膨胀波透过大孔隙率结构化球阵时气流场的数值模拟

针对膨胀波透过大孔隙率结构化球阵时的气体流动问题,采用三维雷诺时均Navier-Stokes方程和可实现k-epsilon湍流模型,对不同球阵(或固相)体积分数、破膜压比和球阵排列条件下的气流场进行了数值模拟,分析了上述因素对膨胀波的传播特性和球体阻力系数的影响规律。结果表明:入射膨胀波在传播透过球阵时,会被球面不断地反射,这导致大量反射膨胀波的出现。当破膜压比较小时,反射膨胀波具有较强的聚集叠加效应,容易长时间稳定存在,并汇集形成规则的阵面,此时球体阻力系数增大。在确定工况条件下,对于一个给定的球阵排列,存在一个临界体积分数,当实际体积分数大于它时,能够形成反射膨胀波阵面,反之则不能形成。在大孔隙率限制条件下,体积分数的增大,有利于增强反射膨胀波的干涉,从而增大球体阻力系数。对比晶体立方(Crystal cubic,CC)、双面心立方(Bis-face-centered cubic,BFCC)和交错立方(Staggered cubic,SC)三种排列方式,阻力系数的排序为SC排列、BFCC排列、CC排列,这主要由邻近球间距的差异导致。

超声速干粉灭火喷管气固两相射流特性的数值分析

针对超声速气流驱动干粉颗粒形成的缩放喷管气固两相射流,采用拉格朗日方法、气固双向耦合模型以及Shear-Stress Transport k-ω湍流模型进行数值模拟,分析了颗粒装载比、萨夫曼力和入口压力等因素对气体参数、颗粒速度以及颗粒聚集度的影响。结果表明:气固双向耦合模型可以准确的分析气体与颗粒之间的相互作用。当高压气体通过缩放喷管时会产生超声速流动,从而带动颗粒作加速运动;在同一入口压力下,如果颗粒装载比较高,那么颗粒速度较小,且气体参数受颗粒的影响较大。颗粒在喷管扩张段轴线附近聚集,导致轴线到壁面附近区域内,产生沿径向向外的气流速度梯度,这可以解释萨夫曼力使轴线上气固两相的速度增大,并且在高颗粒装载比下的影响更显著的原因。不同入口压力下可能出现欠膨胀、过膨胀和完全膨胀三种不同喷管射流形态;在完全膨胀流态下,颗粒加速和气流降温的效果相对更好。研究结果可为超声速干粉灭火技术的应用提供理论支撑。

Large Eddy Simulation of the Particle Coagulation in High Concentration Particle-Laden Planar Jet Flow

Particle coagulation by Brownian motion is an important but difficult research topic.When particle volume concentration is larger than 0.1%,the classic SMOLUCHOWSKI equation is not applicative anymore.The high concentration coagulation,with HEINE＇s correction,source terms for the Taylor-series expansion method of moments（TEMOM） are firstly driven in this paper.Ultra-fine particle（d0？100 mm） with initial volume fraction f？1% coagulation in a planar jet turbulence flow is simulated via the large eddy simulation（LES）.The instantaneous and time-averaged particle distributions and the high concentration enhancement are given out.The particle number concentration distribution results show that the coagulation is more intense comparing to dilute case in previous research,especially near the nozzle exit.After jet flow is fully developed,the effect is much more obvious at the region between vortexes.The time-averaged γ（the high concentration enhance factor） distributes sharply and symmetrically about the jet centerline at the upstream,but becomes broad and flat at downstream where the cross-stream averaged γ fluctuates drastically.As a new attempt,this paper shows Brownian coagulation with high concentration also can be calculated via TEMOM appropriately,and the coagulation at the region between vortexes is about 1.38 times intensive of the dilute result calculated by the classic Smoluchowski theory.

化工管道运输技术发展现状与展望

管道是化工生产的“血管”,其服役工况往往伴随着高温、高压(差)、高流速等运行条件,含气液相变气-液-固三相局部流动条件,以及临氢、高氯、高硫及高酸的强腐蚀环境。输送介质理化性质的多样性、服役环境的严苛性以及损伤失效机理的复杂性对化工管道运输提出了更高的要求。文章主要回顾了国内外化工管道运输技术进展,结合高温高压工艺参数以及腐蚀、临氢、含固多相组分等介质特点,分析了不同性质输送介质给化工管道运输带来的技术挑战,从严苛复杂环境下管道设计理论、材料和监检测技术研发、管道智能化运维、管道标准规范建设方面提出了化工管道运输需要重点发展的方向,以期提升化工管道运输水平,满足新形势下化工管道运输的需求。