三种泥沙扩散系数模型对双吸离心泵内固液两相流流场计算的影响

作为模拟双吸离心泵内固液两相流的一种常用方法,欧拉-欧拉法中的泥沙扩散系数常通过多种模型进行计算。为选择适宜的泥沙扩散系数模型进而提高固液两相流数值计算的精度,该研究采用3种常见泥沙扩散系数模型Non-diffusion coefficient model(NON-DC);Diffusion-in-volume of fluid model(Diffusion-in-VOF);Diffusion coefficient affected by particle diameter and particle concentration model(DC-PDPC),在25、100和200μm 3种含沙粒径和不同流量(0.6和1.0倍额定流量)条件下,对双吸离心泵内固液两相流场进行数值模拟,分析其对泵内固相浓度和固相速度的定常和非定常结果的影响。结果表明:1)当颗粒粒径不大于100μm时,3种模型计算得到的双吸离心泵内固液两相流的固相浓度和速度定常结果基本相同;当颗粒粒径大于100μm时,定常结果有所差异,随着颗粒粒径的增大,差异逐渐增大,差别最大可达60%。2)在不同颗粒粒径的条件下,采用3种模型得到的固液两相流场的固相浓度和速度非定常结果差异较大,且随着颗粒粒径的增大,差异逐渐增大,差别最大可达30%。含沙颗粒粒径不大于100μm时,3种模型得到的定常结果基本相同;而大于100μm时,定常结果差异较大;同样地,在不同含沙粒径条件下的非定常计算结果也差异较大,需要选择合适的泥沙扩散系数模型。3)定常计算时,当颗粒粒径不大于100μm时,推荐NON-DC模型;随着颗粒粒径的增大,推荐使用DC-PDPC模型;当非定常计算时,推荐使用DC-PDPC模型。研究为准确地进行离心泵内固液两相流数值计算提供参考。

新的液相扩散系数模型

根据统计力学理论与Eyring绝对速率理论,建立了描述液相扩散系数的理论模型。该模型反映了温度、压力及组成对液相扩散系数的影响。基于此模型,建立了关联高压液相自扩散系数与密度关系的模型方程;导出了二元溶液相互扩散系数与浓度关系的计算方程;建立了计算无限稀释扩散系数的方程。通过对实际物系的验证计算,本文所导出的各方程均能很好地关联计算液相扩散系数,并优于文献方程。

海洋环境下港口工程混凝土界面过渡区氯离子扩散系数模型

通过现场暴露物理试验,实测得到了港口工程混凝土及相对应的水泥砂浆试件中氯离子的浓度分布结果,经回归分析分别得到了这两种试件的氯离子扩散系数。以此为基础,定量评估了粗骨料的稀释、曲折和界面过渡区效应对混凝土中氯离子扩散系数的影响,并建立了混凝土界面过渡区氯离子扩散系数模型。基于混凝土中氯离子扩散的细观数值模拟方法,验证了所建立的混凝土界面过渡区氯离子扩散系数模型的正确性。对细观数值模拟结果的分析可知:界面过渡区对混凝土中仅考虑粗骨料的稀释和曲折效应的氯离子扩散系数的提升效应不可忽略,应充分考虑界面过渡区的存在对混凝土中氯离子浓度分布和扩散特性的影响。

基于Fick定律的柱状煤瓦斯扩散系数变化规律及模型构建

瓦斯扩散能力直接影响瓦斯资源开采、突出危险性、瓦斯涌出及含量测定。为了研究煤中瓦斯扩散系数受应力、瓦斯压力、温度等因素的作用规律,在稳定浓度差条件下对柱状煤进行了扩散系数测定,避免了通过解吸曲线反推扩散系数带来的模型依赖性问题。研究结果表明:无论是吸附性气体甲烷还是非吸附性气体氦气,扩散系数与有效应力近似为负线性关系,但相较于渗透率受影响较小;甲烷扩散系数随进气压力(浓度梯度)增大呈幂函数衰减规律,与温度关系满足阿伦尼乌斯公式。对比分析了稳态法实测扩散系数与经典模型和时变扩散系数模型所得扩散系数,发现所得扩散系数的量级相同,大小可相差数倍,且扩散系数随甲烷压力增大变化趋势不同。基于扩散系数受压力(浓度梯度)和温度影响规律,建立了变扩散系数扩散模型,并利用柱状煤实测的扩散系数对粒煤在恒温和变温条件下解吸数据进行了预测。对预测结果进行解吸试验验证,表明该模型无论是在恒温还是变温条件下都能很好反映煤基质中瓦斯扩散过程。

颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸模型及扩散参数反演研究

为研究颗粒煤瓦斯解吸规律,基于Fick定律建立了颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸模型,完成了颗粒煤瓦斯解吸模型的数值试验。引入了非负约束最小二乘法反演算法(NNLS),通过试验数据反演得出颗粒煤的扩散参数的B谱,从而确定出颗粒煤瓦斯扩散系数D的准确范围。研究结果表明:颗粒煤瓦斯解吸符合Fick扩散定律,颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸模型能很好地解决单一扩散系数模型的扩散系数随时间衰减的问题,准确反映了颗粒煤瓦斯解吸规律,单一扩散系数瓦斯解吸模型只是多扩散系数瓦斯解吸模型的一个特例;NNLS是一种有效的反演算法,利用NNLS方法可以准确反演出颗粒煤瓦斯解吸过程中的扩散参数的B谱,通过B谱可方便计算出颗粒煤的瓦斯扩散系数。

受载煤岩瓦斯多扩散系数解吸模型研究

为研究受载原煤瓦斯解吸规律,利用含瓦斯煤岩力学性质测试系统,在恒温的三轴加载条件下,进行了受载原煤加载-吸附-解吸-加载直至煤样破坏实验,建立了原煤的多扩散系数瓦斯解吸模型。基于非负约束最小二乘法反演算法(NNLS),通过试验数据反演得出受载原煤的扩散参数B谱。研究结果表明:受载原煤一小时瓦斯累计解吸量在弹性阶段随轴向应力增大而减小,在塑性阶段随应力增加有小幅度回升,在煤岩破坏后急速增大。受载原煤瓦斯解吸多扩散系数模型能准确反映受载原煤瓦斯解吸规律,B谱可反映出受载原煤内部变化以及其瓦斯解吸规律情况。该模型可更准确合理地描述煤层内瓦斯运移过程。

广泛温度和盐度条件下二氧化碳在盐水中的扩散系数

把二氧化碳注入地下咸水含水层封存是减缓当前温室效应的有效措施,定量刻画二氧化碳在地下毛细孔隙介质中的溶解扩散过程,需要广泛温度和盐度下二氧化碳在盐水体系中的扩散系数等参数,然而目前还没有高于333K(60℃)的相关数据。采用激光拉曼原位观测技术,在高压毛细管中观测了20MPa、273.15~433.15K、不同盐度下CO_2在咸水中的扩散过程,获得了扩散系数。CO_2在盐水中的扩散系数随着温度的升高而增加,随着盐度的增加而降低。建立了适用于广泛温压和盐度条件下的CO_2在盐水中的扩散系数模型,并且通过实验数据拟合了模型参数。

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电极的变固相扩散系数模拟

通过实验和参数辨识,确定了针对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4体系电池所需要的模型参数,建立了适用于该体系的变固相扩散系数模型。该模型能很好地对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的放电过程进行模拟。通过对电池内部的过电位进行分析,对电池性能的限制因素进行了说明。