高压除鳞喷嘴内部流场数值模拟与仿真分析

针对目前工厂广泛使用的高压除鳞喷嘴，应用前处理软件Gambit建立其内部流场的三维模型，采用Fluent软件提供的Laminar层流模型对不同结构参数的喷嘴内部不可压缩、稳态、层流流场进行了数值模拟，并分析了各参数对其流场速度分布、压力分布和出口轴心速度的影响。仿真值与理论计算值十分接近，数值模拟结果表明，喷嘴收缩角和直径对其内部流场影响较大，而扩张角对其内部流场影响相对较小，但各参数都存在最优值，且各参数之间也存在着最优搭配使射流打击效果最好。     

喷嘴流场数值模拟

通过对喷嘴流道的数值模拟计算,分析喷嘴在设计工况下的内部流场、压力、速度的分布状况,探究喉部截面位置能量损失的原因。结果表明压力梯度、速度梯度及湍动能过大是造成喉部能量损失的主要原因。为优化喷嘴结构的设计提供新的方法。     

射流搅拌流场的数值模拟分析

喷射搅拌器广泛应用于油品储罐内的调和,喷嘴入射角度和入射速度对搅拌效果有很大影响。应用计算流体软件并根据标准k ε湍流模型与 SIMPLE算法,采用单因素敏感分析法分别对喷嘴的喷射角度、喷嘴直径及入射速度的射流流场速度分布进行数值模拟分析。结果表明：喷射距离随直径的增加而加大,随速度的增加而增大,在15~60°的角度范围内,随入射角度的增加先增大后减少;储罐内的速度流场分布随直径的增加先减少后增加,随速度的增加而增加,随入射角度的增加先增加后减少;射流产生的回流范围随直径的增加先减少后增大,随入射速度的增大而增大,随入射角度的增加先增大后减小。因此,相比于喷嘴直径,入射速度和入射角度对储罐内的搅拌效果和搅拌范围有更大的影响。     

吸收塔流场数值模拟分析

以流体力学理论为指导,运用FLUENT6．2软件对喷淋吸收塔的流场进行三维数值模拟,揭示吸收塔内的流场特性。计算结果表明,模型的计算值对优化脱硫吸收塔的设计工作具有指导意义。     

风力机流场速度数值模拟

为了研究风力机在不同来流风速下和额定风速下运行时的尾流情况,采用数值模拟计算的方法,对美国可再生能源实验室(NREL)5 MW风力机进行建模并选择不同来流风速进行数值模拟计算.通过模拟计算数据可以看出,风力机下游的风速在0D~4D区域内恢复迅速,在4D~12D区域内恢复缓慢,在12D~16D区域内恢复迅速.其中,在风力机下游6 D距离处,来流风速恢复到接近来流风速的60%,在20D处恢复到来流风速的92.8%.由此表明,初始来流风速越大,风力机下游风速越容易恢复到初始风速,并且可以认为在下游20D处下游风力机不再受上游风力机的影响.     

分解炉的结构对冷态流场影响的数值模拟

采用Fluent软件对喷腾型分解炉、喷旋分解炉和旋流一双喷腾分解炉的冷态流场进行了模拟，并分析比较了分解炉结构特性对流场分布的影响规律。结果显示：喷腾分解炉内的流场基本为喷射流，且流场基本对称。对于带旋流的喷旋分解炉和旋流一双喷腾分解炉来说，由于带旋流的三次风和喷腾的窑尾烟气的共同作用，分解炉内的流场为旋流带回流。模拟结果将为新型干法水泥确定分解炉类型和原有系统的改造提供理论依据。     

离心浮选机结构对流场影响的数值模拟

为探讨浮选机结构对流场的影响,对整体浮选机流场的分布特性进行了数值模拟.以自吸式离心浮选机为模型,使用计算流体动力学软件STAR CCM+,运用Realizable k-湍流模型和VOF多相流模型,采用SIMPLE算法对速度和压力进行耦合求解,得到了速度、压力、湍动能以及气液相含率的分布规律.模拟结果表明,吸气量、喷嘴出口动能和湍动能值随喷嘴直径增大而减小,当喷嘴直径为19 mm时效果较好.外筒体流场存在较大的速度梯度,速度值从7~8 m/s降至1 m/s以下.矿化气体在外筒体的弥散程度较低,入料初始阶段气含率均一度仅为20%~30%.     

旋流式进料喷嘴实验与流场结构数值模拟

针对旋流式催化裂化进料喷嘴进行了实验研究和数值模拟。实验中测量了不同工况下的雾化粒径和喷嘴的雾化角,同时验证了各段的压降分配方案。通过VOF(volume of fluid)方法对喷嘴气液两相流的流动过程进行了数值模拟,描述了喷嘴中两相流的填充过程,得到了喷嘴的压力、速度分布和雾化角,并与实验结果进行了比较,二者吻合较好。对上述结果分析后表明,该型旋流式喷嘴雾化粒径在53~60μm,雾化角随气液比或流量的增大而有所增加,采用内外嵌套式旋流器可使射流厚度较为均匀。     

几何结构参数对喷射器性能影响的数值模拟

通过Fluent软件对CO2工质在喷射器中的流动进行模拟, 同时通过改变工作流体和引射流体的入口压力研究喷嘴临界截面直径对喷射系数的影响。模拟结果表明: 当保持喷射器的基本工作参数不变, 引射流体入口压力为一定值时, 喷射器喷射系数随喷嘴临界截面直径的减小而逐渐增大; 当保持喷射器的基本工作参数不变, 工作流体入口压力为一定值时, 喷射器喷射系数随喷嘴临界截面直径的增大而逐渐减小; 在喷射器的基本工作参数保持稳定时, 可以通过提高引射流体入口压力及工作流体入口压力2种方法提高喷射系数。     

叶栅内部粘性流场的数值模拟

提出了一种求解叶栅内部粘性流场的新方法,并用该方法求解了任意曲线坐标系下的时间相关Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,该方法采用有限体积离散,对无粘通量采用Ｃｈａｋｒａｖａｒｔｈｙ－Ｏｓｈｅｒ的三阶精度ＴＶＤ格式,对粘性通量采用中心差分格式;并且在边界处理上采用直接将边界条件施加于物理边界上的方法,使得边界条件更加符合真实情况,对叶栅内部粘性流场的计算表明,该方法能够反映叶栅内部的流动情况。     

正交射流尾迹气固两相流动的数值模拟

运用气相ｋ－ε湍流模型和颗粒相代数方程模型对正交射流（垂直的交叉射流）尾迹气固两相流动进行了数值模拟，获得了该流动尾迹的气、固相速度分布，颗粒质量流分布，计算结果与实验值定性符合．文中探讨了一次风口（主流入口）粉气质量比对颗粒混合的影响以及颗粒对气相流场的影响，并得到了一些有价值的结论．     

SK型静态混合器内的三维流场数值模拟

利用专业的计算流体力学软件Fluent对SK型静态混合器内的三维不可压缩湍流流场进行数值模拟．计算过程中采用雷诺时均方程和标准的k-ε湍流模型，得到静态混合器内混和物中2种流体的速度场分布相同并且关于其轴线成对称分布的规律．单个混和元件其流体速度的最大值出现在中间的横截面处．利用后处理软件对计算结果进行分析，为其性能测试提供了理论依据．     

入口位置对喷淋塔流场影响的数值模拟

利用FLUENT软件对三种不同入口位置的喷淋塔的内部两相流场进行了三维数值模拟。在计算中气相采用标准k-ε模型计算,SIMPLE算法。重点研究了不同入口位置的喷淋塔内的流场及压力的分布情况。计算结果表明,对同一喷淋塔,入口位置不同对塔内流场有很大的影响。此结果对喷淋塔的设计及其改进具有一定的参考价值。     

脱硫塔流场的数值模拟

以湿法脱硫塔为研究对象,以紊流模型及颗粒轨道模型为理论基础,利用FLUENT软件计算了脱硫塔内的三维流场.从计算结果来看,脱硫塔塔形、烟气进口形式、脱硫层布置形式等对脱硫塔内的流场都有较大的影响.     

高压干气密封流场数值模拟

干气密封在高温、高压以及各种腐蚀性介质的应用越来越广泛,高压高温给干气密封带来什么影响,人们的认识还不足,特别是理论计算中存在许多问题。我们知道高压工况下,干气密封端面气膜流场的压力和温度变化较大,而介质密度、粘度应是随压力和温度的变化而变化的,特别是气体的密度受压力的影响较大。但以往的传统干气密封数值模拟中,大多是密封介质的密度按照假设温度和压力值选定,并未曾考虑到密封介质物性参数变化对密封性能的影响,因此研究结果难免有些误差。本文提出了高压干气密封流场计算的新方法,考虑了流场和温度场变化对密度的影响。首先使用ANSYS Workbench软件对密封环进行热分析,得到了密封环的温度场分布,并推出端面气膜的温度分布;采用用户自定义函数（UDF）将密封介质N2的密度定义为压力和温度的区间函数,用加载了UDF的Fluent软件对端面气膜流场进行数值模拟计算,通过不断地迭代计算得到端面流场的压力分布和开启力。 分别采用变密度（自定义密度为压力和温度的函数）和定密度（直接将密度设定为定值）两种方法,通过Fluent软件对上述干气密封流场进行了模拟仿真,并进行了网格尺寸在模拟仿真时的无关性验证。对比模拟结果,可以看到变密度方法所得到的计算结果更接近工况实际情况,该算法解决了模拟计算中介质物性参数设置存在的问题,值得借鉴。 研究发现：使用Fluent的UDF功能来描述干气密封端面间隙气体密度的变化是可行的,为更精确地模拟端面间隙流场提供了一种新方法。在高压工况下,压力变化对气体密度影响较大,变密度方法能够更加真实地反映其流场。此外还应考虑温度变化对气体密度的影响。     

Research on Numerical Simulation for Flow Field in a Jigger

Jigger is the main equipment in coal processing industry in China, which is developed towards large-scah device. By using the homemade device LTX-35 jigger as a model employing mesh division with non-orthogonal mesh for different kinds of through-flow passage, and completing the numerical simulation with the computational fluid dynamics (CDF) software-PHOENICS, the velocity distribution in different flow fields resulting from guide plates of varied structures are obtained. The results from the simulation show that 1 ) the degree of velocity uniformity of the flow field can he improved if a flat guide plate is replaced by a curved one in the jigger ； 2) the best result can he achieved by using a semicircular guide plate.     

连铸中间包内流场与温度场的数值模拟

针对国内某钢厂中间包,利用CFD软件FLUENT研究该中间包内传输现象,计算挡墙对中间包流场和温度分布的影响,结果表明设置合适的中间包挡墙,能明显改善中间包内的流场和温度场.     

涡轮分级机内腔流场的数值仿真研究

涡轮分级机内腔流场的研究是一个非常复杂而又重要的问题，针对FW-Φ150型强制涡卧式涡轮分级机的内腔流场，利用最新的CFD技术，建立起分级机叶片间的三维旋转流场模型，分别进行了叶片形状为直型和带后弯导板型时的数值模拟计算。结果表明，当采用后弯导板的叶片形状时，混合气流通过两叶片间流场会产生一种正方向的涡旋，它可以抵消使用直叶片时由于涡轮高速旋转而不能克服的附加反方向涡旋，从而使流场更加稳定，容易形成整流。该研究为开发适合亚微米级的高效精密分级机提供了一定的理论依据。