固气两相流理论在路面铣刨碎料清理设备中的应用

研究固气两相流技术在沥青路面铣刨工作面清理设备中应用的可行性。针对冷铣刨机工作面遗留的铣刨废料进行了固气两相流分析,确定了清理设备的主要性能和结构参数的计算方法,通过试算证明了这种应用的可行性。

固体火箭发动机气-固两相近壁湍流特性大涡模拟研究

固体火箭发动机内流场是典型的两相湍流流动,其流动特性对推进剂的燃烧影响极大。工程实践中大多采取雷诺平均(RANS)方法计算两相流问题,精度不高且无法解析流场中的湍流结构。采用大涡模拟(LES)与离散颗粒模型(DPM)分别对纯气相和气-固两相条件下的发动机内流场流动过程进行了数值模拟;通过对时均流场与瞬态流场的分析以及对近壁面(即注入表面)的物理参数开展时空平均,重点研究了近壁湍流特性;采用时空相关性分析与降阶变分模态分解(RVMD),重点探究了近壁面的旋涡脱落。结果表明,颗粒集中在内流场的中部,由于惯性的差异,越大的颗粒越接近中心;由于颗粒相与气相之间存在速度滞后和热量交换,颗粒相的注入会使内流场的轴向速度和温度降低、压强升高;发动机内流场会出现明显的壁面涡脱落,而颗粒相的引入会增加内流场的不规则扰动,从而使得旋涡脱落、破碎的位置提前,并减小涡结构的尺寸,使观察到的旋涡更加破碎;颗粒相的引入还能够减缓近壁面附近的温度梯度,抑制不稳定燃烧现象;同时,颗粒相的存在会使近壁面的径向速度降低、压力升高,降低和升高的幅度约为1.8%。对近壁面的压力振荡分析表明,颗粒相的存在能够抑制高频压力振荡的产生,使得纯气相条件下1853 Hz的振荡模态消失,只保留1425 Hz的模态。纯气相和气-固两相流场的脱涡位置分别为x/m=0.54、x/m=0.44,说明气-固两相流场旋涡脱落的位置更靠前。

弯管内气固两相流冲蚀特性数值研究

采用DPM(Discrete Phase Model)冲蚀模型,结合RNG k-ε湍流模型,对复杂的两相流动进行了三维冲蚀建模分析。在不同流动条件下,对气流风速(22~30 m/s)、颗粒直径(100~900μm)、颗粒球形度(0.2~1.0)和弯曲半径(1.5~3.5)进行了研究。结果表明,冲蚀率与气流风速和颗粒直径呈正比,与弯管弯曲半径呈反比。气流风速从22 m/s增加到30 m/s,最大冲蚀率增加了113.9%;颗粒直径从100μm增加到900μm,最大冲蚀率增加了65.8%;弯曲半径从1.5增加至3.5,最大冲蚀率下降了24.1%。随着颗粒球形度增加,弯管最大冲蚀率出现先增加后下降再增加的震荡趋势。为缓解管壁冲蚀效果,应优先考虑减少风速和颗粒球形度。

气/固两相流相浓度传感器

研究了几种用于测量气／固两相流固相浓度的电容式传感器，采用３维有限元方法，模拟传感器的不同结构，计算其检测场内灵敏度的分布特性，并分别进行优化设计·通过分析比较，得到一种灵敏度分布最为均匀的螺旋式表面极板电容传感器结构，其均匀性误差低于６％，该传感器已用于工业现场·

采用去模糊图像处理的气/固两相流固体颗粒速度测量方法

在燃煤火力发电站的煤粉输送系统中,为了提高煤粉的燃烧效率,获得煤粉与空气混合物的参数就显得至关重要。本文提出一种基于图像处理技术的气/固两相流固体颗粒速度测量方法。通过控制CCD照相机的曝光时间获得颗粒的运动模糊图像,在此基础上利用图像处理方法估计出模糊图像的点扩展函数(PSF),并利用透镜成像原理建立运动模糊长度与颗粒运动速度之间的联系,最终获得颗粒的运动速度。在此理论分析的基础上,本文利用该方法对颗粒自由落体形成的运动模糊图像进行了处理,仿真及实验结果表明该方法适用于气/固两相流颗粒速度的测量。

组合式粗粉分离器气-固两相流的研究

将浑江发电厂3号锅炉的原有粗粉分离器改造成新型组合式粗粉分离器。具体做法为:去掉原径向挡板,在内外筒体间新安装36片轴向挡板,下部安装两级惯性挡板,每级8片,以提高煤粉流场的均匀性和粗粉分离器的效率。用计算流体力学并结合多种多相流动理论[1],对气 固两相流体进行了研究,获得了不同条件下粗粉分离器的参数变化,并进行了现场实验。结果表明:改造后的粗粉分离器的效率提高了20%,阻力下降了500Pa。按每台锅炉年运行6000h计算,1台锅炉年节电1.8×106kW·h,约合45万元人民币。

差压浓度法测量气/固两相流质量流量

提出了一种通过使用文丘里管和电容传感器测量气／ 固两相混合物的差压和固相浓度来推导固相速度和质量流量的新方法，分别建立了均相流模型和分相流模型，使文丘里管既适用于稀相，也适用于浓相流动情况，扩大了其适用范围·不需测量气体单独流经文丘里管时产生的差压，适于工业上在线实时应用·

提升管反应器进料段气-固两相流的CFD模拟及结构优化

以数值计算为手段,选择合适的气-固两相流模型,对提升管反应器进料段内的气-固两相流进行(CFD)模拟计算。通过分析CFD模拟结果,从计算角度出发优化提升管反应器进料段结构,将混合C4进料管由直管改为环管,使催化剂颗粒分布更加均匀以保证与原料的接触,同时减少颗粒间以及颗粒与器壁间碰撞机会,减少催化剂磨损。结构优化解决了提升管反应器内催化剂破碎严重的问题,将丙烯收率由14.91%提高到19.53%,油浆固含率也大大降低。

气/固两相流固体颗粒流速测量方法研究

针对气/固两相流中固相颗粒流速的测量问题,分别介绍了可用于流速测量的互相关法和参数时延估计法。为改善相关法在实际应用中存在的随机误差较大、分辨率低及动态响应慢等不足,提出用参数估计法处理电容传感器信号,用延时时间估计法测量两相流的流速。为验证互相关法和参数估计法的特点,采用Monte-Carlo方法建立气/固两相流动模型,给出了一种基于时延估计法的硬件电路。并结合模型中产生的随机信号对流速进行仿真实验,结果表明延时时间估计法测量流速的可行性。

涡轮增压机组燃气轮机内气固两相流的数值模拟

基于欧拉-拉格朗日基本思想,将烟气看成连续相,将颗粒视为离散相,采用气固双向耦合和颗粒随机轨道模型,对某船用增压锅炉燃气轮机内气-固两相流动进行了数值模拟,并重点分析了不同直径固体颗粒在叶栅通道中的运动轨迹分布特点。数值模拟结果可为该型涡轮叶片的气动特性优化设计以及有效防磨措施的制定提供理论参考,以减轻固体粒子对叶片的侵蚀。

推力矢量燃气舵三维气-固两相流的数值分析

该文采用高雷诺数下的RNG k-ε湍流模型和欧拉-拉格朗日两相流模型,分析了推力矢量发动机燃气舵气-固两相绕流流动,模拟了燃气舵表面的温度、压力等参数的分布,得到了燃气舵升力和阻力随舵偏角的变化曲线。将模拟结果与纯气相状态下燃气舵的数值仿真结果进行比较,结果表明:与纯气相相比,当舵偏角小于25°时,含固体颗粒的两相流的升力增大,阻力没有变化;舵偏角大于25°时,两相流的升力和阻力均小于纯气相流。研究还表明,颗粒的加入对燃气舵表面的压力场影响不大,但对温度场影响较大,造成燃气舵整体温度升高。

细长颗粒与流场双向耦合的气固两相流数值模拟研究

细长颗粒气–固两相流中湍流流变特性研究是细长颗粒气固两相流研究的重要内容之一。基于离散单元法、刚体动力学,并引入拉格朗日时间尺度与?-ε模型的耦合关联式,构建起细长颗粒?湍流场气–固双向耦合模型,并采用此模型对某一实际流化床内的细长颗粒气-固两相流场进行了数值研究。研究发现,多数细长颗粒以其轴与流场主流速度方向近于平行的姿态在流场中向上运动;在高度上,一方面细长颗粒在此存在会导致此高度上湍流速度梯度的增加从而导致整个高度上湍动能值的增加,另一方面细长颗粒的存在又会消耗一部分当地湍流场的湍动能;水平方向上有细长颗粒存在的区域,当地湍动能值会有明显的下降;细长颗粒的存在会导致整个湍流场的压强梯度增加。

基于静电传感器气/固两相流质量流率测量

由于气/固两相流本身具有复杂的流动形态,从流体力学角度分别建立了下行管道传送、上行管道传送和水平管道传送的固相质量浓度的表达式.结合静电传感器互相关技术测量得到气/固两相流的速度参数,根据固相质量流率计算公式和固相质量浓度的表达式,完成了气/固两相流固相质量流率的间接测量.

平面叶栅内气-固两相流场的高速摄影

两相流中以球形阳离子交换树脂（平均直径ｄｐ＝６００μｍ）为固体粒，其在流场中运动轨迹基本上是直线。粒子未与同磁撞时粒子最终速度可达来流速度的４０％－６０％。磁碰撞后速度下降，碰撞后与碰撞前速度之比与入射角β１有关。通过实验数据拟合得到Ｕｐ２／Ｕｐ１＝１．０＋１．６６β１－１．２９３β１＾２＋０．６８９β１＾３－０．００３２９β１＾４。该式与他人结果有差别，说明模拟实验需进行相似理论分析。

文丘里计测量气-固两相流流量的实验和数值计算

给出可用文丘里计测量气 -固两相流流量的实验和数值计算的结果 ,发现了进口与喉口以及喉口与扩张段之间的压差灵敏度是确定载荷比和气体流量的主要参数 ,压降可被守恒变量和源项模型预测 ,并与实验值相吻合。文丘里计有可能作为测量气

液体金属和合金的固-气两相流雾化的研究

采用铁粉作为固体雾化介质,研究固-气两相法的雾化工艺.通过对Al-30%Si的研究,结果表明:固-气两相流雾化制粉与普通气体雾化相比,能有效减小雾化粉末的粒度,提高细粉收得率,普通气体雾化制粉得到的粉末平均颗粒尺寸为150μm,固-气两相流雾化粉末的平均颗粒尺寸为50μm;使冷却速度显著提高,达到104-105K/s,相比普通气体雾化提高了10～100倍,使Al-30%粉末的微观组织明显细化,固-气两相流能量利用率增加.

采用空间滤波法测量气/固两相流固相速度

由插入式静电传感器的点电荷数学模型得到了固相流速的空间滤波测量原理,同时在实时测量流速的过程中采用了"3dB"原则获取信号的截止频率。通过实验验证了插入式静电传感器空间滤波原理的可行性,建立了一套气/固两相流流体速度模拟实验装置,该装置可以在1～25m/s速度范围内完成固相速度空间滤波速度测量。并采用环状电极互相关速度标定了此空间滤波法测量得到的速度。实验结果表明:得到的插入式电极空间滤波速度测量模型可以在宽范围内实现固相速度测量。

粉碎机分离装置气-固两相流研究——基于FlUENT

针对传统饲料粉碎机存在分离效率低的问题,提出了一种可实现单机上循环粉碎的新型物料分离原理的饲料粉碎机,该结构有效地破坏了环流层的影响。基于有限元思想,利用FLUENT软件对粉碎机分离装置内的气-固两相流场进行了数值模拟,获得了影响分离效率的重要因数,对物料分离效率及其影响因素的关系进行了分析。模拟分析与试验研究取得了较为一致的结果,为该粉碎机的设计及研究提供了一定理论根据。

稀薄气－固两相流中相间的相互作用模型

本文以稀薄气－固两相湍流流动为研究对象，推导并模化了考虑固体颗粒存在时，气相的湍流模型方程，在拉格朗日方法中实现了气－固两相间动量、湍动能的相互作用。尤其是提出当量密度及当量耗散系数两个概念后，使模型方程的型式等同于标准Ｋ－ε模型，很适合工程应用。而气相对粒子湍流扩散的影响则由类似于布朗粒子扩散的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法来描述，实现了对确定性轨道模型的修正。最后，对颗粒在网格后均匀湍流中的扩散规律及圆管内的气－固两相湍流进行了数值模拟，表明本文提出的模型及方法很有工程应用价值。