真实人体气管二叉管内吸入颗粒的沉积特性研究

为研究不同粒径颗粒在气管二叉管内沉积的特性，利用图像辨识技术，直接处理医学CT扫描得到的人体呼吸道原始图像数据，重建得到一个真实人体气管支气管的三维几何模型；采用大涡模拟的方法描述该复杂几何结构内的气体流动，并在拉格朗日框架下跟踪颗粒的运动轨迹.数值计算得到了真实人体气管二叉管内的气体流动速度、压力和颗粒沉积的局部分布.统计了不同呼吸强度（15 L/min和45 L/min）下不同大小（1、5和10 μm）的颗粒在不同部位沉积数，结果表明，颗粒在主气管内的沉积占据了重要的地位，模型的几何结构、颗粒的大小、颗粒的重力和呼吸强度等因素综合影响了颗粒的局部沉积效果.     

微颗粒在人体上呼吸道中运动沉积的数值模拟

为了揭示在人体上呼吸道中气流和微细颗粒的运动沉积规律,采用数值分析方法进行了研究.在广泛参考各种上呼吸道模型的基础上,建立了一个新的完整的从口腔-咽-喉-气管-支气管的三维几何模型.采用RNG k-ε模型描述气体的流动,并在拉格朗日框架下追踪颗粒运动.计算得到了模型内详细的流场和颗粒在不同部位的沉积情况,结果表明,颗粒沉积率主要取决于气流流速与颗粒惯性大小.为了验证模型的合理性与结果的正确性,将不同工况下颗粒沉积率的数值计算值与实验数据进行了比较,结果发现两者较吻合.     

颗粒物在矩形管道内流动的PIV实验研究

对水平管道内颗粒物运动规律进行研究。应用粒子图像测速（PIV）技术,在不同的气体流量下,对矩形管道在两种不同结构下的气固两相流的流动情况进行了测量,得到了平直通道和带肋通道中气体及固体颗粒的时均速度场,并分析比较了管道结构及气体流量对速度和粒子沉积的影响,发现加肋有助于粒子的沉积,且使通道内流动状态发生了较大改变。对深入了解管道内气固两相流动状况及数值模拟结果的评价提供了参考。     

鼓泡流化床流动特性的直接颗粒模拟

为了考察流化床中颗粒和气泡运动的基本规律，对两维鼓泡流化床进行了数值模拟.在假设气相为无黏不可压的条件下，求解了体积平均后的欧拉方程，并利用离散单元法（DEM）模拟了颗粒间的碰撞及颗粒与壁面间的碰撞过程.模拟中跟踪了约90 000个颗粒，统计了不同床高截面上颗粒及气体纵向平均速度的分布，并对不同表观空气风速和床高下床内压降以及压力波动进行了研究.结果表明，DEM方法能很好地模拟鼓泡床内的流动特性.在床内较低截面上，颗粒及气体的平均速度沿水平方向呈现两个峰，而在较高截面上合并为一个峰.且表观风速越大，气泡运动速度越高.     

渣浆泵内固液两相流动的数值计算与磨损特性分析

为了研究叶片式渣浆泵内部的固液两相流动,以黄河含沙水为工作介质,采用双流体模型对渣浆泵内部颗粒流动进行了数值模拟,根据计算结果,分析研究了固相颗粒的分布与运动规律,揭示了叶轮磨损的主要区域和磨损规律.对固相颗粒在不同浓度下的分布情况进行了数值模拟,分析了初始固相浓度对渣浆泵叶轮和窝壳的磨损影响,模拟结果与试验结论基本相同.     

非定常不稳定气固两相流动的离散涡数值仿真Ⅲ．非定常不稳定气固两相流动中颗粒运动与旋涡的相关结构

基于气固两相流动的离散涡模型与数值仿真方法，分别模拟了与重力方向垂直和与重力方向平行的平面内气固两相圆柱绕流（其中颗粒的St数为1.0），得到了流场中颗粒分布与旋涡分布的时间序列，由此进一步证明了高雷诺数下的二维气固两相流动中固体颗粒运动与流体旋涡存在着明确的相关结构：气体流经圆柱体时产生不稳定的剧烈分离流动，在圆柱绕流的尾迹区内存在着复杂的旋涡发展演化过程，由于流体旋涡对其周围固体颗粒的诱导作用，使得在尾迹区内中等尺度（St-0(1.0)的固体颗粒从均匀气固混合物中分离出来而往旋涡区运动，并最终在旋涡结构的外沿聚集。     

大涡模拟气固两相三维湍流射流

为了研究三维矩形射流中拟序结构的空间演化和颗粒扩散特征，建立了气固两相矩形射流流场内气体、颗粒两相运动的大涡模拟数学模型，并在此基础上完成了对流动雷诺数等于11 500的气固两相射流的数值模拟.采用亚网格应力模型模拟气相场,并用Lagrangian方法跟踪了颗粒相运动.模拟结果显示了流场流向涡拟序结构随时间发展的演变过程，同时给出了气流相三维拟序结构作用下微细颗粒在整个流场空间中的运动扩散特性.     

胶体溶液的颗粒凝聚物结构

提出了胶体颗粒间有引力作用的物理模型，建立了计算机模拟剪切流浪场中颗粒运动的一套方法，并通过计算机计算模拟了在剪流流场这种颗粒的运动，计算了不同浓度和不同剪切速度率下，整个运动中的各种结构参数。根据的模拟的结果发现：低浓度下形成的凝聚物是紧密块状的，而高浓度下形成的则是松散网状的。     

非定常不稳定气固两相流动的离散涡数值仿真Ⅲ.非定常不稳定气固两相流动中颗粒运动与旋涡的相关结构

基于气固两相流动的离散涡模型与数值仿真方法,分别模拟了与重力方向垂直和与重力方向平行的平面内气固两相圆柱绕流(其中颗粒的St数为1.0),得到了流场中颗粒分布与旋涡分布的时间序列,由此进一步证明了高雷诺数下的二维气固两相流动中固体颗粒运动与流体旋涡存在着明确的相关结构:气体流经圆柱体时产生不稳定的剧烈分离流动,在圆柱绕流的尾迹区内存在着复杂的旋涡发展演化过程,由于流体旋涡对其周围固体颗粒的诱导作用,使得在尾迹区内中等尺度(St～o(1.0))的固体颗粒从均匀气固混合物中分离出来而往旋涡区运动,并最终在旋涡结构的外沿聚集.     

粗粉分离器挡板开度对煤粉粒子分离特性影响的数值研究

中速磨挡板调节是调节煤粉细度的主要手段,利用CFD模拟软件对ZGM113G型磨煤机的粗粉分离器进行建模,并模拟不同挡板开度下分离器内部场变化和颗粒运动轨。分析了不同粒径煤粉颗粒在不同挡板开度下的出粉率和不同挡板开度时分离器进出口的压差变化情况。结果表明:分离器的挡板开度设置在40°-45°区间是最合理的。模拟分离器内部流动为深入了解复杂几何结构内部流场以及粒子运动特性提供了很好的参考。     

Numerical simulation of particle deposition in obstructive human airways

To investigate airflow pattern and its impact on particle deposition, finite-volume based computational fluid dynamics (CFD) simulations were conducted in the diseased triple-bifurcation airways. Computations were carried out for twenty Reynolds numbers ranging from 100 to 2 000 in the step of 100. Particles in the size range of 1–10 μm were conducted. Two particle deposition mechanisms (gravitational sedimentation and inertial impaction) were considered. The results indicate that there are strong relationship between airflow structures and particle deposition patterns. Deposition efficiency is different for different particles in the whole range of the respiratory rates. Particles in different sizes can deposit at different sites. Smaller particles can be uniformly deposited at the inside wall of the considered model. Larger particles can be mainly deposited in the proximal bifurcations. Deposition fraction varies a lot for different inlet Reynolds numbers. For lower Reynolds numbers, deposition fraction is relatively small and varies a little with varying the diameters. For higher Reynolds numbers, there is a most efficient diameter for each Reynolds number to target the aerosols at the specific site.     

Predicting the Growth of Ash Deposits in Drop Tube FurnaceUsing Dynamic Mesh Technique

沉降炉内积灰增长过程的动网格技术预测

Krzysztof Wac?awiak¹,王辉^2*,杨琦²,秦雪箭²,秦裕琨²

（1.西里西亚工业大学 材料与技术系,卡托维兹,波兰

2.哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院,哈尔滨150001）

摘要：

本文介绍了沉降炉燃烧过程中积灰增长的模拟和实验研究。采用现有的灰沉积模型,该模型考虑了灰颗粒撞击瞬间的重力、弹性回弹和粘附力之间的关系。通过实验数据确定了该模型的重要参数。研究了颗粒大小和速度对沉积物几何结构的影响。利用Fluent中的动网格技术,对不同入口速度、管径和管子布置方式下的灰沉积生长进行了模拟。模拟结果表明,由于弹性反弹力项的存在,颗粒法向碰撞速度起着重要作用。沉积几何结构受侧向速度（入口2的速度）的影响,较大的速度对改变沉积形状和延迟稳定时间有明显的影响。

关键词：飞灰;沉积;动网格技术

     

氢氧焰入射角对石英玻璃沉积效率的影响

为提高CVD合成石英玻璃的沉积效率，对不同氢氧焰入射角的工况进行了试验和数值模拟，比较并分析了沉积效率的变化规律和二氧化硅微粒的沉积机制．结果表明：数值模拟与试验测得的沉积效率基本吻合；近沉积面的速度分布决定了二氧化硅微粒的沉积分布，二氧化硅微粒沉积的主要机制为湍流沉积，热泳沉积起协助作用；氢氧焰入射角不同，近沉积面的速度分布和沉积面的高温区域均有明显差异，入射角过大或过小，都会造成二氧化硅微粒沉积位置和沉积面高温区的重合区域减小，降低沉积效率．入射角度为22°时，沉积效率最高（71％）．     

立磨选粉机导流圈的数值模拟与分析

为解决立磨改造中进入选粉机分级室气流速度过低的现象,设计了一种用于提升气流速度的导流圈.采用RNG k-ε湍流模型和DPM模型分别对立磨选粉机的气相流场和气固两相流场进行了数值模拟研究,对比分析了不同导流圈α角下的速度、压力分布云图和颗粒运行轨迹.模拟发现,导流圈α角过大,会限制进入选粉机分级室的气流速度;α角过小,则将增大立磨选粉机的压阻.结果表明:α角为60°时,大部分颗粒能够被迅速提升至分级室,同时选粉机自身的压阻也相对较小,细粉在选粉机内的停留时间较短,选粉机具有最高的分级效率.试验结果和工程应用表明,导流圈的设计有效提升了立磨选粉机的性能和产量.     

方形卧式分离器的PIV流场试验研究

应用粒子成像测速(particle image velocimetry, PIV)技术对方形卧式分离器的内部流场进行了测量，得到分离器内典型的颗粒运动分布状态.采用灰度互相关法处理试验图像数据，得到分离器内3个不同截面的二维瞬时速度分布，结果表明在分离器内气流为顺时针旋流，中间流速高而边壁流速低，在分离器的右上角存在有角涡.根据试验结果计算了方形卧式分离器中间面的平均二维速度分布，与应用雷诺应力模型(RSM)数值计算模拟得到的分离器内气流速度分布进行了对比，结果表明除了近壁面区域差别较大外，其他区域基本吻合.     

气固两相流绕流H型翅片管流动及积灰特性的数值模拟

为评价锅炉尾部烟道烟气流过H型翅片管省煤器时的积灰特性,使用Fluent软件对气固两相流绕流H型翅片管进行了冷态数值模拟。对颗粒相的计算采用单向耦合模型,忽略固相对气相的作用,在给定进口速度及烟气颗粒相质量浓度条件下,得到绕流流场。计算结果表明:颗粒速度在H型翅片管迎风面呈M型分布;背风面呈W型分布。H型翅片管开缝既可提高迎风面驻点附近速度,增强轴向吹扫分流,又可增大背风面的回流扰动。这种速度分布特点使H型翅片管不易积灰。在此基础上,模拟了不同入口流速和颗粒质量浓度时的工况,计算结果表明H型翅片管在高速高质量浓度下工作效果同样较好。     

低屋面横向通风牛舍倾斜挡风板流场数值模拟

针对低屋面横向通风牛舍在实际运行时会出现牛舍内气流不均匀的问题,提出了一种改变牛舍上部挡风板倾斜角度的方法来改善牛舍内空气的均匀度.利用fluent软件建立挡风板与垂直方向成不同夹角的牛舍三维模型,设置风机和湿帘为边界条件.利用计算流体动力学方法对牛舍内的空气流场进行三维数值模拟,并获得了挡风板的最佳安装角度.结果表明,当挡风板与垂直方向夹角为60℃时,牛舍中气流分布最为均匀,奶牛生存高度的气流速度也最合适.     

颗粒物在通风管道壁面上沉积的数值分析

为了探究颗粒物在通风管道壁面上的沉积特性,采用欧拉-拉格朗日方法,对粒径为0.003~30 um的颗粒在水平二维粗糙管道及光滑管道内的运动进行了模拟研究,并将两种情况的计算结果进行对比.首先,采用RSM模型得到两种管道内的时均流场,然后采用随机轨道模型得到颗粒物的运动轨迹并计算沉降速度.结果表明粗糙元增大了颗粒的沉降速度,对颗粒沉积的影响在粒径为1 um左右时最为显著,沉降速度提高约3个数量级,且在管道底面布置粗糙元还会增大顶部光滑壁面的颗粒沉降速度.     

应用随机轨道模型研究湍流扩散对气液交叉流脱除PM2.5的影响

本文针对气液交叉流中液柱阵列脱除气相PM2.5过程的颗粒湍流扩散和热泳作用协同作用进行了实验研究和数值模拟。数学模型中引入颗粒随机轨道模型考察了热泳作用下PM2.5颗粒的运动情况,模拟结果与化学分析法和重量法的颗粒脱除实验结果进行了对比。结果表明采用重量法分析得到颗粒脱除率与化学分析法基本相同,验证了两种颗粒浓度实验检测方法的一致性;气相流速为1 m•s-1时,考虑颗粒湍流扩散影响相比于未考虑时,模拟数据与实验结果的相对偏差从-60%降至±30%,表明颗粒湍流扩散是本系统中影响颗粒脱除的重要因素。     

激光沉积Stellite 6颗粒入射角度对涂层形成的影响

采用准静态下MTS拉伸实验,对Stellite6颗粒在Johnson cook材料模型中的物性参数进行标定;利用有限元分析软件ABAQUS模拟单个Stellite 6颗粒以相同速度不同入射角度撞击基体的变形行为,探讨粒子入射角度对粒子沉积形貌及基体凹坑深度的影响.模拟结果表明：Johnson cook材料模型可以很好的描述碰撞过程中粒子的变形行为,粒子入射角度的增大,不利于粒子与基体的有效结合;在粒子有角度撞击基体过程中,切向速度会使得粒子与基体之间产生相对运动,进而导致粒子与基体接触表面有摩擦力的产生,当颗粒与基体间摩擦力做功产生的积极作用大于颗粒切向滑移产生的消极作用,颗粒与基体可以形成有效结合.