点;对于能贯穿气泡上表面的射流,其速度在穿透气泡之前与气泡上升速度同时达到最大值;在单气泡周围一定范围内布置新的气泡,新增气泡的尺度越大,对原气泡流场结构影响越大,新增气泡尺度增大导致气泡射流向两气泡所处位置连线的中轴线方向发展.     

水-气二相流本构模型参数的反演识别

在地下水多相流问题的模拟研究中,需要确定各相流体的本构模型参数.为此,首先通过非稳定水-气二相流试验获取砂土中水-气二相流动过程的试验数据,然后建立考虑水相、气相流动及相互溶混的水-气二相流数学模型,采用Marquart-Levenberg最优化算法建立水-气二相流本构关系模型参数反演模型,结合非稳定水-气二相流的试验数据,对水-气二相流本构关系模型（VG和VGM）参数进行了反演识别,得到了与试验中土样相关的水-气二相流本构关系模型参数的最优估计值.将所得到的水-气二相流本构关系模型参数的最优估计值代入到水-气二相流数值模拟模型中,对该非稳定水-气二相流试验过程进行模拟,将对应的模拟值与试验过程的观测值进行对比分析,二者吻合较好,证明了最优参数估计值的准确性和参数反演识别模型的有效性.该研究成果可以为确定多相流系统中与各相流体（包括水相、气相和非水相流体（NAPL））有关的本构关系提供帮助和技术支持.     

气-液-固三相磨粒流旋流流场分析及加工实验研究

针对现有流体加工方法中加工效率低、易出现工件表面各区域加工纹理不均匀的问题,提出一种气-液-固三相磨粒流抛光加工新方法.基于Realizable k-ε湍流模型和Mixture模型,建立气-液-固三相磨粒流抛光加工数值模拟模型.数值模拟结果揭示了气-液-固三相磨粒流形成的高速湍流涡旋流场动力学特性,同时也发现了磨粒流流场中磨粒和微气泡的运动及分布规律,得到较优适用于气-液-固三相磨粒流抛光加工磨粒流入射角度设计参数,并设计出实验抛光工具.经过1h的实验加工后,与无微气泡条件的液固两相流抛光加工对比,气-液-固三相磨粒流抛光加工的工件表面相同区域的粗糙度值更低,纹理也更为均匀.上述研究结果表明:气-液-固三相磨粒流的流场特性提高了磨粒和微气泡运动的无序性及微气泡溃灭的概率,且磨粒流中的微气泡溃灭所释放的能量提高了磨粒的抛光加工效率.     

井筒两相涡流场液膜动力学分析与涡流工具优化

井下涡流排液采气的理论研究相对落后于现场应用,井筒两相涡流场中同时存在液膜流动和液滴流动,目前缺乏井筒涡流场液膜的动力学研究。为此,根据井筒涡流场液膜流动形态特性和受力特性,开展涡流场液膜动力学分析,得到液膜垂向受力平衡方程式。借鉴环状流液膜理论,计算摩阻系数和平均液膜厚度等特性参数。用涡流场液膜垂向合力公式对螺旋角求导,计算垂向合力最大时对应的涡流工具最优螺旋角。实例分析表明,液膜动力学分析得到的最优螺旋角结果与液滴动力学分析结果相对差值小于8%,与数值模拟结果相对差值小于4%,计算结果可靠,可以指导涡流工具结构优化。     

拉瓦尔喷嘴结构参数选取及其雾化性能数值模拟分析

为加强喷嘴在高强度粉尘的煤矿井下的雾化性能,得到最优的结构设计和理想的雾滴粒径,本文首先依据公式得出一组拉瓦尔喷嘴的最优几何结构,探究了喉管直径、扩张角及气—液体积等物理参数对拉瓦尔式结构喷嘴雾化性能的影响规律。在气—液两相流下,运用Fluent软件对喷嘴内流场进行数值模拟,得到了喷嘴内流场的速度云图。发现喉管直径对拉瓦尔喷嘴出口速度有很大的影响;不同的扩张段半锥角对结果也有不同程度的影响;液体压力的变化对雾滴粒径的影响十分明显。喷嘴内部气—液体积比为6∶4并且气—液压力比为3∶1时,除尘效果最好。     

大型筛板塔上两相湍流的数值模

运用CFD数值模拟方法 ,建立了大型筛板塔塔板上气液两相流双流体模型 ,数值求解了三维速度场分布。文中应用κ ε模型封闭雷诺方程 ,构成了二方程湍流模型 ,附加关系采用了修正GRACE相间曳力模型。CFD模拟结果与实验值进行了对比 ,真实地反映了塔板上三维混乱的流体力学特性 ,并揭示了液相的回流现象。     

气井中涡流工具携液携砂效果模拟

为了解涡流工具同时携液携砂时流体的流动规律、压力分布、携液携砂效率、影响因素以及工作特性,对流体在涡流工具中的流动进行仿真模拟。对不同结构参数螺旋叶片的槽宽和槽深进行了组合,并对其作用效果进行仿真模拟,得到了涡流工具同时携液携砂的优化结构模型。分析了不同入口速度、气液比、砂粒直径下涡流工具对固相和液相的携带作用。结果表明:气井出水有利于气井携砂,气井含砂会影响涡流工具对液体的离心作用,但对气井的携液能力影响不大;相同工况下,液体更容易被携带流出;入口速度越大气井携液效果越好,入口速度变化对气井携砂的作用呈不规律变化;涡流工具可以降低气井携带固液两相的临界流速;砂粒直径越大涡流工具对固体和液体的携带作用均越小。     

基于数值模拟的等温挤压速度曲线及获取方法

为了提高制品质量,使125 MN卧式挤压机实现等温挤压,给出一种易于实现、简易的等温挤压速度曲线及获取方法。首先建立挤压机数值模拟仿真模型,然后在不同挤压速度下分别对其进行等速挤压过程仿真,得到一系列制品出口温度曲线。所得出口温度曲线与设定温度交于一组坐标点,对该组坐标点进行曲线拟合得到随行程变化的挤压速度曲线,进一步转换为速度随时间函数曲线,该函数曲线即为等温挤压速度曲线。依照该速度曲线进行挤压过程仿真实验。研究结果表明:制品出口温度曲线变化平缓,基本实现了等温挤压,验证了所提出的速度曲线有效性和获取方法的合理性。     

大型筛板塔上两相湍流的数值模拟

运用CFD数值模拟方法，建立了大型筛板塔塔板上气液两相流双流体模型，数值求解了三维速度场分布。文中应用κ-ε模型封闭雷诺方程，构成了二方程湍流模型，附加关系采用了修正GRACE相间曳力模型，CFD模拟结果与实验值进行了对比，真实地反映了塔板上三维混乱的流体力学特性，并揭示了液相的回流现象。     

CPL蒸发器多孔芯温压变化的数值模拟

应用二维气液两相分层饱和多孔介质模型,对蒸发器多孔芯内的传热传质过程进行了非稳态数值模拟．根据多孔芯内气液相界面移动时,内部温度场和压力场分布的计算特性,分析了系统启动和变工况运行过程中多孔芯温度和压力的变化机制。     

脉冲防暴水炮出口段射流的大涡模拟

为优化装备设计,减少实验投入,采用大涡模拟方法耦合二维非稳态VOF模型对脉冲防暴水炮发射管内及出口段的气液两相射流进行了数值模拟研究.通过搭建实验台对脉冲防暴水炮出口段射流进行了高速摄影实验,并利用高速图像记录系统自带的判读软件对射流出口段的速度值进行了判读,实验所得的射流形状及速度与仿真结果吻合较好.利用仿真方案进行变运动参数的数值模拟,结果表明:初始压力对出口速度影响较大,而初始射角对出口速度大小没有影响,因改变了初始射流方向,导致最大射程有所变化.研究表明较大的初始压力和较小的水量能获得更大的射流出口速度和更少的水炮发射时间.     

结构参数对内联式脱液器分离性能的影响

内联式脱液器是一种基于离心力作用并利用气液两相之间密度差进行气液相间分离的紧凑、高效型气液分离设备,因其可以减小自重及节省空间,且可在平台及海底应用而受到越来越多的关注。建立了一组内联式脱液器的数值结构模型,采用计算流体力学(CFD)方法对其进行数值模拟研究。通过分析内联式脱液器内部的速度场及压力场分布情况,总结出影响内联式脱液器分离效率及压力损失的关键结构参数,包括叶片结构参数、分离腔长径比、气体出口管管径及深入长度、排液管管径等。同时,针对叶片结构参数(叶片数目及导向出口角)对内联式脱液器分离性能的影响,进行了数值模拟研究,推选出涡流发生器内最优的叶片结构参数(叶片数目为8,叶片出口角度为45°),从而可为后续内联式脱液器的结构优化、分离性能提升以及降低能耗提供一定的参考。