颗粒流拟流体的本构关系

针对慢速密集颗粒流的特点,采用拟流体的方法,类比具有屈服应力的非牛顿流体,给出了适用于慢速密集颗粒流的本构方程表达形式,建立了用粗糙底面斜槽测量颗粒流当量粘性的数学模型,并以小麦颗粒为例,通过粗糙底面斜槽实验得出了小麦颗粒流的屈服应力及其本构方程的关键系数.将实验得出的小麦颗粒流本构关系系数作为其当量粘性的特征值对斜面流进行解析计算,体积流量的模型预测值与实验值的相对误差在15%以内.

近床面风沙流的颗粒拟流体大涡模拟分析

通过气相大涡模拟与基于颗粒动理学理论的颗粒相湍流拟流体模型进行耦合,对近床面风沙气固两相三维运动进行了数值计算。相同来流风速下,对跃移层内沙相速度、沙相浓度及沙粒脉动均方根速度沿近床面高度变化进行了统计分析,对比了模拟参数结果与相关实验值之间的差异。结果表明:所建计算模型能较好地揭示近床面风沙流特性,低沙相浓度运动模拟中2种曵力系数模型计算得到的各个宏观参数统计量趋于一致;跃移层内沙相平均流向速度随近床面高度的增加呈递增趋势,沙相浓度随近床面高度的增加呈递减趋势,沙相流向脉动均方根速度在跃移底层呈现单一峰值状。模拟结果获得了与相关实验结论相类似的变化规律,得出准确选取沙粒碰撞弹性恢复系数是准确揭示沙相速度脉动强弱的关键。

循环流化床燃烧器的一维拟流体数值模拟

针对过程工程研究所(原化工冶金研究所)建造的0.2MW快速流化床燃烧反应器进行了建模仿真.模型采用拟流体的处理方法,即:(1)炉膛内的气体和固体物料是连续发展分布的,因而可以用微分方程组的形式来表达炉膛内气体和固体物料的质量衡算关系;(2)燃烧器中的流动参数分布采用颗粒流体动理学封闭的拟流体模型进行计算,计算得到的空隙率、颗粒速度等参数耦合至反应、传热等过程的方程中求解.与相应的实验结果对比,模型预测值在出口点与实际情况吻合.

应用拟流体模型对弯曲圆管及复杂管线内气固多相流动的数值研究

采用建立在拟流体假设基础上的离散介质动力理论对不同弯管及复杂管线内的气固多相流动进行了计算 ,得到了各流动参数的分布情况 ,分析了弯曲角度和相对曲率半径对不同尺寸粒子的分离效果 。

荷电颗粒拟流体多相湍流模型的建立

荷电多相湍流与一般多相湍流相比,存在流场脉动与电场脉动耦合的复杂运动特征,如何用方程加以描述并利用模型方程模拟这种耦合作用成为荷电多相湍流模拟研究的一项重要任务。在单相荷电流体湍流模型方程和荷电颗粒拟流体多相湍流描述方程建立的基础上,根据目前发展和应用不断扩大的“双流体”多相湍流模型,把荷电颗粒当作拟流体处理,借用拟流体多相湍流描述方程建立的方法,获得了荷电颗粒拟流体多相湍流模型,该模型方程通过电场关联项描述了电场和流场湍流脉动的耦合作用,通过引入电湍能交换系数对电场关联项加以模化,该模型可用于工程中大尺度复杂荷电多相湍流的模拟计算和工业装置的设计。

基于拟流体模型的碎冰与直立圆柱结构碰撞作用的SPH模拟

碎冰作为一种主要海冰形式,会不可避免地发生与海洋结构物的碰撞,影响结构物的安全性。论文将冰-水界面视为两相流,基于拟流体模型构建SPH冰-水两相流模型,通过模拟计及自由液面影响的冰、水混合物中的三维圆柱绕流,对小尺度碎冰和海水混合环境下直立圆柱结构的冰载荷特性进行研究。在此基础上分析冰块尺度、厚度、密集度以及结构尺寸等参数对冰载荷的影响。研究发现:冰载荷具有强烈的随机性,其对直立结构的作用远大于水的作用;冰载荷随结构尺寸的增加而线性增大,随碎冰厚度的增加呈二次曲线递增关系;对于稀疏流冰,冰载荷随碎冰密集度的增加而增大。

双流体模型模拟喷涂飞行区内的速度分布

文章基于双流体模型,并采用ANSYS/CFD多组分传输包分析了颗粒群与压缩气流相互作用下喷涂飞行区内的速度分布。结果表明,双相流的速度分布与单独压缩气流的速度分布大致相似,即在开始的一段喷涂距离内速度降低很快,随后趋于平缓;而在相同的喷涂距离下,与喷涂轴线的夹角越大,其所对应的速度越小。但在喷涂入口处,双相流速度分布具有一段明显的加速段。

木质纤维素预处理物系的流变学特性表征以及计算流体力学模拟

预处理是木质纤维素生物炼制中的关键环节。传统的预处理一般在实验室规模的小尺度条件下进行,并未考虑大尺度反应器内的搅拌及搅拌桨型式对混合、传热和传质及预处理效果的影响。研究了在无游离水相存在的干式稀酸预处理反应器中,引入螺带搅拌桨强化混合和传递的可行性,对由固体玉米秸秆颗粒构成的固相体系进行了"拟流体"假设,针对木质纤维素吸水性强、流变学特性无法直接测定的特点,通过测定搅拌体系的扭矩值间接获得秸秆物系的表观黏度(ηa)和表观剪切速率(γeff),从而获得了表征秸秆物系虚拟流体的流变指数(n)和稠度系数(Kpl);建立了干式预处理过程的计算流体力学(CFD)模型,并通过比对秸秆物系冷模实验和CFD模型计算的功率消耗和混合时间,验证了所建模型的准确性。CFD模拟和冷模实验的结果表明在无游离水相存在的干式预处理反应器中引入螺带搅拌桨进行强化混合和传递是可行的,并为带有搅拌的预处理反应器的放大和加工提供了依据。

拟塑性幂律流体的掺气管输减阻的数值模拟

根据幂律流体的本构方程，采用欧拉法建立了空气-幂律非牛顿流体两相流动方程，在此基础上对拟塑性幂律流水煤浆的掺气管输的减阻效应进行了数值计算及理论分析。计算及理论分析表明，在高黏幂律流体中，采用适当方法掺入少量气体可以达到降低流动阻力的效果。减阻效应出现在输入气液体积比小于0．08的范围内，当输入气液体积比为0．0125～0．0313时，减阻效果最好，此时减阻率可达13％以上。此外，气泡直径也对减阻效果有一定影响，为了获得好的减阻效果，应采用适当方法将掺入流体的空气所形成的气泡直径控制在1～2mm以内。

拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法

以拟塑性流体为研究对象,针对剪切应力与剪切速率的非线性关系给数值计算带来的困难,提出了一种适用于拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法。采用幂律模型作为拟塑性流体的本构方程,通过给定非均匀的初始速度场和限定表观黏度数值变化的范围,消除了应力计算时可能出现的"零障碍"和"无穷大障碍"奇点问题。计算了长直方管和大曲率弯管中拟塑性流体的层流流动,验证该计算方法在幂律流体三维流动数值模拟中的可靠性。长直方管计算结果中给出了不同流动指数的摩擦因子系数和广义雷诺数之间的关系,与前人的实验数据和数值研究结果均吻合良好。

拟塑性流体理论中一类奇异非线性边界值问题

研究了起源于拟塑性流体理论中的一类奇异非线性两点边界值问题正解的存在性和唯一性．

拟塑性流体在六直叶搅拌器中的模拟与比较

针对六直叶搅拌器中拟塑性流体羧甲基纤维素钠(CMC)溶液在低雷诺数下的过渡流动,采用层流模型及大涡模拟方法研究其流动的特点.基于搅拌器缩放的目的,将水加入对比.在对计算方法验证的基础上,重点分析了不同质量分数的CMC溶液搅拌时的流场脉动动能、功率准数以及混合时间随雷诺数的变化规律.在对数值结果综合分析的基础上,以减少功耗为目标,对不同雷诺数范围的搅拌操作提出了建议,为实际应用中具有类似CMC溶液剪切变稀特点的物料搅拌操作提供参考.

颗粒流体两相流模型研究进展

本文介绍了颗粒流体两相流动的特征及其模拟方法 ,重点论述了拟流体模型的研究现状及发展 ,并对两相流动模拟中的各种方法进行了展望。

沙粒跃移运动的动理学模拟

目前,风沙跃移运动的数值研究主要以拉格朗日方法为主,然而,拉格朗日方法对计算机硬件的高要求以及相对较低的运算效率不适合于求解大量颗粒的复杂碰撞运动。本文采用连续介质观点,将沙相作为拟流体处理,在动理学理论的基础上建立了气-沙两相流动的数学模型,采用Tu & Flecher提出的边界条件处理跃移沙粒在沙床面上的动量变化,对平壁边界层中的风沙运动进行了模拟,得到了风速沿高程对数分布和输沙率沿高程指数衰减的合理分布,说明动理学理论适用于处理存在复杂碰撞作用的风沙运动。本文的工作是风沙运动数值模型发展的一次有意义的尝试。

循环流化床上升管内颗粒团聚行为的动态模拟

本文利用改进的颗粒流体动力学封闭的拟流体模型对循环流化床上升管内的颗粒团聚现象进行了模拟。模拟发现上升管内颗粒团聚物存在动态的产生、发展和消散的过程。颗粒团聚物的形成使其内部的相间滑移速度减小，从而使部分颗粒随气流上升，部分颗粒沿壁画下降。这两种运动形式的动态平衡造成了上升管内轴向浓度分布的Ｓ型曲线。

气固两相流模型及细粒煤振动流化床的模拟应用

为深入认识振动流化床床层微观结构,模拟、预测和优化控制气固两相流动和传热行为,基于对床层时空多尺度不均匀结构特性的分析,全面综述和分析了振动流化床模拟广泛采用的气固两相流模型的类型、特点、优缺点及应用现状,并对未来发展进行了展望。结果表明:拟流体模型模拟结果接近于工程实际,离散颗粒模型能跟踪颗粒运动轨迹,拟颗粒模型能揭示床层非均匀结构和求解复杂流场问题,无统一的模型全面描述气固两相流动;双流体模型和离散颗粒模型能较好地模拟床层空隙率、固体颗粒浓度和速度、颗粒分布均匀性和气压稳定性,模型和参数的选择非常关键,基本方程的求解有难度,与工程实际还有差距;引入非线性理论表征多流态流型与床层不均匀结构,研究振动流化床能量传播行为和离析混合模式控制机制是未来的发展方向。

积雪流体化机理及气流清雪的气固两相流分析

结合风吹雪现象这一典型自然现象分析积雪流体化的机理,总结雪粒运动基本方式及其存在形式,提出气流清雪的必要条件.利用拟流体模型建立气流清雪作业气固两相流的控制方程并进行数值模拟,分析清雪前气流轴线及两侧的速度分布规律及清雪作业过程中雪相的运动规律及湍流旋涡对风场分布和雪相运动的影响.

铸造用大颗粒型砂气力输送行为的数值模拟研究

对铸造用型砂颗粒在垂直提升管中的气力输送过程往往需要靠经验公式来设计计算。通过采用数值模拟的方法,基于FLUENT模拟过程中对气相采用k-ε标准方程模型,将型砂固体颗粒看作拟流体,建立了气力输送的数学物理模型和计算方法,对粒径大、真密度高铸造用型砂颗粒在垂直提升管中的流动特性进行了模拟分析。模拟结果表明,当空气输送速度保持不变时,气固两相在垂直提升管中存在加速段及恒速段;在不同的空气输送速度下,气固两相在垂直提升管中都存在加速段及恒速段,而且随着空气输送速度的增加,固相颗粒在提升管内的停留时间越短,即固相颗粒的输送速度越高。

具有快速振荡外力的拟地转运动的平均原理

一类大尺度的地球物理流体流可以用拟地转方程来描述· 有限、但是大时间区间和整个时间轴上在快速振荡外力下的拟地转运动的平均原理被得到了· 其中包括比较估计,稳定性估计和拟地转运动及其平均运动之间的收敛性· 进一步。

干熄冷却机内球团运动规律数值模拟

将冷却机内下降运动的球团看作拟流体,应用黏性流模型的基本思路,建立描述冷却机内球团下降运动的数学模型,对球团在冷却机预存段和冷却段内的运动过程进行数值模拟,结果表明:确保足够的预存段高度,将有效降低布料的不均匀对球团在冷却段传热过程的影响;在出料口面积一定时,风帽的形状对其附近球团速度有一定影响,风帽形状与球团运动流线越吻合,风帽周围球团的滞后层越薄。