水平管内气液两相流界面湍流各向异性分析

为探讨水平管内气液两相流湍流模型如何选择,提出水平管内气液两相流界面湍流为各向异性的猜想,分析了该界面湍流各向异性产生和发展的机理,指出界面湍流各向异性产生的湍流惯性力是水平管环状流形成的重要原因.通过比较二方程模型和雷诺应力模型(RSM)模拟同一个水平管环状流工况的结果来验证分析的正确性,在此基础上探讨了气液两相流湍流模型的选择依据.结果表明当水平管内气液剪切力较大时适合选用RSM模型,其他情况二方程模型和RSM模型均适用.     

倾斜管内油水两相流数值模拟

倾斜管内的油水两相流流动是油田地面集输管道内最常遇到的流动现象。采用VOF在不同含水率和混合流速条件下对不同角度的倾斜管内的油水两相流进行数值模拟。通过计算可知,管内流型受管道倾斜角度影响。倾斜管内的油水两相流压降与含水率和流体混合流动速度有关,倾斜管内流体压降随含水率的增大而减小,随流体混合流动速度增大而增大。倾斜管压降计算公式对高含水期的油水两相流压降规律预测同样适用。     

德士古气化炉激冷室下降管内气液传热传质过程研究

采用VOF多相流模型建立德士古气化炉激冷室下降管内气液两相直接接触热质传递的二维数学模型。模型考虑了合成气内部组分扩散,表面张力作用和辐射热传递。同时进行了实验研究以验证模拟结果,数值预测的温度分布与实验吻合良好。采用所建立的模型预测了水蒸气浓度分布和有无相变时降膜流动流型。     

高含水期水平管油气水三相流动数值模拟

由于油气水三相间存在着不稳定的混合界面,在不同的条件下可产生多种流型。采用VOF多相流模型对水平管道中油气水三相流动进行数值模拟,得出在不同含气体积分数、含油体积分数、黏度及流速条件下油气水三相在水平管道中流动的相分布图。分析可知,在高含水期,随着含气体积分数的增加,流型由气泡流发展成分层流;随着混合物流速的增长,流型由分层流发展成段塞流。含气体积分数和混合物流速对流型有较大的影响。含油体积分数和原油黏度对流型的影响不明显。计算结果与相关理论比较吻合,对实际工程具有一定的指导意义。     

突变管段三相流流型研究

油气水三相流动极其复杂, 三相之间的混合界面稳定性较弱, 因此在不同的输送条件下存在多种流型。使用 VOF模型, 以突变管段内油气水三相流为模拟对象, 在气体体积分数、 原油黏度及流动速度等参数不同的条件下, 对流体在管内的流动进行了模拟, 得到了相应的相分布云图。研究结果表明, 气体体积分数及流速对多相 流流型具有很大的影响, 而原油的黏度对流型的影响不是很明显。     

水平管粉煤密相气力输送过程截面涡特性的数值研究

基于欧拉-欧拉方法,将颗粒动力学理论与修正的颗粒静摩擦力模型相结合,考虑曳力与升力两种相间作用力,及颗粒间碰撞与摩擦力,采用标准湍流模型与小摩擦全滑移边界条件,对水平管内加压密相气力输送过程进行数值模拟。获得了气固两相速度、浓度、湍流强度及压降梯度分布规律,与文献实验规律吻合较好。通过捕捉瞬态两相涡形图,用漩涡耗散理论解释了加压密相气力输送的流场规律,分析了气固两相相互耦合条件下的运动规律。     

华润水泥公司某旋风预热器换热过程的数值模拟

针对华润水泥公司一条5 800 t/d生产线水泥预分解系统中的旋风预热器C1单体建立全尺寸几何模型,对旋风预热器内气、固两相传热过程进行了数值模拟。其中,气相湍流模型采用雷诺应力模型,气、固两相流采用Eulerian多相流模型。相关模拟结果从工业测试数据得到了验证,取得了实验数据和模拟数据之间的合理一致性。模拟结果表明：旋风筒的整体换热效率为91.2%,绝大部分气、固换热在换热管内完成,占总换热量的80.8%。换热管内气、料混合效果以及短路流现象是制约该旋风筒换热效率的主要因素。     

T型毛细管中气液两相流型及Taylor流的数值模拟

运用FLUENT求解器中的VOF模型对T型毛细管中气液两相流型进行数值求算,模拟出不同气液相表观速率下的各流型变化及Taylor流流动,并考察了气液表观速率、接触角以及毛细管内径对Taylor流流动特性的影响。研究结果表明:通过改变气液两相的表观速率,观察Taylor流中的气液柱长度的变化,发现得到的模拟值和实验值在一定范围内非常吻合;气泡长度和液柱长度分别随着气相表观速率和液相表观速率的增大而变长;随着接触角的增大,Taylor流中气液柱的长度会呈现凹函数的线性变化,但整个过程波动范围均在15%以内,这表明接触角对Taylor流的流动影响不大。     

钢包浇注过程的数学物理模拟

采用CFD商用软件FLUENT,选取VOF气-液两相流模型和标准k-ε湍流模型对60 t钢包浇注过程进行了数值模拟和物理模拟,利用水口流量和液面高度随时间的变化曲线分析了浇注过程中旋涡的产生及变化规律,得到了产生旋涡时自由液面的速度场,并与水模拟实验结果进行了比较.研究结果表明,水口直径及其水口位置对旋涡影响的数值计算结果与物理实验的结果吻合较好.VOF模型对于该过程的模拟是合理的和可行的.     

管内气液两相流换热关联式研究现状

管内气液两相流动因传热的复杂性与流动的不稳定性限制了换热关联式的研究.与管内单相流动相比,管内气液两相流换热关联式的研究并不成熟.已有的换热关联式也因适用范围、运行工况等因素有较大差异,因此在选择换热关联式时需要格外慎重.文中将现有的管内气液两相流换热关联式进行了归纳分析,介绍了不区分流型与区分流型的换热经验关联式以及理论关联式,为换热器的设计提供参考依据.     

油气两相流温降计算方法的研究

油气集输管线的沿程温降主要与压降、总传热系数有关,而油气两相流在沿程的流动过程中不稳定,流态多变,导致了压降的计算方法有着很大的区别。在考虑了平均含气率与焦耳-汤姆逊效应对温降的影响后,建立了集输管线的油气两相流温降数学模型,采用了贝克流型划分法对油气两相流进行计算,其计算结果优于苏霍夫公式所计算的结果,说明了该计算方法能够提高油气两相流温降计算的精度。     

管道内液固浆液输送的数值模拟

为了对管道内液固浆液输送的流动形态进行研究，建立了以颗粒动力学为基础的Euler Euler双
流体模型.在浆液流速大于临界沉积速度的情况下，模拟了不同浆液入口速度时的管道压力降，同时对管
道内浆液输送液固两相流进行了研究：当轴向位置与管径之比大于50时，管道内浆液流动处于充分发展
状态.此外还分析了在不同浆液速度下管道内液固两相的空间分布和浆液流动形态：在水平方向液相速度
分布和固体颗粒相速度分布呈对称状态；垂直方向液相速度分布和固体颗粒相速度分布由于重力影响，
不再呈对称状态.固体颗粒相速度分布与液相速度基本相同，两者之间的滑移速度很小，可以忽略.计算
结果与实验值的比较表明，所建模型能有效地描述管道压力降和管道内浆液流动形态.     

平面闸门有压出口段突扩突跌三维流场数值模拟

高水头平面闸门后接平坡明流段,且出口采用突扩突跌的掺气设施,其水力特性复杂,实际工程中研究及运用较少.结合设计采用该形式的龙开口水电站冲沙底孔,应用标准双方程紊流模型和VOF多相流方法对其流道流场进行了三维数值模拟,对闸门出口突扩突跌段特性、平坡泄槽段水力特性进行研究,并将部分结果与模型试验成果进行比较,两者符合较好.通过数值模拟与模型试验相互验证对其体型进行优化,提出闸门段压力分布均匀的出口收缩方式、出口加挑坎的跌坎掺气体型,在平坡泄槽上取得了良好的掺气效果,为工程设计提供参考.     

水平T型管中油水两相流流动数值模拟研究

针对我国稠油油田较多和油田含水率高的特点,运用VOF多相流模型对地面集输管网中较为常见的水平T型管内油水两相流流动进行数值模拟。给定条件下中质稠油含水率为80%,流速1.5m/s,模拟结果为油水两相流属于水包油型分散流型,水作为基本相,油为分散相。分支前主管段内压力值以300Pa/m的速率线性减小,分支处主管段内压力值有所增大,而后随着流动线性减小,分析了支管段内油水两相流的压力降机理。研究结果对于优化管网结构、合理设计管道参数、管道腐蚀与防护具有重要作用。     

倾斜下降管内气（汽）─液两相流动特性研究

本文以空气─水为工质，对倾斜下降管内气─液两相流流型和摩阻压降进行了理论和试验研究。采用压差波动法测定流型，获得了不同流型下的压差波动信号。根据试验结果，绘制了不同倾角下的流型图，得到了四种主要流型的转换关系式。采用以分液相摩擦折算系数和马蒂内利参数Ｘ２的关系整理了倾斜下降流动摩擦阻力试验结果。在理论分析基础上结合试验结果，提出了三种流型下摩擦阻力计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。     

气液并流通过波纹筛板填料的流体力学性能

脉冲流是堆叠筛板填料中的一种特殊流型，因其具有较高的传质传热效率而受到关注。本文从强化气液相互作用、扩展脉冲流操作区域的角度提出波纹筛板填料，并通过实验研究了三种规格波纹板填料中的两相流压降特性和脉冲流行为。结果表明，与普通筛板填料相比，波纹板填料中脉冲流的操作范围显著扩展、脉冲流强度也同时增强；突出特点是，脉冲流的出现有一起始液量，且该起始液量随着孔径的减小而减小，筛孔较大的两种波纹板填料中出现脉冲流的起始液量相较于普通筛板显著降低，三种波纹筛板脉冲流操作区域的上限气量均显著提高。波纹板填料中两相流压降的变化以及操作参数、孔径及开孔率等结构参数的影响规律类似于普通筛板填料，两相流压降随着气、液流量的增加而增大，随着板数的增加呈线性增加关系；筛板孔径和填料开孔率的减小都导致压降的增加，二者影响的显著性是相对的且与两相流量有关；由于流动不规则性增强，波纹板单板压降同比高于普通筛板。综合实验数据，提出了波纹筛板填料的干、湿板阻力系数关联式和脉冲流操作区域的上、下限气、液相雷诺数关联式，其预测值与实验结果相对偏差均在15%以内，可供波纹板堆叠填料的应用设计参考。     

多孔介质流动显示与强化传热的实验研究

对添加挡流板、螺旋板及多孔介质的管束外掠流动的流型、流阻及其传热特性进行了实验研究。实验表明 ,直挡流板的管束流道由于存在滞留区 ,流阻高且不利于换热。螺旋板的管束流道的Nu比直挡流板高 79% ,而具有螺旋板和多孔介质组合的管束流道的对流换热系数比直挡流板高 94%。同时得到了最佳螺旋角和多孔介质的最佳孔隙率     

以水为工质的铜基微通道热沉的流态可视化与传热特性

设计了微通道流态观测系统,在低雷诺数(34～191)条件下,对以水为工质的一种铜基微通道热沉的流态、温差、压降与其传热特性的关系进行研究。通过可视化观察发现,此微通道的主要流态形式为环状流并随着热流密度的进一步增大呈现周期性震荡。在微通道出现干涸现象时,流体流量迅速下降至零。低入口雷诺数下,首次发现了微通道热沉底部轴向温度呈现中间低两边高的现象。这可能由于流态为充分沸腾的环状流时,与壁面的换热效率最高导致的。微通道热沉的压降损失随着雷诺数和热流密度的增加而增大。分析结果表明,流体流态是影响铜-水微通道热沉换热特性的决定性因素。     

波纹管内层流脉动传热和阻力特性的数值研究

为探讨波纹管和脉动流同时使用能否实现复合强化传热的效果,利用计算流体力学软件Fluent数值模拟了波纹管在管内流体发生周期性速度变化条件下的传热和阻力特性．模拟的边界条件为：管壁温度293K;管内工质为水,入口温度333K,平均流速0．02m／s,脉动频率厂分别取2、4、5、8、10Hz,振幅A分别取0．2、0．4、0．6、0．8、1;出口压力为0．通过分析传热强化系数、沿程阻力增强系数、效应评价准则数,结果显示：管内脉动流既能强化波纹管的传热也会弱化传热;相比稳态流条件,传热最大能被强化约5．9％;脉动流会增大波纹管的沿程阻力;综合考虑传热的强化作用和流动阻力的增加,在A≥O．8且,≥4Hz条件下,管内脉动与波纹管能起到复合强化传热效果;脉动流条件下波节附近漩涡周期性的产生和消失是传热被强化和沿程阻力增加的主要原因．     

埋地混输管道温降计算分析

油气集输管线的沿程温降主要与压降、总传热系数有关,而油气两相流在沿程的流动过程中不稳定,流态多变,导致压降的计算方法存在较大差别。在考虑了平均含气率与焦耳-汤姆逊效应对温降的影响后,建立了集输管线的3种油气两相流温降数学模型,采用了贝克流型划分法对油气两相流进行计算。结果表明,用液体持液率H1代替质量含气率Xwg计算多相流的混合比热Cp,能够提高油气两相流温降计算的精度。