工业油水分离器湍流两相流场的数值模拟

本文应用双流体模型及ｋ－ε－ｋｐ两相湍流模型，研究了水力旋流器内油水两相湍流流场。建立了适用于旋流分离器中两种液体混合物的有旋湍流流动的ｋ－ε－ｋｐ模型。并针对影响旋流器分离效率的不同影响因素，进行了变更入口流动参数及分离器几何参数的数值实验，为工业用油水旋流分离器的优化设计提供了一个有效的数值模拟工具。

多重网格法在燃烧室内流场数值模拟中的应用

多重网格法在燃烧室内流场数值模拟中的应用林文漪，杨彬，周力行（清华大学工程力学系北京１０００８４）关键词：多重网格，数值模拟，湍流一、前言现代燃烧设备多具有复杂的流场结构、多级燃烧的特点及庞大的几何尺寸，无疑地为其数值模拟带来了困难。为了保证计算精度...

提升管反应器气固两相流动反应模型及数值模拟 Ⅰ.气固两相流动反应模型的建立

在气固两相湍流流动模型和细致的催化裂化反应动力学集总模型基础上，全面系统地考虑两相流动、传质、传热、反应等复杂因素，建立了催化裂化提升管反应器三维气固两相流动反应模型，形成了相应的数值解法，编制了大型的模拟计算程序，并以此对工业提升管反应器进行数值模拟研究，展示其内部流动、传热、传质及反应等化学工程细节。

大涡模拟及其在湍流燃烧中的应用

大涡模拟作为一种研究湍流流动和湍流燃烧的有效手段，在国际上已经得到广泛应用．本文在回顾了大涡模拟（ＬＥＳ）的基本思想及其实施方法的基础上着重介绍了前人在大涡模拟的亚格子湍流模式和亚格子燃烧模式中的研究成果，同时给出了采用不同亚格子模式的大涡模拟在湍流燃烧中的应用实例，指出了大涡模拟在湍流燃烧中的重要作用，为大涡模拟的进一步发展和应用提供参考。

脉冲爆震发动机旋流式气动阀工作机理和扰流器阻力特性的实验研究

在脉冲爆振发动机 (Pulse detonation engine,PDE)上采用旋流式气动阀 ,并获得成功应用。在此基础上 ,通过测量旋流式气动阀正反向流动阻力系数 ,研究了旋流式气动阀的工作机理。同时 ,还研究扰流片形状、阻塞比、扰流片片数及间距对扰流器阻力系数的影响。研究表明 :PDE旋流式气动阀反向流动阻力系数仅比正向流动阻力系数大 5 %～ 3 6% ,并通过试验结果建立了 PDE旋流式气动阀工作机理。试验中发现 :扰流器的阻力系数和扰流片型式、堵塞比、扰流片数目和间距有关。这些研究结果对 PDE旋流式气动阀和扰流器设计有较大的参考价值。

圆湍射流拟序结构研究进展

圆湍射流拟序结构的实验研究，经历了流场显示定性观测、热线、激光单点测量、数字图像等方法全流场定量测量以及当前三维演变机制的探讨．与此同时，静态激励和主动技术的拟序结构控制研究也获得了大量的成果 应用涡方法、直接数值模拟和大涡模拟等对圆湍射流拟序结构进行的数值模拟，在印证试验现象的同时，还进一步深入研究了拟序结构的输运特性、激发机制等相关内容、本文对上述进展进行了综述，以期为进一步开展湍射流的研究和应用提供依据．

填料塔中氨水吸收二氧化碳的传质性能

在填料塔中对氨水吸收二氧化碳的传质性能进行了实验研究,测定了填料塔单位体积的有效传质面积aV,气相传质系数kG和体积总传质系数KGaV等,实验结果表明,随着气体流量增加,aV值略有上升,kGaV和kG值明显增大;体积总传质系数KGaV值也随着气体流量和氨水浓度的升高而增大。在总传质阻力中,气膜阻力所占比例相对较小,氨水吸收二氧化碳的过程主要受液膜阻力的控制。

甲烷平面射流扩散火焰的大涡模拟

本文对甲烷-空气平面自由射流扩散火焰进行了大涡模拟,采用分步投影法求解动量方程,湍流亚格子项采用动态模式模拟,化学反应速率亚格子项采用动态相似模式模拟,压力泊松方程采用修正的循环消去法快速求解,空间方向采用二阶精度的差分格式,在时间方向上采用二阶精度的显式差分格式。模拟结果给出了湍流扩散火焰的瞬态发展变化过程,表明射流扩散火焰的发展过程存在着“湍流控制”和“化学反应控制”两个不同阶段。 “湍流控制”阶段仅存在于火焰发展初期的极短时间内。

不同亚格子模式在后台阶湍流流动大涡模拟中的应用

本文用大涡模拟方法研究了湍流后台阶流场中的大涡演变过程,并在此基础上研究了目前大涡模拟中比较常用的六种亚格子模式。在相同的流动几何参数以及计算条件下,给出了不同亚格子模式下湍流流动瞬时压力场以及流场中瞬时粘性大小的分布,尤其给出了流场瞬时演变的大尺度涡结构。将六种亚格子模式从回流区长度、计算时间、计算结果的准确性和流场稳定性等不同角度进行了比较。为选取合适的亚格子模式深入研究湍流耗散机理奠定了基础。

下行床气固两相流动计算流体力学模拟

基于颗粒相动力学理论 ,对层流机制表达的气固两相流体力学模型采用Reynolds平均的方法获得气固两相流的湍流模型描述 .其中 ,气相湍流行为以k -ε模型描述 ;颗粒相的碰撞行为以颗粒流的动力学模型表达 ;而湍流行为以kp 模型描述 .因此建立的k -ε -Θ -kp 模型综合考虑了气相和颗粒相的湍流运动以及颗粒的碰撞行为 .依据此模型建立了三维流体力学求解程序并对下行床气固两相流动行为进行了模型预测 .讨论了恢复系数的选取及壁效应假设 ,从机理上分析并考察了 3种模型的预测能力 .针对内径 1 40mm、高 7m的下行床冷态设备 ,在较宽的操作范围内 ,对比了详细的颗粒浓度和速度径向分布以及轴向参数分布 ,并对下行床的放大行为进行了预测 .

扰流片对汽油/空气脉冲爆震发动机爆震波压力的影响

在汽油 空气吸气式脉冲爆震发动机(PDE)协调工作的基础上,利用动态压力传感器测量了爆震波峰值压力。研究了圆环型扰流片的堵塞比、片数和间距对爆震波峰值压力的影响,以及上游扰流片间和下游扰流片间压力波峰值压力的变化。研究表明:一定结构的PDE,扰流片存在合理的堵塞比和间距以及最少片数。试验得到最佳堵塞比为44 5%左右,最佳片间距为爆震管内径的2倍左右,最少片数为6片。这些结果对PDE和扰流器的优化设计有重要指导意义。

两相混合层中颗粒运动的数值模拟

本文采用离散涡方法对平板混合层流动进行了数值模拟，得到了与实验完全定量符合的速度场。再用单向耦合方法模拟了混合层流场中颗粒的运动。分析了混合层流动中大尺度涡结构及Ｓｔｏｋｅｓ数对颗粒扩散的影响。与前人工作中所采用的每个时间步一个颗粒在固定的位置进入计算域的方法不同，本文中每个时间步有多个颗粒在入口处以随机的横向位置进入计算域。因此，在不需增加太多计算量的基础上，计算域中可以包含足够多的颗粒以获得较精确的统计结果。采用本文方法得到的颗粒速度场与实验结果定量符合得很好。

旋风炉内气相燃烧及两相流动的数值模拟

在有反应两相流动及煤粉燃烧的全双流体模型 (PTF模型 ,pure two- fluid model)基础上 ,采用修正的 k- ε-kp 两相湍流模型 ,对旋风炉内的湍流气相燃烧 (甲烷和一氧化碳的燃烧 )及在气相燃烧条件下的两相流动进行了数值模拟研究 ,模拟结果表明 ,在有燃烧的情况下 ,在旋风炉的底部存在近壁回流区 ,该回流区有利于火焰稳定。气粒两相切向速度分布具有类似的 Rankine涡结构。该研究为煤粉燃烧的数值模拟奠定了基础。

脉冲爆震发动机气动阀阻力特性

利用风机出口速度模拟脉冲爆震发动机(PDE)的不同飞行状态,采用力传感器研究不同进气动压(飞行速度)下,气动阀关闭和开启时PDE的阻力。试验表明:PDE阻力随进气动压增加线性增加,与飞行速度成平方关系。气动阀关闭时阻力最大,对不同结构型式的气动阀,在其开启时阻力不同。PDE爆震室装扰流器时阻力增加,不同气动阀在装同种扰流器时,其对PDE的阻力影响程度不同,安装整流栅有利于降低阻力。试验结果在保证PDE正常工作和产生一定推力的条件下,对研究减小PDE阻力和提高有效推力及预估高速飞行时的阻力有重要参考价值。

催化裂化提升管反应器气液固3相流动反应的数值模拟 Ⅱ. 原料液雾流动气化过程的数值模拟

应用已建立的提升管反应器气液固３相流动反应模型，对两套工业馏分油催化裂化装置的提升管反应器内的流动、传热及裂化反应进行了系统的数值模拟，得到了原料油液雾流动与气化状况的实际图像。模拟结果表明，原料液雾相的流动是非常复杂的，在轴向、径向和圆周方向上都存在较大的梯度，且表现出与气固两相相似的流动形态。原料油液雾生存区，自下而上由小变大又变小；自轴线向边壁由大变小。随着气化过程的进行，液雾颗粒相的整个特性都在发生变化，正是这一复杂的气化过程，对其它两相的流动。

后台阶分离流动中大涡结构演变的数值模拟

本文对后台阶分离流动中涡结构的演变进行了大涡模拟,研究了流场结构的变化规律。详细讨论了随着雷诺数的增加流场结构的典型特征的变化规律,指出流场中的涡结构随着雷诺数的增大变得十分复杂和丰富,回流区的数目、大小及其出现的位置也显著地不同。这些结果与已有的一些实验值和流场显示结果是吻合的。在此基础上,进一步研究了高雷诺数时流场中大尺度涡结构的瞬时发展和演化过程,展示了其中大涡的产生、追随、吸引、合并和破碎等过程。对于高雷诺数情况,对大涡模拟得到的数值结果进行了统计,得到的时均速度分布以及台阶后方的回流区长度与现有的其他实验结果符合得很好。本研究是针对后台阶分离流动深入开展湍流控制以及两相流动研究的基础。

一乙醇胺喷雾吸收烟气中CO_2的实验研究

为验证喷雾捕集CO2技术的可行性,应用微细喷雾法将一乙醇胺（monoethanolamine,MEA）溶液雾化,在喷雾塔中与模拟烟气逆向接触,可实现很高的CO2脱除率（95%以上）。研究不同的MEA浓度、MEA流量、烟气流量、烟气温度和CO2浓度对CO2脱除率的影响。实验结果表明,MEA溶液浓度和烟气流量对CO2脱除率影响较大：低浓度时,溶液流量增大CO2脱除率增大;在28~32℃范围内温度升高CO2脱除率上升;随CO2浓度的升高,CO2脱除率呈下降趋势。以上变化规律可归纳为反应物摩尔比、液气比和温度的影响,其中MEA与CO2的摩尔比是影响CO2脱除率的主要因素。

催化裂化提升管反应器气液固3相流动反应的数值模拟IV.原料液雾油滴粒径变化的数值模拟

应用已建立的催化裂化提升管反应器气液固 3相流动反应模型及其程序对原料油雾化程度对反应结果的影响进行了数值模拟研究 ,从原料液雾流动和气化的机理和本质方面对原料液雾雾化效果的影响进行了考察。结果表明 ,雾化效果越好 ,液雾粒径越小 ,轻质油收率就越高 ,产品分布就越理想。气固两相流动反应模型的的原料油瞬间气化的假设 。

后台阶流动再附着过程的大涡模拟研究

应用自主开发的大涡模拟程序数值模拟研究了后台阶流动中再附着过程的演变。在流动几何参数不变情况下 ,给出了再附长度随雷诺数的变化规律 ,并与实验进行了比较 ,二者相符得比较好。在此基础上 ,给出了三种典型雷诺数下 ,后台阶流动的回流区特征。在湍流情况下 ,研究了突扩比对再附长度的影响 ,与实验结果吻合的比较好。详细讨论了湍流情况下大涡拟序结构的瞬时再附着过程。