基于双流体模型的简易化两相搅拌流场数值模拟

基于双流体模型对混凝土搅拌运输车搅拌筒内搅拌介质进行了简易化的数值模拟,为搅拌筒参数优劣评定提供了有效的参照模型。即将混凝土搅拌运输车搅拌筒中搅拌介质(石子与泥浆)的流固多相处理成密度不同且互相贯穿的介质,以搅拌筒和搅拌叶片为动态边界条件,在流体有限元理论下,实现了基于搅拌筒设计参数变化的简易化多相流场数值模拟。从而在混凝土搅拌运输车搅拌筒数字化设计过程中,在对参数的优劣(减小搅拌介质的离析度和提高搅拌筒的出料速度等)评定时,提供了定量化、可视化的参照模型。

气－液两相湍流流动的双流体模型与模拟

按双流体模型的基本思想，分别将鼓泡流中的气液两相视作连续介质，用Ｅｕｌｅｒｉａｎ坐标系中多流体模型统一描述两相各自的运动，提出包括气相（气泡）湍动动能及其耗散率的ｋ＿１－ε＿１－ｋｂ－ε＿ｂ两相湍流模型。以鼓泡塔内两相湍流流动为例进行的数值模拟结果表明：预报结果与实测数据符合良好，在预示湍流输运性质上较之已有模型有明显改进。为鼓泡流研究提供了一种新的途径。

基于欧拉多相流模型的空气喷涂喷雾流场模拟

基于欧拉多相流模型,模拟研究了空气喷涂喷雾流场特性。建立了喷雾气-液两相流模型和湍流模型,分析了喷锥的形状以及喷锥内涂料液相的分布规律和运动特性。结果表明:喷锥横截面为椭圆形,喷锥角为65°;喷锥截面内大粒径液相分布区域较小,小粒径液相在整个截面都有分布;喷锥短轴方向上,大粒径液相横向扩散速度略大于小粒径液相,长轴方向上,小粒径液相横向扩散速度明显大于大粒径液相。基于此,解释了实际喷涂中椭圆形涂膜短轴边缘区域分散的涂料膜较少,而其他边缘有大量分散涂料膜的现象。

两相临界流的两流体不平衡模型研究

研究的两流体不平衡模型，用来计算初始滞止状态为饱和或过冷流体通过通道的临界流量，模型中既考虑了两相之间的动力学不平衡，也考虑了相间热力学不平衡──温度差异。引入汽泡运动弛豫时间方程，结合两相质量守恒方程，动量守恒方程组成五方程模型。通过解汽泡在无限大介质中边界层非稳态导热问题，获得界面热负荷，井利用两相混合物能量方程，获得液相过热度，从而计算出蒸发速率。引用合适的经验关系式，计算界面摩擦切应力，壁面摩擦切应力。提出厂圆弧入口和直段入口两类边界条件的处理方法，设置异质汽核密度为可调参数，当其值取为２．５×ｌ０１１时，在较阔的压力范围内，对不同的长径比Ｌ／Ｄ，预测结果和实验值符合较好。

天然气水合物区多相流体运移模型：以南海神狐海域为例

天然气水合物是重要的海洋油气资源,近年来利用孔隙水地球化学手段结合流体反应运移模型对水合物进行勘探已成为研究热点。文章针对南海神狐海域钻探GMGS-1航次的数据资料,用孔隙水溴碘摩尔数比值拟合全新世流体运移速率,构建了二期次非稳态水合物多相流体运移模型,并以SH7站位作为应用,发现自更新世以来研究区水合物成藏系统处于衰退状态。通过模型参数敏感性分析,了解到影响模型输出的参数权重从高到低依次是沉积物孔隙度、有机质含量和沉积埋藏速率。进一步数值分析表明,在水合物成藏系统中,有机质含量与水合物饱和度满足线性相关,其他主要参数与饱和度的关系并非单调函数,且主导水合物稳定区内的甲烷物源是深部外源流体所携带的甲烷。多相流体运移模型对水合物资源勘查具有一定的理论意义。

论多相流中单流体模型与多流体模型的统一性

本刊发表的“多相流的随体导数和基本方程”,一文认为对多相流的随体导数必须重新研究、定义,以使单流体模型和多流体模型能获得统一,并提出了一套建立随体导数的方法。本文作者认为[1]文的分析不仅在概念上有许多混淆之处,而且所提出的随体导数有些牵强附会,缺乏明确的物理意义,结果并没有使单流体模型和多流体模型真正统一。本文就随体导数的本来含义进行推导、分析,指出单流体模型和多流体模型的统一性。

基于欧拉多相流模型的空泡数值模拟

采用欧拉多相流模型模拟均匀来流绕圆盘、圆锥形空化器流动时所引发的自然空化现象,将数值模拟结果与实验、经验公式计算结果进行对比,确认欧拉多相流模型的有效性,数值结果与实验、经验公式结果吻合度高,证明考虑相间作用力的欧拉多相流模型能够较好地模拟空化现象。

基于欧拉多相流模型的风驱雨数值计算分析

风驱雨(Wind-Driven-Rain,WDR)指的是在风力驱动下获得水平速度的雨滴。风驱雨的研究可以为建筑、汽车、飞行器的防水设计提供理论参考。本文基于OpenFOAM软件,采用欧拉多相流模型计算了一个立方体建筑的风驱雨分布情况。数值计算结果表明,建筑物迎风面对风驱雨的整体捕获率呈现出从下往上、从中间往两边增大的分布规律。最大值出现在迎风面的顶角处,且越靠近迎风面的顶边,整体捕获率的变化梯度越大。随着降雨强度增加,迎风面上的整体捕获率最大值在逐渐减小,最小值在逐渐增大,分布趋于均匀。将本文的工作与文献中的数据进行对比,结果吻合得很好。

基于MUSIG模型的气液两相流离心泵内部流动数值模拟

为了解决气液两相流泵内部流动数值模拟中所采用的欧拉-欧拉双流体非均相流模型无法考虑气泡离散相粒子直径变化以及气相之间的聚合作用与破碎作用,导致在高含气量时的模拟结果与试验存在一定差距的问题,文中将一种新型的欧拉-欧拉双流体拓展模型,即MUSIG模型用于气液两相流泵内部流动的数值模拟,通过与气液两相流工况外特性试验数据对比发现,入口含气率在5%左右时,MUSIG模型计算得到的外特性曲线与试验结果整体趋势吻合较好;普通的欧拉-欧拉两相流模型在大含气率下与试验相差较大.基于MUSIG模型,分析入口含气率对内部流动特性的影响,发现入口含气率的增加会引起内流失稳和流线紊乱,气相逐渐聚集在前盖板与流道中间部位,最后引起能量损失,叶轮出口压力下降.这些现象会随着入口含气率增加而逐渐加剧,最终扬程与效率均会随着含气率增加而下降.含气率小于3%时,内流较稳定;当入口含气率为5%时,扬程下降至32 m,效率下降至55%,推测此时流道内气相聚合,生成气囊.

气升式环流反应器内气液两相流动计算流体力学的模拟

采用欧拉-欧拉两流体模型模拟了气升式环流反应器内部气液两相流动过程,考察了液相速度和气含率随表观气速的变化,液相速度和气含率模拟值的关系与两种经验关系式的计算值进行了比较,两者取得了很好的一致,证明了模型的正确性。在此基础上,使用计算流体力学模拟的方法考查了反应器内的导流筒直径和导流筒高度对反应器内两相流动的影响,导流筒直径增大,液相循环量增大,上升段气含率增大;导流筒位置升高,液相循环速度和循环量均增大,上升段气含率减小。所获得的结果对气升式反应器的设计优化具有指导意义。

非均相流模型在气液两相流动计算中的应用及评价

为评价非均相流模型在气液两相流动计算中的应用,分别采用均相与非均相多相流模型,对方腔通气和平板通气模型的气液两相流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比.结果表明:相比均相流模型,非均相流模型能较准确计算气相的受力,预测气相的非定常流动过程,所得结果能较精确捕捉方腔中气泡束的周期性摆动和平板上方气泡的周期性断裂、上漂现象;非均相流模型能较好地预测速度场分布,同时能更好地预测压力场的非定常性变化.

加压下纯流体表面张力的统计热力学模型

从Ｋｉｒｋｗｏｏｄ－Ｂｕｆ理论出发，引入Ｇｕｂｂｉｎｓ的Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ模型流体的径向分布函数表达式，建立了一个三参数分子热力学模型，可以准确计算加压下纯流体的表面张力。对２２个纯组分流体的表面张力进行了关联，温度从常温到临界点，压力从常压到几十个大气压，计算的平均标准差为０．６０５５ｍＮ／ｍ，精度令人满意。

高气液比气井气液两相节流预测数学模型

Thornhill&Graver模型是计算干气通过气嘴节流的常用数学模型,但许多气井都不同程度地含有液体,正确预测气液两相气嘴节流问题具有重要的实际意义。文章应用稳定流动能量方程,将凝析油气作为复合气体,然后考虑复合气体—水混合物的气液两相节流,提出了用于高气液比气井节流计算新模型。与干气气嘴节流模型相比较,新的气液两相节流模型包含了一含水校正系数。

焦炉煤气脱硫吸收塔两相流场计算流体力学数值模拟

以商业化软件FLUENT为计算平台,将计算流体力学(CFD)与两相流流动结合起来预测复杂吸收塔内的两相流动情况。计算在三维体系中展开,在满足收敛以及质量守恒条件后,得到了稳态条件下的单相流场,并引入欧拉多相模型和多孔介质模型,对单相流含填料流场和两相流场进行了计算。计算结果表明,使用标准k-ε湍流模型和欧拉-欧拉多相流模型可以模拟出脱硫吸收塔内的复杂流场,呈现出极好的对称性并且流场的各项性质定性正确,可以确定塔结构及操作参数均已达到要求;多孔介质项对于塔内两相逆流的速度差起到了较好的平衡作用,与填料塔中的预期结果定性相符,同时说明该模型可以较好地完成对散装填料的模拟,在计算中表达出其应有的性质。

DNAPLs污染含水层多相流数值模拟模型的替代模型

针对表面活性剂强化的重非水相流体(DNAPLs)污染的含水层修复问题,在建立多相流数值模拟模型的基础上,应用拉丁超立方采样(LHS)方法,在多相流模拟模型可控输入变量的可行域内采样,有效提高了采样效率和覆盖程度。根据采集的样品数据集,运用多元回归分析方法建立多相流模拟模型的替代模型——双响应面模型,为DNAPLs污染含水层修复过程的优化设计的耦合技术探索新的理论和方法。经检验,替代模型计算结果的相对误差均小于10%,精度较高,说明其在功能上充分逼近模拟模型。运用替代模型实现模拟模型与优化模型的连接,可以大幅度减少优化模型计算过程中直接多次反复调用模拟模型所引起的庞大计算负荷。

多相流和湍流模型对平板膜生物反应器模拟的影响

相分布和速度场是浸没式MBR的流体力学特征的核心,这些特征能够通过CFD的多相流模型和湍流模型低成本、高精度地分析。因此,针对浸没式MBR优化结构、缓解膜污染和降低能耗的需求,以MBR流场的快速准确模拟为目标,以国内外3家主要商用浸没式平板MBR为对象,比较了不同多相流、湍流模型对浸没式平板MBR流场、相分布和计算成本的影响,并进行了模拟验证。结果表明,3家国内外浸没式平板MBR的空间构型多根据厂家推荐值设计,其长宽比为1.37±0.63,高径比为0.97±0.23。商用平板MBR的模拟与验证结果表明:①多相流模型对相分布、流场和速度分布的影响比湍流模型更显著,且VOF模型与standard k-ε的模型组合可更为快速准确地模拟浸没式平板MBR的流场特征;②多相流模型选择是计算成本至关重要的影响因素。6核计算时,VOF模型的CPU时间为mixture模型的5.5~3.2倍,realizable k-ε的CPU时间为standard k-ε的1.0~1.1倍。

粉末注射成形多相流动过程数值模拟模型

把计算流体动力学的多相流概念及两相流模型引入到粉末注射成形领域,介绍了描述粉末-粘结剂充模流动过程的单流体模型、双流体模型及欧拉-拉格朗日模型,并简要分析了各种模型的特点.分析表明,双流体模型相对于单流体模型更有利于监视两相分离、粉末聚集等出现在粉末注射成形过程中的特殊现象,并且比欧拉-拉格朗日模型更容易收敛.

水平管内气液两相泡状流压力波数学模型及其数值模拟

利用整体平均两流体模型,合理引入虚拟质量力、粘性剪切力和拖曳力引起的界面动量交换等封闭条件,建立了水平气液两相流动中压力波的数学模型.根据小扰动原理和线性一阶齐次方程组有解的条件,得到水平气液泡状流的压力波色散方程.色散方程的计算结果与前人实验数据显示很好的一致性.进一步的数值计算,系统分析了含气率、系统压力、壁面剪切应力、扰动频率和封闭条件中虚拟质量力、拖曳力对压力波传播速度和衰减的影响.结果表明:系统压力的降低、含气率的增加以及壁面剪切应力的存在,都会降低压力波的传播速度,并使压力波衰减加快;而扰动频率、虚拟质量力和拖曳力对压力波的影响,在低频和高频段差异很大.

气液两相瞬变流的流固耦合模型研究

传统的气液两相流瞬态分析和管道动力响应计算是分开的,存在一定的缺陷.针对石油工业中常见的多相混输问题,介绍了常见的气液两相流瞬态模型和流固之间存在的耦合机理,在不作薄壁管假设的前提下推导出了气液两相瞬变流的流固耦合模型.与现有相似模型的对比分析表明,这一模型比较全面地考虑了流体和管道的特性以及不同的耦合形式,可以适应实验和/或仿真研究的需要.

基于CFD的管道固液两相流体输送的数值计算及实验对比

对应用于固液两相流数值模拟中的三种主要模型 :单流体模型、两流体模型和欧拉—拉氏模型进行了对比 ,分析了其各自的优缺点及适用范围 ,并对商用 CFD软件 PHOENICS中有关固液两相流的处理方法进行了论述 。