水平管外高黏流体降膜流动形态及液膜分布规律的数值模拟

降膜元件上的流体流动行为能够反映该降膜式脱挥器的主要性能。采用数值模拟方法探究在水平管结构的降膜元件上高黏流体降膜流动的微观机理,在实验验证模型可靠性的基础上,考察不同流量下3层水平管外的高黏流体降膜流动形态及液膜厚度、速度变化规律等。结果表明：高黏流体在水平管外的降膜流动形态主要受重力和黏性力的影响,柱状流不易发展成完全的帘状流;高黏流体在水平管上部受到壁面支持力影响,而在水平管下部受到黏性力影响,流体会堆积在周向角0°～30°和150°～180°这两个区间内,导致液膜厚度异常增大;进液的3股流体在发生碰撞后,中间股液膜速度提高较多,但液膜厚度增加较少;流量减小至10.8 kg/h时,水平管外高黏流体会发生液膜收缩且内部出现空腔的现象,不利于高黏流体成膜流动。该研究可为水平管降膜式脱挥器的开发及工况设置提供参考。     

竖直管降膜蒸发器冷膜成形及流动特性数值模拟

对单层布液盘和锥形插件组合作用下的多管管束的流动特性和成膜过程进行了CFD数值模拟。采用VOF多相流模型和RNG k-ε湍流模型,三维双精度求解,以空气和水作为工质,边界条件设置为速度入口和压力出口。通过管内液膜形成、出口截面液相分布、降膜管进出口流量变化等方面研究表明,带插件的布液器能很好的改善布膜的均匀性和稳定性。基于液相体积分数,计算分析了管内液膜平均厚度及平均流速,在流量达到一定值时,液膜厚度趋于定值1.28 mm左右,继续增大流量,流速会成比例增加,不利于连续液膜的稳定,也不利于介质在降膜管内的充分蒸发。     

降膜蒸发器传热传质与流动过程数值模拟

随着计算机技术的发展,计算流体力学成为深入研究流动传热传质过程的重要方法。文章基于流体动力学基本原理和VOF多相流模型,建立了水平管外降膜流动与相变传热传质过程数学模型,针对降膜蒸发复杂的相变过程,通过用户自定义函数UDF,将编制的计算程序嵌入FLUENT软件相应模块,对降膜蒸发过程进行了模拟研究,阐明了管外液膜、速度、温度分布及其局部传热传质特性沿圆周方向的变化规律。结果表明:在X=0.5~0.8时,液膜厚度较薄,有利于过程传热,圆管底部与顶部局部传热系数较大,并在管顶部出现传热系数最大值;相界面过余温度沿周向距离的增大而增加,圆管下方具有最大的相界面换热温差和最高的蒸发速率;此数值模拟方法和传热传质模型可以较为合理地进行水平管外降膜蒸发过程的理论分析。     

多孔管流体流动数值模拟

分支流技术具有广泛的工程应用背景和理论价值.给出了多孔管变系数变质量动量方程数值解的新解法,并用MATLAB算法语言编写了计算机程序.变系数变质量动量方程的解是多孔管的结构尺寸参数E和流动参数Reo的函数.因此,数值模拟结果可以用来指导优化分布器结构设计,模拟操作工况,对在役分布器进行校核,确定最佳运行方案.     

高粘变物性流体流动传热实验与数值模拟

用高粘变物性流体进行了管内传热实验,所得数据与前人工作和本研究的数值结果作了比较,给出了流场、温度场分布的数值分析结果。     

湍浮力流动的三维数值模拟

本文用有限容积方法直接求解三维椭圆型流动控制方程,紊流模型釆用有浮力修正的k-ε模型。本文首先将该模型用于有横流情况下岸边等密度排放,以检验本模型和计算程序的正确性,所得结果正确预报了排放口下游的回流区,与文献[4]的结果一致。然后进一步将其应用于有横流情况下的温排水、取水问题,所得结果揭示了流场的内部特征。     

竖直壁面上的水膜流动

空气与湿表面液膜的热质交换过程普遍存在于空调设备或化工设备之中，对其交换机理的研究是提高设备热工性能的关键，本文通过建立竖直壁面液膜流动形状简化数学模型，较准确地反映了液膜流动和空气流动之间的相互作用关系。     

水库温度分层流动的三维数值模拟

水库中水温是一个重要的水质因素,其变化直接影响水环境中水生生物的生存。为了预测水库水温分层分布规律,研究水流流动特性,采用剪切应力输运紊流数学模型,考虑紊动剪切应力的输运作用,数值模拟了水库中冷热水密度差产生浮力流继而导致温度分层。通过模拟结果与实测资料以及沿横向平均的二维水温模型计算结果的对比分析,结果表明剪切应力输运模型能够准确地模拟水库中温度分层流动,同时可给出密度下潜流流动细节情况。     

三维薄壁结构与流体相互作用数值模拟

基于通用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)求解器和自编制三维非线性壳体有限元程序,发展一种用于解决三维弹性薄壁结构与粘性流体相互作用问题的数值方法.用CFD求解器Fluent求解粘性流体流动,采用基于三维薄壳非线性理论建立的有限元程序来求解薄壁结构的变形,通过交错方法实现流体和结构的耦合.考察三维非线性壳体有限元程序在解决屈曲和后屈曲问题时的可靠性;通过求解可塌陷直管和粘性流体相互作用问题,检验流固耦合方法的可靠性;研究呼气过程中可塌陷分叉肺管和气流的相互作用问题.重点考察分叉结构中可塌陷管和不同雷诺数流动之间的相互影响.     

结构化填充床内流体流动的三维数值研究

流体在多孔介质空隙内的流动非常复杂,采用常规的实验方法,测量流速分布的数据非常有限,并且有可能破坏流场结构。为了研究不同Re下,结构化填充床流通区域内不同截面的流速分布情况,采用CFD方法进行数值研究,定量分析孔隙内的流动特性。研究结果表明:在层流范围内,当Re较小时,随着流通截面积的增大,流速降低得非常明显,粘性力起主要作用;当Re增大到204.74时,流速降低的速度不再明显,此时惯性力在流动过程中起主导作用,数值模拟结果与实验值取得了定性的一致。     

柴油机喷油嘴内燃油流动三维数值模拟

喷油嘴内的流动状态以及燃油喷射情况在很大程度上影响柴油机的排放和经济性能。鉴于试验和测量受种种条件的限制,可利用CFD软件AVL-FIRE中的混合多相流模型加空穴模型,通过数值计算,模拟了柴油机孔式喷油嘴内的燃油流动状态。模拟出喷油嘴内燃油流动状况,空穴的产生、发展及分布情况。进一步分析了不同燃油喷射压力对喷孔内空穴分布的影响。分析表明,通过本方法可预测喷油嘴内的燃油流动状况,可为喷油嘴设计的合理性指出改进方向。     

IS型离心泵内部流动的三维数值模拟

基于标准κ-ε双方程湍流模型和SIMPLEC算法,采用Fluent软件对一台IS型离心泵内部整个三维流场,在不同工况下分别进行了定常湍流计算,并分析了不同工况下内部流动的差异性,获得了离心泵各过流部件内的流动特生,发现隔舌的存在导致泵内流动呈现非对称性.在数值模拟的基础上,得到该离心泵的性能曲线,并与试验性能曲线进行对比,结果显示两者在总体上吻合.     

波纹管层流传热与流动的三维数值模拟

应用计算流体力学软件FLUENT对波纹管在层流情况下的传热与流动问题进行了三维数值模拟。所模拟的波纹管的母线由多段凹凸圆弧组成(半径分别为R1和R2),其公称直径为20mm,长度为2m。模拟了几何参数R1、R2对其传热与流动性能的影响。在模拟过程中压力-速度耦合选用SIMPLEC格式,压力方程的离散选用Standard格式,其他方程的离散均选用QUICK格式。结果表明:与光管相比,层流情况下波纹管能显著强化传热,在雷诺数(Re)相等情况下,波纹管的R1越大、R2越小时的强化传热效果越好;在几何参数相同情况下,Re越大,强化传热效果越好,在所研究的范围内,Nu最大增加了199.5%。同时,波纹管还具有良好的流动性能,大部分Re的范围内流动阻力系数小于光管的情况,并且随着Re的增大而逐渐接近于光管的摩擦系数。     

黏弹性流体流动的混合有限元方法

对遵循Oldroyd B型微分模型的黏弹性问题,提出一种相容稳定的混合有限元方法.针对黏弹性流体流动问题研究k阶(k≥1)有限元空间逼近,即Pk不连续应力,Pk+1连续速度,Pk连续压力的情形,并对解的存在性、稳定性和收敛性进行了分析.     

滑阀式换向阀三维流体速度场的数值模拟

阐述滑阀式换向阀的工作特点及工作过程,结合其工作特点选择了流体控制体积,给出了研究区域的边界条件.用有限元方法建立了液压换向阀的数学模型,得到了换向阀工作过程中的流场流体压力和流体速度的数值解,研究了换向阀工作过程中阀内部的流体速度沿圆周方向的分布规律,并为研究滑阀换向的其他特性参数(稳态液动力)奠定了基础.     

同向双螺杆挤出机过渡段流体的三维数值模拟

针对某工厂双螺杆挤出机出料速度不均,产品断面有裂纹等问题,应用POLYFLOW软件数值模拟了同向旋转双螺杆挤出机过渡段流道内流体的三维等温流动,给出了物料的粘度和剪切应力随进出口压力、螺杆转速变化的分布规律,重点讨论了工艺参数对过渡段的性能的影响。模拟结果表明:随着进出口压差的增大和螺杆转速的增加,剪切应力均增大,出口物料所受剪切应力梯度变小,过渡段分散混合能力增加,有利于物料在过渡段内的均化。随着螺杆转速的增加,物料在过渡段内停留时间过短会影响物料塑化质量。     

亚临界煤粉锅炉流体流动和燃烧的数值模拟

以一300MW Hg1025/18.2-YM13型亚临界自然循环、四角切圆燃煤锅炉为研究对象,应用可实现化k-ε湍流模型、颗粒相随机轨道模型、即混即燃气相燃烧模型、P-1辐射换热模型,根据燃烧测试试验得到的边界条件,运用FLUENT软件对锅炉炉内流体流动和燃烧过程进行了三维数值研究。模拟预测结果与试验结果吻合较好,温度分布规律和趋势与试验研究结果一致。运用该模型对炉内速度场、压力场、温度场以及燃烧释热场进行了多场耦合仿真,并全面系统地研究了各种操作参数对炉内燃烧工况的定量影响规律,确定了燃烧器和锅炉合理的操作参数:过剩空气系数为1.2、一次风率为20%、一次风温度为608K、二次风温度为620K且均匀投粉。在该条件下炉内温度分布较合理,煤粉能正常稳定地燃烧,炉膛高温区较集中,炉膛出口温度合理。     

压力驱动圆通道中流体流动特性的数值模拟

为了研究人造血管中血液的流动特性规律,采用计算流体力学(CFD)方法对压力驱动圆通道中牛顿流体和非牛顿流体的流动特性进行数值模拟研究,获得流体流动的流型、速度场、压力分布规律,并研究压力、通道直径等因素对圆通道中流体流动特性的影响。结果表明:流体流动为定常流动时,牛顿流体和非牛顿流体的速度场在不同直径和压差下分布呈现对称的抛物线型和柱塞型;脉动压力驱动下流体的速度最大值与通道直径无关。这些结果说明通道直径和压差影响流体的流动特性,从而为研究人造血管中的血液流动特性提供了理论依据。     

螺旋叶片轴向排列结构强化管内高黏流体流动特性研究

利用计算流体力学方法探讨两种螺旋叶片轴向排列方式对其内部高黏度流体流场的影响,提取两种结构的速度场和压力场分析发现,三维速度场均存在着明显的周期性规律.KSM(Kenics type)叶片对流体的切割分流和改变自旋方向在每个叶片的两端产生的压力降为定值,并且随着雷诺数的增加而线性增加.在两种叶片结构的同侧不同端点位置处存在着压力峰值区域诱导了径向二次流的产生.对速度场和压力场的整体协同性分析发现KSM和SSM对应的协同角随雷诺数的增加而下降,SSM内速度场与压力场的整体协同性优于KSM.     

室内火灾烟气流动的三维大涡数值模拟

室内火灾具有较高的危险性,是建筑火灾造成人员伤亡和财产重大损失的灾害之首。利用计算流体动力学(CFD)的方法,建立了室内火灾时期烟气流动的三维大涡数值模型,目的是通过对火灾烟气流动的数值模拟,为多室火灾的控制和人员救助提供理论基础。模拟结果认为,火灾及附近地区温度较高,烟流浓度较大,高温引燃其他易燃物品的可能性加大。通风与火灾的发展状态存在密切关系,通风既能降低室内温度,加快烟流及有毒有害气体的扩散速度,同时也为火灾的进一步发展提供条件。从模拟结果与实验验证可得出结论:火源功率大小及房屋的几何尺寸影响着火灾程度、温度及烟流浓度的分布和变化,数值计算的结果总体上与实测结果存在较好的一致性。