考虑空间位形力作用的微米软颗粒溶液微圆管流动规律

针对微米级软颗粒溶液在微小孔道流动不符合泊肃叶流动规律问题，考虑受固体管壁影响软颗粒形变产生的空间位形力作用，基于Navier-Stokes理论，推导软颗粒溶液在圆管中的流速分布及流量表达式，引入颗粒形变因子以表征空间位形力作用的影响；建立考虑空间位形力作用的圆管流动数学模型.由微尺度流动特征实验，得到软颗粒溶液微圆管流动规律，与泊肃叶流动对比，结果显示当管径小于颗粒直径时，相同压力梯度下考虑空间位形力作用的流速比泊肃叶流动拟合结果更接近于实验数据.通过数值计算分析发现，与泊肃叶流动下的速度分布和平均流量相比，当微圆管尺寸减小时，空间位形力作用随之增大，其更大程度上影响流体在微圆管内的流动规律；当颗粒呈非球形且最小投影面积相同时，偏离球形颗粒程度越大，空间位形力作用越大，因此空间位形力作用在微小孔道流动中不可忽略.      

广义二阶流体的脉冲泊肃叶流动分析

讨论了广义二阶流体的脉冲泊肃叶流动,引入黎曼-刘维尔分数阶微分建立本构方程,结合不可压缩流体时间分数阶动量方程,得到控制方程.利用傅里叶正弦变换和分数阶拉普拉斯变换,获得流体速度解析解.利用Stehfest算法对结果进行数值模拟,通过图像讨论了分数阶参数以及延迟时间对流动的影响.结果表明速度过冲现象主要取决于动量方程的时间分数阶参数.      

冷却壁液固两相流三维流动与污垢清洗数值模拟

建立了高炉水冷却壁三维物理模型。采用大型CFD软件FLUNT6.8中的欧拉多相流模型,对高炉水冷壁冷却埋管内的液固两相流三维流动和污垢清洗特性进行了数值模拟研究。分析了流体的流速、固体颗粒的粒径、体积分数对流体的流动、清洗强度及清洗均匀的影响。研究结果表明:流体的湍流强度、壁面污垢清洗强度和压力降均随流速、液固颗粒粒径和体积分数的增加而增加;液固两相流防垢除垢效果取决于流速、液固颗粒粒径和体积分数的合理组合;综合考虑节水节能及污垢清洗的均匀性,高炉冷却壁的最佳流速为1.5 m/s,固相颗粒粒径为3~4 mm,体积分数为5%~12%。研究结果为炼钢高炉冷却壁液固两相流污垢在线清洗的工业应用提供了理论基础。     

微、纳米TiO2两相流体湍流换热效果的研究

研究了湍流条件下固-液两相流体对流换热系数的增加值。实验比较了纳米级和微米级颗粒对基液对流换热系数变化的影响,加入固体颗粒可以有效地改善流体的换热能力。实验结果发现纳米级颗粒悬浮液的对流换热系数提高较微米级颗粒悬浮液更为明显,对流换热系数随着管式加热炉温度的升高略有增大,同时探讨了纳米流体换热效果较好的原因。     

纳微米级孔隙气体流动数学模型及应用

对纳微米级孔隙多孔介质内的气体流动进行了研究.利用克努森数划分流态,绘制了流态图版,阐明了不同区域的流动特征.基于Beskok-Karniadakis模型,对渗透率校正系数进行了改进,引入多项式修正系数,将Beskok-Karniadakis模型简化为二项式方程,并利用最小二乘法分段拟合得出多项式修正系数的取值.模型对比显示,简化后的模型具有较高的精确度.应用此模型推导出了纳微米级孔隙气体流量的计算公式.进行了室内微观渗流模拟实验,得到气体平面单向渗流规律,与由纳微米级孔隙气体流量公式计算所得渗流特征进行对比,结果显示本模型与实验数据拟合较好.采用本模型进行编程计算,对其影响因素进行分析,发现气体流量随压力平方差增加而增大,且增加趋势越来越快,并随多孔介质渗透率和克努森扩散系数的增加而增大.      

多孔介质中微观力的作用及渗流模型

在现有微尺度流动实验和理论认识的基础上,建立了包含范德华力、静电力、空间位型力、表面张力等微观力的特性方程,分析了影响多孔介质中流体流动的微观力种类和作用范围.通过建立考虑微观力作用的圆管流动数学模型,构造了考虑微观力作用的多孔介质的毛管束网络数学模型,推导了考虑微观力作用的相对渗透率模型.通过模拟分析阐明了微观力在多孔介质壁面上的作用及对渗流的影响.模拟结果表明微观力在细小孔隙流动中不可忽略.      

转杯粒化装置中高炉渣颗粒换热特性模拟

针对转杯粒化装置中高炉渣颗粒飞行和撞击壁面的换热过程,采用CFD-DEM方法中的欧拉模型对粒化仓中的气固两相流动和换热进行了三维瞬态模拟,考虑了流体相与固体相之间的动量交换和固体相对流体相的影响,主要研究了不同的颗粒直径、颗粒质量流量和空气进口速度对粒化装置内部温度分布及气固换热效果的影响.结果表明:粒化装置内部的高温区集中在颗粒撞击壁面附近;颗粒的换热方式主要以对流换热和辐射换热为主,针对不同的工况条件,各种换热方式的占比有所不同;减小颗粒直径是强化熔渣颗粒在粒化装置内部换热效果最有效的手段.     

流体旋转流动强化对流传热场协同分析

为了弄清管内流体旋流强化传热的物理机制，建立了三维几何模型，数值计算采用标准k-ε两方程湍流模型，用SIMPLE算法求解速度和压力的耦合关系，流道的固体边界实施壁面函数法。模拟结果表明，旋转流动使流体产生较大的切向流速分量，加强了边界层流体和主流流体的扰动和掺混，提高了流场和温度场的协同性，因而旋流使传热过程得到强化。旋流器安置于管道近壁处更有益于减薄流体边界层，并提高流道内流体的对流换热强度。     

RH壁面润湿性对气液两相流行为的影响研究

以某钢厂300 t RH真空精炼炉为原型,建立了相似比为1∶1的三维数值模型,研究RH气液两相流在不同壁面润湿条件下行为变化。通过采用多相流(Eulerian)模型进行气液两相流模拟,对不同的壁面润湿条件下的流体行为和流动特性进行分析。结果表明各种提升气体量下,壁面润湿角在60°时循环流量、气相体积分数和浸渍管内液相速度均最小;在0～180°以60°为拐点,循环流量、气相体积分数和浸渍管内液相速度先减小再增大;在120°～150°对气相的扩散和液相流动的促进作用最有效,对RH精炼进程的加快最适合。     

考虑固液分子作用的多孔介质动态网络模型

根据质量守恒定律,从固液分子力作用出发,结合岩心的孔喉分布特征,建立考虑固壁与流体分子作用的动态网络模型.利用模型模拟得到不同时间步的孔隙压力变化,分析了固液分子间力、喉道半径、润湿性等因素对剩余油饱和度分布和水驱相渗曲线的影响.研究结果表明,考虑固液分子间力作用时剩余油饱和度增大,岩石骨架与流体间的分子作用在多孔介质的孔隙流动中不可忽略.      

多孔介质细观流动理论研究进展

首先,从理论分析、实验研究和数值模型三个方面概述了当前多孔介质细观流动的研究现状,重点围绕纳微孔隙中流体流动界面作用与细观力学特性关系及表征、细观?宏观网络仿真模拟、细观尺度流体（油/水、气/水）流动细观动力学机制及数学模型等关键问题展开论述。在此基础上介绍了当前细观流动界面作用与细观力学特性研究情况,明确了细观尺度流体非线性流动机理,构建了反映微观力作用下细观尺度流动的数学模型,形成了网络仿真模拟方法。将为非常规油气开发过程中揭示影响流动细观成因,进一步阐明不同条件下的动用机理,确定高效开发方法提供指导,同时促进渗流力学学科的发展,具有重要的理论和现实意义。      

石灰窑喷射器的数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent,根据不可压缩流体流动基本原理和流热固耦合有限体积方法,对石灰窑燃烧系统喷射器的工作特性进行了研究,得到了在不同结构和边界条件下喷射器的流场特性及工作特性,为优化设计喷射器结构及操作工况提供了理论参考。     

高雷诺数射流冲击对流系数的计算及数值分析

为了确定高雷诺数条件下射流与挡板之间的换热系数,采用理论分析和数值计算的方法,建立流场模型,分析流场各物理量的基本规律、流动特性和对流传热系数分布规律,并与已有实验数据进行比较。结果表明:驻点附近,流体与壁面之间的对流换热系数较低;板面上,随着到驻点的距离增大,对流换热系数增大并出现峰值然后降低,峰值出现在约0.2倍扩散半径处。数值计算与理论分析得到的换热系数较为接近。     

受限Lennard-Jones流体自扩散系数的分子动力学模拟

基于平衡态分子动力学(EMD)方法,建立了受限空间中的Lennard-Jones(LJ)流体自扩散模型.采用径向分布函数对LJ流体微观结构进行了表征,模拟了LJ流体在纳米尺度受限空间中的自扩散系数,并将其与相应的自由空间内LJ流体自扩散系数进行了比较,同时从分子水平分析了温度、密度和受限尺度对自扩散系数的影响.研究结果表明:受限空间内LJ流体自扩散系数随受限尺度的增大而逐渐增大;与自由空间一样,受限LJ流体自扩散系数也随温度的升高而近似线性增加,随密度的增加而逐渐减小,但始终小于相同温度、密度条件下自由空间所对应值.并且根据文献中的实验数据验证了该模型的准确性.     

210t钢包底吹气过程传输现象的水模型研究

通过建立1∶5水模型对某厂210 t钢包底吹过程流场、混匀时间和渣眼分布进行了研究，讨论对比了不同钢包底部吹气流量、吹气位置和吹气孔夹角的影响。结果表明，吹气孔径向位置越靠近壁面，钢包内流体流动速度越大。混匀时间整体上随着吹气流量的增大而减小，并且在小吹气流量情况下混匀时间下降幅度较大，而在大吹气流量情况下混匀时间下降幅度较小；吹气孔间夹角不变时，混匀时间随着吹气位置离钢包中心的距离增加而减小；大吹气流量下吹气孔间的夹角的变化对钢包内流体混匀时间影响较小；通过不同吹气孔径向位置及夹角流场PIV测量及混匀时间试验得出的最佳吹气分布位置为(0.80R,0.80R,110°)。相较于吹气孔位置的影响，吹气流量是决定渣眼面积大小的关键因素。渣眼面积随着吹气流量的增大而增大，但当吹气流量大于12.6 L/min后，渣眼面积的变化趋于平缓。     

单轴压缩条件下裂隙粗糙度对渗透系数的影响

裂隙粗糙度是影响裂隙岩体渗流特性和流体流动复杂性的重要因素,为了深入研究单轴压缩条件下粗糙度对渗透系数的影响,采用3D打印技术和数字建模方法制备了粗糙度不同的裂隙试样,通过自制的试验装置对不同法向压力下的裂隙试样进行了试验.结果表明,在没有法向压力的条件下,随着粗糙度的增加,渗透系数以负指数函数形式减小,采用Forchheimer方程定量的分析了渗流流量与水力梯度之间的非线性关系,Forchheimer方程可以很好地描述粗糙裂隙表面的流动过程,线性项系数随着粗糙度的增大而减小,非线性项系数随着粗糙度的增大而增大;在恒定法向压力且大于水压的条件下,裂隙试样的渗透系数随着粗糙度的增大线性减小,随着水压的增大,粗糙度对渗透系数的影响作用增强;定义了系数δ,分析了在有无法向压力条件下,粗糙度对渗透系数影响的差异性,δ随着水力梯度的增加而增加,随着法向压力的增加而减小.研究结果可以加深对粗糙裂隙表面流体流动的认识,为进一步研究岩体流动特性奠定坚实的基础.     

连铸中间包底吹氩物理模拟和工业实践

通过实验室物理模拟和工业应用实践,研究了透气砖底吹氩对本钢中间包内流体流动行为和去除钢中夹杂物行为的影响.物理模拟研究结果表明,底吹氩可以显著改善中间包内钢水的流动特征,延长钢水在中间包内的停留时间,提高中间包内钢水的混合程度,减少死区体积分率;吹气位置越靠近中间包水口侧对流体特征参数的改变效果更佳;吹氩形成的微气泡群可以显著改善中间包内流体的运动轨迹,流体运动的路线更加曲折,并且全程流动靠近液体表面.工业实践表明,底吹氩形成的“气幕挡墙”对夹杂物效果去除效果明显,与不吹氩相比,铸坯中夹杂物指数从7.33～8.98 mg/（10 kg）降低至4.21～4.33 mg/（10 kg）,且大颗粒夹杂物数量明显减少,没有发现尺寸大于30～50μm的夹杂物.     

基于PXI技术的中间包流场优化的水力学试验

试验利用PXI连铸综合水力学试验平台,采用1∶2的中间包水模型研究坝堰和多孔挡墙对某钢厂180mm×240mm小方坯六流连铸中间包中流动的影响,通过分析不同方案中间包的相关区域的流场特性和停留时间分布曲线（RTD曲线）来得出相关试验结论。试验结果表明,无坝堰和多孔挡墙的中间包内注流区的流体的流动均匀性不好,同时响应时间(7s)和峰值时间(224s)均比较短;优化后的中间包内的流体的流动特性得到较大程度改善,响应时间和峰值时间分别延长99和159s,死区体积减小了45.71%,活塞流体积从12.03%增大到25.47%。     

基于循环系统的膏体浓密机底流调控及其数学模型

为了保证浓密机在高料位下不压耙,一般通过增设循环系统使料浆始终处于活化状态,降低耙架运行阻力.然而,目前循环参数对底流的影响规律不明确,造成系统的设计及应用缺乏科学依据,为此开展了循环参数对底流的调控研究.分析循环系统的作用原理,将循环系统作用范围划分为两大区域,揭示循环参数对底流的调控机制,运用微积分原理对区域内的底流体积分数变化进行求解,最终建立浓密机底流调控数学模型.最后,利用该模型对底流循环实验参数进行验证.研究结果表明:开启底流循环后,底流体积分数开始降低并最终趋于稳定,底流体积分数差随着循环流量及循环高度增大而增大,体积分数变化幅度为0.7%~2.2%,稳定所需时间随流量及高度增加而减小.该理论模型完全吻合验证结果函数,为循环系统的设计及运行提供理论依据.      

侧吹AOD转炉的流体流动及气力穿透物理模拟研究

用物理模拟的方法研究了侧吹转炉中的主要流体流动模式。实验采用了粘度大致与钢液基本相同的水,在容器中的对称位置,用多普勒激光测速仪测定不同位置的水流速率。将三种不同熔池高度与四种不同气体流量组合进行了实验。结果显示,随着气体流量的加大,气股在风口平而及熔池液面处的穿透深度都增大了。同时,增大气体流量对气股在风口平面及熔池液面处穿透深度的影响比增大熔池高度所产半的影响大。最后,通过改变熔池高度和气体流量建立了系统的总体流动模式。