CFD-PBM框架下旋流式微泡发生器气泡动力学行为

为探究旋流式微泡发生器气泡直径变化规律以及气泡动力学行为,采用欧拉-欧拉非均质气液二相模型求解流动参数,并耦合PBM(群体平衡模型)求解直径在1—1000μm内的14个直径气泡数密度变化,利用Luo破碎-Liao合并组合模型对旋流式微泡发生器内部的气泡破碎合并行为进行分析。模拟计算结果与实验相近,说明CFD-PBM可以用来求解旋流式微泡发生器内部的气泡直径变化。由此可知,模拟条件下,气泡破碎频率对于液体流速变化更加敏感,气泡合并频率对于当地含气率变化更为敏感;气相主要分布在旋流式微泡发生器的中轴线附近处,并且沿着中轴线可见细长分布类似龙卷风形状的大气泡区;液体流量增加及出口直径的减小均会促进出口气泡直径的减小;气泡直径对于入口气体流量的变化并不敏感,并且这种影响关系还受到出口直径的影响。

基于PBM的离心式叶轮内气泡破碎合并数值模拟

针对利用离心泵制备微气泡时叶轮内气泡尺寸较大且分布不均问题探究不同入口含气率(IGVF)和转速对离心泵叶轮内气泡直径和分布的影响,采用欧拉-欧拉非均匀双流体模型与群体平衡模型进行耦合,求解离心泵叶轮内气液两相旋转流场,并且结合涡识别方法、Luo破碎合并模型对离心泵叶轮内气泡分布规律进行分析。结果表明:①叶片前缘以及吸力面附近存在的涡旋导致气体聚集,引起流道内局部含气率增大,此处气泡合并效应占主导;②流量和转速一定时,随IGVF的增加,流道内湍流强度增加,旋涡后移导致气相聚集区域同样向后延伸,吸力面的高局部含气率区域增大面积显著高于压力面,因此吸力面气泡合并行为更为显著,气泡直径更大;③IGVF和流量一定时,小范围内提升转速可以使气泡破碎效应增强,获得更小直径的气泡。

四叶孔支撑板换热器壳程流态及其传热机制研究

为了研究四叶孔支撑板换热器壳程的流体流动和传热性能,利用CFD软件建立了周期性全截面的数值模型,研究了换热器壳程流体的流动形态及四叶孔板的间距和开孔高度对换热器壳程热工性能的影响。利用激光多普勒测速仪(LDV)测量了四叶孔支撑板换热器壳程特殊点的轴向流速,将数值计算结果与实验结果进行对比,验证了数值模拟计算的可靠性。研究结果表明:换热器壳程流体总体呈纵向流动,四叶孔支撑板对其可以产生明显的射流作用;流体在通过第1块支撑板后,其流速具有明显的周期性;随着支撑板间距和开孔高度的减小,换热器壳程传热系数和压降均增大,而其综合性能降低,四叶孔板间距和开孔高度对壳程压降的影响程度强于对换热性能的影响;在雷诺数Re为10000~30000的范围内,得到了换热器壳程努塞尔数Nu和压降的实验关联式,两者计算偏差都在±10%以内。本文的数值模型及结果对于核电站系统中换热器的设计和应用提供了指导。