涡环发展及其与气泡相互作用的数值模拟

本文发展了三维离散涡模型用于模拟无粘不可压缩涡环的发展及其与气泡的相互作用,涡环被离散为平均分布在其中心线上的球形涡元,由Biot-Sarvart定律叠加每个涡元的诱导速度得到涡环的运动速度.涡环横截面上的涡量分布由二阶高斯分布来近似,而涡环随时间的演化则采用具有二阶精度的预测-校正算法.利用本文发展的三维离散涡模型,首先对圆涡环的发展进行了模拟,运动速度同理论解对比非常吻合,验证了模型的有效性.随后分别模拟了不同强度、不同核径比、不同长短轴比单个椭圆涡环的运动,成功再现了椭圆涡环的长短轴交替互换等现象,得到了不同工况下椭圆涡环随时间发展和演化的定性规律.最后本文将三维离散涡法与气泡运动方程相耦合,对涡环和气泡的相互作用进行了模拟,得到的气泡运动轨迹结果与实验结果非常一致,说明本文提出的三维涡模型可以推广到三维两相的情形.     

集输管路上升管系统严重段塞流液塞特征

在海洋油气集输-上升管路系统模拟实验装置上研究了严重段塞流的液塞运动特征.实验结果表明,液塞首先以较低速度流出上升管,该速度约等于管道入口气液混合速度;然后液塞以较高速度流出,速度值主要受管路系统的结构尺寸及物性影响,该阶段的液塞长度不超过上升管高度.本文还分析了液塞长度、各阶段速度与入口气液流量的关系,给出了拟合关联式.     

湍流混合层流场的PIV测量

本文使用PIV对在坚直通道内放置一个特殊设计的隔板所形成的湍流混合层流动进行测量,高低侧速比为4:1,基于两股流体速度差和管道水力半径的Re数范围4400～158400.发现混合层中大涡拟序结构的尺度随雷诺数的增加而增大,而后又随雷诺数的继续增大而减小,气泡的加入会延缓或阻碍大涡拟序结构的发展.对雷诺应力、湍流强度、涡量、旋涡强度在混合层流场内随雷诺数的变化和分布规律进行分析,发现混合层内雷诺应力、湍流强度、涡量及旋涡强度均集中分布在隔板下游一个较窄的锥形区域内,雷诺应力和湍流强度随雷诺数的增大先增人后减小,随离开隔板距离的增大而减小.涡量及旋涡强度随雷诺数的增大而增加,随离开隔板距离的增大而减小.     

二元半导体合金垂直Bridgman晶体生长的热质对流Ⅰ-原型炉

以GeSi半导体合金为例,采用准稳态模型数值研究了理想垂直Bridgman装置-原型炉中二元合金单晶生长过程的热质对流现象,分析了热瑞利数、生长炉绝热区长度对热质对流、熔体径向溶质分凝的影响规律.结果表明,原型炉中熔体的流动结构随热瑞利数的变化出现三种截然不同的形式;热质对流的驱动力是生长炉热边界条件不连续性引起的径向温度梯度;随着熔体流动强度的增加,径向溶质分凝变化出现两个极小点.     

不同原料合成的TiO2的变温拉曼光谱分析

分别以钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸四乙酯为原料, 用溶胶凝胶法合成出TiO₂, 利用变温拉曼及变温XRD研究了不同原料相同方法合成得到的TiO₂的相转变温度. 结果表明, 所合成TiO₂的相转变温度与原料的反应活性存在对应关系, 根据锐钛矿拉曼特征峰半峰宽与温度的关系图, 将锐钛矿晶粒尺寸与半峰宽关联. 分析对比原料水解活性与产品相转变温度之间的关系对实验结果进行了解释.     

垂直管内蒸汽射流凝结流型研究

本文实验研究了垂直管内蒸汽射流凝结流型,通过安装在管道壁面的高频压力传感器获取蒸汽在流动水中凝结诱导形成的压力波动信号,统计提取能清晰表征不同蒸汽射流凝结流型的压力振荡特征。基于不同蒸汽射流凝结流动工况下压力信号的绝对值方差变化规律,对不稳定间歇振荡、不稳定界面振荡、不稳定气泡振荡/稳定凝结流型进行划分。再根据不稳定气泡振荡凝结流型所对应压力振荡信号的绝对值方差明显大于稳定凝结流型,将不稳定气泡振荡凝结流型从不稳定气泡振荡/稳定凝结流型中区分。通过本文建立的管内蒸汽射流凝结流型图,可以应用低系统压力下的流型变化来预测较高系统压力下的流型分布。     

超临界水流化床内两相流特性的数值模拟研究

本文基于欧拉双流体模型和颗粒动理学理论,对超临界水流化床反应器内气固两相流特性进行数值模拟,模拟获得了超临界水流化床反应器内颗粒分布特性和最小流化速度,分析了表观速度、压力、温度、初始床层高度对超临界水流化床流动特性的影响.本文的研究对超临界水流化床反应器结构的设计及操作条件的优化具有重要的指导意义.     

太阳能制氢腔式吸热器混合对流的数值模拟研究

混合对流热损失是影响太阳能与生物质超临界水气化耦合制氢腔式吸热器热效率的关键因素之一。本文以动力工程多相流实验室建成的生物质超临界水与太阳能聚集供热耦合制氢腔式吸热器为研究对象,对腔式吸热器混合对流换热进行了数值模拟研究。通过使用RNGkε湍流模型,研究了制氢吸热器在外界风吹掠环境下的混合对流热损失,获得了腔式吸热器在不同风速、风向吹掠下的混合对流换热准则Nusselt数。模拟结果表明,侧向风与侧迎向风对腔内对流热损失影响最大,当风速超过某一数值(Richardson数>1),外界风诱发的强制对流会在对流热损失中占主导作用,且随着风速增加,混合对流热损失随Re提高而增大。     

风沙流中颗粒相浓度和粒度的瞬态同步测量

本文基于激光衍射技术提出了一种新的浓度测量的改进方法。该方法可以同时获得测量颗粒的浓度和粒径分布。基于这一测量方法,通过对大型风洞风沙两相流系统中不同风速,高度条件下颗粒浓度和粒径测量,获得了跃移颗粒的空间结构信息。结果显示,颗粒浓度随来流风速线性增加,且在近床面区域内来流风速对颗粒粒径具有选择性。     

垂直管内音速蒸汽射流凝结汽羽形状研究

本文针对质量流量376～773 kg·m^-2·s^-1的饱和蒸汽在温度变化范围为10～55℃流动水中形成的音速蒸汽射流凝结进行了实验研究。实验观察到了四种不同的汽羽形状,并且汽羽形状受Re影响较大。当Re与凝结驱动势减小时,最大膨胀比和汽羽喷射长度增大,其值小于蒸汽音速射流在静止水中的情况。本文给出了汽羽喷射长度实验关联式,大多数实验数据与预测值的误差小于10%。