平面型防风网阻力系数的研究

为了确定防风网的受力情况,文中利用数值模拟的方法研究不同来流风速、开孔率和开孔直径对平面型防风网阻力系数的影响规律。不同风速下的模拟流场与利用粒子图像测速技术(PIV)测试风洞内的实验流场非常吻合,验证了数值模拟的合理性。模拟结果表明:当来流风速大于10 m/s时,来流风速的变化对阻力系数几乎没有影响;阻力系数随开孔率的增加呈指数减小的趋势;阻力系数随开孔直径的增加呈非线性减小的趋势。在模拟结果的基础上,建立了阻力系数与开孔率、开孔直径等参数的理论公式,这为计算平面型防风网的受力和设计合理的钢构架提供了理论基础。     

H型翅片管阻力系数变化规律的数值模拟预测

为辅助复杂烟气流场条件下烟气冷却器管外阻力设计计算,本研究提出一种基于翅片管数值模拟的阻力系数预测方法,对不同行列数翅片管束在不同烟气来流速度下的流场进行模拟,拟合翅片管束阻力系数及其随行列数变化的趋势。结果表明:翅片管束压降主要由惯性阻力引起;随着列数的增加,管束阻力呈明显上升趋势;增加行数或列数,翅片管惯性阻力系数降低,当行数或列数大于4时,惯性阻力系数的下降趋势变缓。利用本研究提出的流场模拟方法预测翅片管束阻力系数,可较好辅助烟气冷却器阻力设计计算。     

椭圆管矩形翅片空冷器流体流动与传热特性数值分析

对电站空冷器椭圆管矩形翅片空气侧的流动与传热特性进行了数值模拟,分析了翅片间距、翅片厚度、迎面风速以及环境温度对翅片侧流体与壁面之间的表面传热系数以及流动阻力的影响。数值模拟结果表明：随着迎面风速的增加,表面传热系数和流动阻力显著增加;翅片间距对表面传热系数影响不大,但对流动阻力和总散热量的影响显著;表面传热系数和流动阻力随翅片厚度的增加呈单调增加的趋势。本文数值模拟结果可为电站空冷器的设计与实验提供参考。     

驻极体过滤器过滤特性的数值研究

利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)对驻极体过滤器内的气-固两相流动特性进行数值研究,计算了过滤器内部电场的分布及带电颗粒经过驻极体过滤器时的压力损失和渗透率。结果表明:对于颗粒粒径dp≤0.1μm的颗粒,静电力在其捕集过程中占主导作用;随着粒径的增加,静电力的影响逐渐减弱。对于粒径范围在0.05～0.5μm的颗粒,驻极体过滤器的渗透率随迎面风速的增大而增大。另外,从驻极体过滤器内颗粒运动轨迹可以看出,在驻极体过滤器的背风面有带电颗粒的沉积,这种颗粒沉积可能是驻极体过滤器低渗透率,低阻力的主要原因之一。     

湿工况下平翅片传热传质实验与数值模拟

研究了湿工况下2排错列平翅片管换热器,迎面风速在0.77～3.06 m·s^-1范围内的传热特性：潜热换热量先是随迎面风速的增加而增加,当迎面风速增加到一定值后,潜热换热量受迎面风速的影响很小;与干工况相比,湿工况下空气侧的对流换热系数有所增加。在实验研究的基础上,为降低数值求解的难度,引入了“壁面反应”来模拟水蒸气在冷壁面的相变传热、传质过程,建立了湿工况平翅片管换热器空气侧三维传热、传质的简化模型。得到了湿空气的温度分布及水蒸气组分分布,并用场协同理论就迎面风速对传热、传质的影响进行了分析。将数值计算的结果与实验数据进行了对比,两者吻合很好。     

基于微观结构的褶式滤芯拟态化模型及其过滤性能的数值模拟

基于随机多层纤维过滤介质算法建立褶式滤芯三维拟态化结构模型,对褶式滤芯内部气-固两相流动进行数值模拟,计算不同运行参数及结构参数下滤芯的压力损失及过滤效率,并与文献计算值进行比较. 结果表明,压力损失随过滤风速增大呈线性增加;随褶尖角增大,压力损失呈先减小后增加,压力损失计算值与文献计算值吻合较好. 褶尖角和过滤风速一定时,过滤效率随粒径增加先减小后增大,在给出的颗粒直径范围内存在最易穿透颗粒直径(MPPS). 不同过滤风速下,当颗粒粒径小于0.5 mm时,扩散作用使过滤效率随过滤风速增加而减小;大于0.5 mm时,惯性作用使其随过滤风速增加而增加;MPPS随风速增加而减小;本计算值与文献计算值趋势一致. 不同褶尖角下,当颗粒粒径小于1 mm时,扩散作用使过滤效率随褶尖角增大而减小;大于1 mm时,惯性作用使其随褶尖角增大而增加.     

褶型纤维过滤介质压力损失的多尺寸模拟

统筹考虑纤维结构特性、纤维排布及纤维层数等因素,基于MATLAB编写控制程序,建立褶型纤维过滤介质微观尺寸模型,并计算过滤介质固体体积分数?,采用数值模拟方法获取微观尺寸下过滤风速v与压力损失Δp之间的数学关联式,进而获取介质的粘性阻力系数C1。在此基础上,建立褶型纤维过滤介质宏观尺寸模型,基于微观尺寸模拟得到的?及C1,采用数值模拟的方法得到宏观尺寸下迎面风速u与Δp之间的数学关联式,并将数学关联式与多个经验公式进行对比。结果表明,褶型纤维过滤介质内纤维排列方式及介质厚度对Δp有影响,但对C1等性质参数影响不大;微观尺寸研究得到的参数可以为宏观尺寸研究提供指导,微观结构与宏观结构性质参数可以沿用。本研究结果对拓展纤维过滤介质的研究方法及优化其结构具有重要理论及实际意义。     

荷尘状态单纤维过滤压降数值计算与分析

采用Monte Carlo法和Kuwabara单元模型,模拟了单纤维表面粉尘树枝结构的生长过程。在此基础上,考虑邻近粒子对粉尘树枝中单粒子阻力的影响,给出了荷尘状态单纤维过滤压降模拟模型。结果指出,对所有过滤情形,荷尘单纤维过滤压降随沉积量变化呈现两个阶段性特征;过滤风速、粒子大小和粉尘树枝形态结构对荷尘单纤维过滤压降影响显著;而纤维直径对荷尘单纤维过滤压降影响不明显。在获得单纤维过滤压降随沉积量变化关系后,求解了粒子在模型过滤器中的质量分布,建立了荷尘纤维过滤器过滤压降预测模型,并将模型计算结果与实验结果作了对比。结果表明,过滤风速在0.01~0.3 m·s^-1范围内时,计算值与实验结果吻合较好,模型可适用于荷尘纤维过滤器的压降预测。     

垂直轴5叶片阻力型风力机的动态特性

采用CFD对风轮直径为4 m的垂直轴5叶片阻力型风力机的瞬态流场进行数值模拟. 通过对不同入口风速和风力机转速条件下风力机流场和力矩系数随时间的变化情况的计算模拟,分析了垂直轴5叶片阻力型风力机的动态特性. 结果表明,流场和力矩系数的变化具有周期性,随转速增加,力矩系数的均值和周期均减小,振荡幅度增大;随风速增加,力矩系数均值和振荡幅度均大幅上涨. 力矩系数呈调制波形式,风速对曲线形态有较大影响. 随风速增大,风力机的最佳转速和风能利用率逐渐增加. 当入口风速从7.5 m/s增加到9 m/s时,风力机的最佳转速和风力机的风能利用率最大值分别从13 r/min和23.2%增加到19 r/min和25.8%.     

旋流板塔内气相流场的速度及压降的数值模拟

通过FLUENT计算流体力学软件对旋流板塔内的气相流场进行数值模拟分析。采用k-ε湍流模型和SIMPLER算法,对旋流板塔内气相流场进行三阶运算,得到气相流场的三维描述。模拟结果表明：将模拟所得的压降与试验值进行对比,发现在小进气量工况下数值模拟结果和试验结果吻合较好;在旋流板塔流场内部,存在一轴向速度为负的区域;切向速度随着高度的增加而强度减弱;径向速度随着高度的增加,减小的趋势比较明显。     

新型螺杆挤出机熔体输送理论的研究

介绍了一种新型嵌套式螺杆挤出机。对熔体输送段进行了深入分析，把内螺杆的运动等效为螺杆轴的反向拖曳和螺棱的正向推力置换两部分作用，建立了对应的物理模型和数学模型，并得到了解析解。重点讨论了沿螺槽方向的流动和横向流动，并与普通单螺杆挤出机作对比，得到了螺杆和机筒同时旋转情况下的体积流率。结果表明，所建模型的解析解和文献中的实验数据较为吻合，当螺杆和机筒同时旋转时，熔体输送段的体积流率大大增加，横向流动和平行平板模型类似。     

表面活性剂添加对气液两相流摩阻压降特性的影响

研究了表面活性剂添加对水平管内气液两相流摩阻压降特性的影响.实验中选用了环境友好的纯度为95%的十二烷基硫酸钠(SDS)作为减阻添加剂,浓度为100 mg•kg^-1.结果表明阻力减小率与流型有关,分层流型的阻力减小率可达83.3%、塞状流型和弹状流型的阻力减小率可达83.2%、环状流型的阻力减小率可达31.2%.表面活性剂可以通过改变液体物性和改变流型两个方面来影响气液两相流摩擦压降.     

管内间隔插入旋流片的流阻性能研究

为了研究管内间隔插入旋流片的流动机理,建立了流阻数学模型,通过数值模拟分析了旋流片的旋转角α和旋流角β对j(形体阻力与摩擦阻力的比值)的影响。结果表明,当α相同时,β=38.1°旋流片的j值比β=20.3°的大2倍。与α相比,β对形体阻力的影响更显著。给出了4种不同结构旋流片的j方程与总阻力系数方程。以上结果可为旋流强化传热的阻力控制方面的进一步研究提供参考。     

表面活性剂添加对歧管式微通道阻力特性的影响

歧管式微通道（MMC）热沉具有热阻小、结构紧凑、冷却液流量小、流速低、沿着流动方向温度分布均匀等优点,但其小尺寸所产生的较大压降却增加了泵功的损耗.本文研究了表面活性剂添加对其阻力特性的影响,实验选用了纯度为95%的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）和纯度为98%的新型绿色非离子表面活性剂烷基多糖苷（APG）作为减阻添加剂,浓度分别为100和300 mg·kg^-1,结果表明阻力减小率与流速和温度有关.在层流区内减阻效果不是特别明显;但是当流体进入紊流区后阻力减小率开始明显增大,尤其是进入充分发展的紊流区后减阻效果大大加强.此外,温度的提升也可增加阻力减小率,但添加SDS后减阻效果的改善却不及APG.通过对两种不同类型表面活性剂的实验比较,发现温度较高时APG比SDS具有更佳的减阻效果.     

Turbulence structure for plane Poiseuille–Couette flow and implications for drag reduction over surfaces with slip

Direct numerical simulations were used to simulate plane channel and plane Poiseuille–Couette flows. For Poiseuille–Couette flow, the walls of the channel were moving with a specified velocity. This is equivalent to forcing a slip velocity at the wall of the channel, and such flow behaviour can be viewed as the effect due to an ultra‐hydrophobic wall. It was found that the location of the zero Reynolds stress value shifted towards the wall moving in the streamwise direction. The near‐wall eddies were found to be longer and weaker than for the plane‐Poiseuille channel flow. It appears that such an eddy structure can lead to turbulence drag reduction.     

气固两相流动中非球形颗粒所受曳力的数值研究

采用数值计算的方法研究了非球形颗粒在气固两相流动中所受的曳力,在Re＜100的条件下对流经3种具有典型几何特征的非球形颗粒（正方体、圆柱体和圆台体）的流体流动进行了详细的数值计算.通过比较计算结果与文献中所推荐的3种曳力系数修正关系发现：Ganser方法与本文计算结果符合最好.通过对两种不同颗粒摆放条件的流动进行计算发现：对于不同的颗粒与来流角度,非球形颗粒所受到的曳力具有较大的差别.     

鼓泡塔中气泡群运动的实验与模拟

采用高速摄像法测量了均匀鼓泡流状态下,水以及体积分数分别为20%和40%的甘油-水体系中气泡群的浮升运动,考察了气含率、雷诺数和分布器孔径对气泡尺寸、形状、浮升速率和曳力系数的影响。构建了立方体单元胞模型,并根据雷诺数的不同选取层流和湍流模型,模拟得到气泡的浮升速率和曳力系数与实验值吻合较好。结果表明:随着气含率及液体黏度的提高,气泡群浮升阻力增大,浮升速率减少;随着雷诺数和气泡直径的增加,曳力系数减小,气泡浮升速率增大。单元胞模型能较好地反映气泡群浮升过程中各因素的影响,是处理气泡群运动的有效工具。     

聚合物添加剂对流动沸腾传热与减阻的研究

研究了两种不同相对分子质量 (2 5 6× 10 4 和 85 5× 10 4 )的聚合物添加剂聚丙烯酰胺 (简称PAM )在垂直铜管内对水的流动沸腾传热的强化情况 ,研究了添加剂水溶液浓度、质量流率、热通量等对流动沸腾传热的影响 ,根据测得的稀溶液在垂直铜管内流动沸腾的总压降 ,用Martinelli分离流模型求得了相应的摩擦压降。结果表明在低热通量下 ,在适当的浓度范围内 ,两种不同分子量的PAM不仅可提高流动沸腾传热系数 ,还可降低流动沸腾的阻力。研究还表明 ,在相同操作条件下 ,在同样质量浓度下 ,两种不同分子量的PAM对水流动沸腾具有较为相近的强化传热与减阻作用     

基于Fluent的井下油水分离和润滑过程中新型润滑元件设计分析

为解决含水稠油采输时油水分离和降黏减阻的问题,采用Fluent软件对井下油水分离和润滑过程进行数值模拟,并设计出一种新型的润滑元件,使其能就地安装,形成高质量油水环状流,有效控制采出液的含水率,提高含水稠油井采收率,并降低后续原油处理成本。固定入口流速为0.6m/s,分流比为0.5,进行润滑元件结构的单因素分析。结果表明：流体在溢流口处径向速度极小,说明形成的油核几乎不存在偏心现象,轴向速度的存在有利于形成清晰的油水界面,从而利于形成高质量的油水环状流,经过元件的流体分离出部分水后轴向速度也得到了提升,有利于提高原油采收率。进行与仿真模拟相同工况下的室内实验,通过改变流速观察润滑元件的压降值与流型的变化情况。结果表明：合理的入口流速范围内,采用雷诺应力模型（RSM）与混合多相流模型（Mixture）计算模拟润滑元件内部流场情况具有较高的可信度。     

用单元胞模型数值模拟气泡群中气泡的运动

用数值方法模拟了气泡群中Reynolds数为50的气泡的运动,以单元胞模型体现气泡群中气泡间的相互作用。数学模型用完全的流体力学方程、以流函数-涡度为变量来描述变形气泡周围的液体流动,控制方程在贴体正交坐标系中、以有限差分法离散后数值求解。模拟结果表明,气含率对气泡阻力系数和气泡偏心率有很大的影响,与理论分析较符合。但单元胞模型预测的阻力系数与基于爬流中球形气泡的理论值相比,在数值上偏高很多。采用无剪切为外边界条件比用无涡度为外边界条件的模型预测更接近理论公式。预计单元胞模型经进一步改进后可成为处理气泡群的有效工具。