基于文丘里流量传感器的湿气两相流量模型研究

研究旨在通过计算流体动力学（CFD）仿真技术预测的湿气气、液两相流量。以双差压长喉颈文丘里流量传感器为测量手段。模拟压力范围0.4,0.6,0.8,1.0,1.2 MPa,气相体积流量范围为140-283 m^3/h,温度范围23-30℃,含液率范围0.5%-1.5%。文丘里流量传感器口径为DN100,节流比为0.55。多相流模型采用离散相模型（DPM）,利用欧拉壁面（EWF）模型以模拟管壁上的薄液膜。分析得出压力、气相流速和液相体积含率（LVF）对液膜厚度的影响规律。根据仿真结果建立基于双差压比值法的气、液两相流量预测模型。将仿真值与实验值进行比较,气相流量模型预测的均方根误差为1.8%,且液相流量模型预测的均方根误差为6.1%。

海上湿空气翼型气动性能分析

为显示湿空气条件下的翼型特性及提供可选择的求解方法,采用计算流体力学方法研究湿空气条件下翼型周围流场及气动特性。将湿空气看作干空气和小液滴的混合气体,使用两相离散模型求解Re=2×106和Re=3×106下不可压缩空气流场翼型特性。对比了两种攻角下不同湿度空气和干空气的升阻力系数,结果显示湿空气对翼型气动性能有影响。湿空气升力系数较干空气要小,阻力系数较干空气大。升力系数随湿度增大减小,阻力系数随湿度增大而增大。通过流场及边界层流动分析发现,湿气促使流动提前分离。

基于欧拉壁面液膜模型的三维热气防冰腔数值仿真

提出了一种基于欧拉壁面液膜(EWF)模型的热气防冰腔性能仿真计算的新方法。通过FLUENT软件用户自定义标量(UDS)框架求解水滴控制方程获取三维表面水滴撞击特性。通过对各微元的水收集率、水膜蒸发率等进行质量平衡分析得到了通过该微元的质量流量,并以此作为EWF模型质量流量边界条件进行空气驱动下三维水膜厚度分布的计算,进而建立了防冰表面水膜流动动态模型。在此基础上建立了适用于三维防冰表面的耦合换热模型,通过引入亚松弛因子实现了内外流场、水膜流动及蒙皮导热的松散耦合求解。通过对某发动机短舱模型三维算例计算结果的分析和对比,结果表明所采用的计算方法是合理可信的,可以用于三维防冰腔性能的计算。

旋流板式除雾器与折流板除雾器性能对比的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)方法,采用RNG k-e模型、欧拉模型和欧拉液膜模型,对旋流板式除雾器与折流板除雾器的内部流场进行数值模拟,探寻不同液滴粒径、不同进口气速对两种除雾器的两相压力降和分离效率的影响。结果表明:随着液滴粒径的增大,旋流板式除雾器与折流板除雾器的两相压力降均基本无变化,两除雾器的分离效率均不断提高;相同液滴粒径下,旋流板式除雾器的两相压力降和分离效率均比折流板除雾器大;液滴粒径为10μm时,随着气速的增大,旋流板式除雾器的分离效率不断提高,而折流板式除雾器的分离效率基本无变化;随着气速的增大,两除雾器的两相压力降均不断增大,但旋流板式除雾器的两相压力降增大的速度更快;折流板迎风侧发挥分离作用的主要区域是弯道下部区域和靠近折流板流道出口的区域。

海上湿气对风力机翼型及叶片气动性能影响研究

潮湿的空气连同大雾、下雨天气以及冬天结冰都会引起风力机性能降低。为了研究高湿度对风力机性能的影响,首先利用数据分析了湿空气的密度和黏性属性,评估对发电量的影响。其次,采用数值模拟的方法研究了水蒸气凝结和水汽分压力对翼型和叶片的气动性能影响。研究发现:高湿度空气下,湿气流动及翼型表面水膜的形成对翼型气动性能影响很小,可以忽略不计,然而水汽凝结对叶片结冰及污染有间接效应;空气中有大量液滴的雾天或雨天,阻力增大导致叶片气动性能退化。高温高湿度天气时,密度变化对年发电量的计算不能忽略,叶片结冰和污染物黏结的情况也是需要进一步的研究内容。

近零排放火电厂烟囱壁面冷凝水液膜分布数值模拟

基于CFD方法,采用Eulerian Wall Film模型与Mixture模型耦合,模拟了某近零排放百万机组湿式静电除尘器出口饱和湿烟气在烟道和双内筒套筒钛板烟囱壁面冷凝水液膜的分布特征。计算得出极端气候该机组锅炉最大连续蒸发量工况下,烟囱膨胀节上部凝结水总量12.99t/h,膨胀节下部凝结水总量1.75t/h;并分析了液膜最容易被烟气二次夹带的区域为烟囱入口处的烟囱内壁、膨胀节处内壁以及近烟囱的净烟道顶部。

欧拉壁膜模型在结冰模拟中的扩展

在结冰热力学模型中,传热相变的描述通常较为完备,而水膜流动的描述通常会被简化。针对这一问题,采用求解——校正法扩展了欧拉壁膜模型在结冰模拟上的能力,并研究了扩展模型在数值格式和结冰预测方面的特性。计算表明,随着时间步的推进,结冰率会逐渐稳定。数值格式方面,二阶隐式格式和二阶迎风格式表现出更好的计算稳定性,且时间步长和时空差分格式对计算精度的影响基本可以忽略。冰形预测方面,与LEWICE软件相比,扩展模型计算的NACA0015翼型冰形与实验冰形更加贴合;与简化了水膜流动的结冰模型相比,较高速来流情况下,扩展模型在冰角的预测方面更接近实验结果。此外,扩展模型在30P30N多段翼和DPW客机构型的结冰模拟中,也表现出良好的适应性。

汽车涉水车身表面污染仿真及控制

针对汽车涉水时车身表面污染的问题,选取改型方背式米拉模型为研究对象,利用DPM离散相模型和欧拉壁面液膜模型相结合,得到液滴运动的轨迹和车身表面污染的分布,并分析车身表面污染产生的机理。在原模型基础上,提出增加车尾底部扰流板、车尾顶部导流片和轮罩护板3种改良方案,以此改变流场结构从而改变液滴的运动轨迹,减轻车身表面污染程度。仿真结果表明:车尾顶部导流片能够较好地控制气流走向,从而减弱特定区域污染程度;底部扰流板改变了尾流形状,减小车身背部污染面积;轮罩护板减少轮腔中飞出的液滴数,有效减少了车身侧壁污染。

喷雾冷却在单相区中换热特性的数值模拟研究

喷雾冷却是一种高热流密度的冷却方式,按传热机理的不同可以分为单相区和两相区。针对单相区,建立三维传热模型,利用CFD仿真技术对喷雾冷却过程进行数值模拟,并研究了喷雾的高度、流量密度等参数对喷雾冷却传热性能的影响规律。结果显示:当传热稳定时,传热面温度由圆心沿径向逐渐增高,并且随喷雾流量密度的增大,温度分布的均匀性变差;保持喷雾作用面积不变,增大喷雾流量或减小喷雾高度,喷雾的传热能力显著增强;数值模拟结果与实验数据吻合,验证了该模型的可靠性,可为喷雾冷却系统的设计、优化提供依据。