基于欧拉固液两相流模型的泵站进水侧流场三维模拟

针对泵站过水建筑物中出现大量的泥沙淤积和不良流态,基于欧拉固液两相流模型对大型泵站进水侧流场进行三维CFD数值模拟。数值模拟结果表明,泵站原始的布置方案会引起低速区、漩涡以及回流等不良的进水流态,会导致在泵站前池出现泥沙淤积的现象。为了改善泵站进水流态和减少前池的泥沙淤积,对泵站分水堰形状进行修改并在引渠段加设整流底坎。数值模拟结果显示,通过对泵站原始布置方案的修改,消除了前池内的回流,漩涡的范围也有所减小,泥沙淤积的现象得到了较大的改善,水流中的泥沙体积分数平均减少了13%。

基于欧拉固液两相流模型的混流式水轮机导水机构磨蚀损伤研究

为保障水轮机发电机组的安全运行,对水轮机活动导叶磨蚀损伤机理进行研究。基于欧拉固液两相流模型对水轮机活动导叶内部的固液两相紊流进行数值模拟,对磨损情况进行了分析,提出了导水机构的磨损预估及相应的修复建议。所得结论可供相关研究人员参考。

欧拉两相流法在翼型积冰中的应用

应用欧拉两相流理论对各种结冰气象条件下翼型积冰进行了数值模拟,采用格心型有限体积方法求解N-S方程来获得翼型的流场.对4°攻角下NACA0012翼型前缘的霜冰,明冰,混合冰进行了预测,最后将计算的结果和文献中实验数据进行对比,结果吻合良好,说明该方法是有效的.同时对积冰翼型的气动特性进行了分析,并比较了不同冰形对升、阻力的影响,计算结果显示明冰对气动特性的破坏最大.

复杂长竖井引水隧洞施工通风两相流模拟研究

复杂长竖井引水隧洞纵横交错的洞室布置和上下平洞间的大高差导致其通风散烟困难,然而施工通风效果的好坏直接影响工程施工进度和施工安全.现有引水隧洞施工通风两相流数值模拟研究多是针对单一隧洞或同平面的交叉隧洞,并且其网格独立性分析局限于通过单一经验公式验证.本研究首先提出综合考虑气固两相相互作用力和上下平洞大高差导致的压差作用影响的复杂长竖井引水隧洞施工通风三维非稳态欧拉两相流数学模型,并且通过与现场实验数据对比,验证了数学模型的可靠性;其次,采用偏斜度指标、速度变化百分比以及经验公式对网格独立性进行分析,得出合理的网格划分方案;最后,结合实际工程,模拟得出复杂长竖井引水隧洞施工通风过程中的风流结构分布和污染物(粉尘、CO)迁移变化规律,并基于模拟结果得出合理的通风散烟时间.

F1型浮阀塔板两相流场的CFD模拟

利用FLUNENT软件采用欧拉(Euler)两相流模型模拟计算了FI型浮阀塔板在阀片全开状态时的气液两相流流场.模拟选用清液层高度作为衡量非稳态流场收敛判别标准,模拟的结果和实验测得的数据二者吻合较好,证明CFD方法是一种很有效的辅助浮阀塔板设计的手段.

卧式搅拌釜气液两相流场的参数化研究

基于Fluent软件,采用SST k−ω湍流模型、欧拉−欧拉两相流模型和多重参考系法对卧式搅拌釜气液两相流场进行数值模拟,并采用示踪剂法研究釜内混合过程。结果表明:增大转速或气体流量有利于气相分布更均匀并加快液相的混合。当搅拌转速超过93 r/min时,相对功率消耗基本不变。上叶轮倾斜角的变化对气相分布的影响很小。当倾角为50°时,相对功率消耗最大。适当提高桨叶离底高度可以提高气含率并改善气相分布,但会增加液相混匀时间。

SRM两相内流场模型计算

火箭发动机内流场中的大量液态颗粒与喷管的壁面发生碰撞后会产生沉积和破碎,从而影响发动机的性能。针对此问题,采用颗粒与壁面碰撞破碎沉积模型和欧拉-拉格朗日两相流模型对某固体火箭发动机中不同尺寸的颗粒与喷管背壁区和收敛段碰撞破碎和沉积的基本情况进行了数值模拟,并与相关试验结果进行了对比。计算得到了流场中不同直径颗粒在考虑碰撞破碎后的分布情况和在壁面的沉积情况。计算结果说明,颗粒与壁面碰撞破碎后会大大增加流场尤其是喷管段中小颗粒的数目,颗粒的沉积主要集中在背壁区的下部,而大颗粒主要沉积在喷管收敛段。

锥柱型装药固体火箭发动机两相内流场中颗粒运动的数值模拟

研究锥柱型装药固体火箭发动机(SRM)燃烧室和喷管的内流场具有重要的工程意义。针对某型发动机各工作时间下的不同情况,采用高雷诺数下的k-ε湍流模型和欧拉-拉格朗日两相流模型,用全速度SIMPLE方法对方程组进行求解,并用PSIC气固耦合计算方法,对其内流场进行了三维两相一体化计算。最后给出了流场内部分颗粒运动的轨迹图像及颗粒与壁面碰撞的一般规律。在不同的时间下,不同尺寸的颗粒会撞击壁面不同的位置,但主要集中在壳体与喷管的相接部分和喷管的收敛段。局部的旋涡也会对颗粒的运动以及颗粒的碰撞沉积、聚集等造成较大影响。

引水流量对引水渠道中水内冰演变影响的数值模拟

水电站引水渠道中的冰害会影响水电站的安全运行,危害当地人民的人身安全。为开展引水渠道中水内冰演变的研究,建立了三维非稳态欧拉两相流模型,动量方程考虑了相间曳力、升力、虚拟质量力,热量传递方程中考虑了冰水之间的热量传递以及太阳辐射、有效辐射、蒸发热损失、水面对流热损失等。模拟分析了不同引水流量下温度及冰体积分数的沿程分布,结果表明:冰温沿程逐渐升高;水温沿程先降低后升高、沿程出现最低点。冰体积分数沿程存在突变点,且突变点在水温最低点附近。随着引水流量减小,产冰起始位置向渠道上游移动,但最终的产冰量和冰体积分数逐渐减小。通过与黄河上游河道中水内冰演变计算结果对比,验证了模型的可靠性。

不同型式110 kV支柱绝缘子自然积污特性分析

支柱绝缘子在电力系统中被广泛应用,研究支柱绝缘子积污规律对预防污闪事故的发生、保证电力系统的稳定运行有着重要意义。为此选取了3种不同型式的110 kV支柱绝缘子在冀北秦皇岛、湖南株洲以及宁夏石嘴山进行了为期1a的自然积污试验,分析了支柱绝缘子结构型式以及积污地点地理气象差异对支柱绝缘子表面自然积污的影响,并建立了支柱绝缘子流体力学仿真模型,进一步对支柱绝缘子型式和积污地点地理气象差异对表面积污的影响进行了研究。研究表明,支柱绝缘子伞径的增大会使得表面积污严重且上、下表面积污比偏大;支柱绝缘子上、下表面积污不均匀程度与积污地点风速、气流倾角有关,而表面积污程度随入口污秽体积分数增大而增长;自然积污试验结果与仿真计算结果基本一致。

基于小尺度数值模型的海底滑坡运动敏感性分析

开展海底滑坡运动特性研究是深水陆坡区滑坡地质灾害认识与防治的基础,建立了基于非牛顿流体欧拉-欧拉两相流理论的小尺度海底滑坡数值模型。在与实验数据和BING程序结果对比验证的基础上,模拟分析海底滑坡的一般运动规律及特性,并同无水条件下的滑坡模拟结果进行了对比。结果表明:环境水的存在可引发"滑水"现象,延长滑坡运动时间,增加运动距离,但端部最大峰值速度相对无水条件时较小;滑坡体物质组成、地形坡度、初始速度、初始厚度等因素,对最终的运动距离有较大的影响;滑坡体在运动过程中因扰动、混水而导致的屈服强度和粘滞系数的不断降低是海底滑坡长距离运动的主要原因。

连续管反循环冲砂过程的磨损研究

针对连续管反循环冲砂解堵过程中颗粒对管壁造成的磨损问题,采用欧拉-欧拉两相流模型,选择了新的磨损模型并自编对应的用户自定义函数(UDF)接口程序,对水平井斜井段两相流进行了数值计算,研究了不同颗粒体积分数、流体流速、颗粒大小及流体黏性时液固两相流对壁面磨损的影响规律。研究结果表明:高颗粒体积分数下的磨损机理为以磨蚀为主,冲蚀为辅;磨损主要发生在连续管内的外曲率半径处,且无论两相流的流速、颗粒体积分数、颗粒大小及流体性质如何,最大磨损率均发生在斜井段入口附近;流体排量越大,磨损越严重,当排量从200 L/min增加到600 L/min时,最大磨损率从6.06×10^-11m/s增加到2.15×10^-10m/s。所得结果可为减轻连续管磨损及预测连续管寿命提供理论支持。

污秽颗粒在腕臂绝缘子表面分布规律仿真分析

为解决兰新高铁接触网腕臂绝缘子污闪问题,研究腕臂绝缘子表面积污规律对预防污闪事故发生、保证牵引供电系统安全运行有重要意义。以FQB-25/12型腕臂绝缘子为研究对象,利用欧拉两相流建立积污仿真模型,以污秽颗粒的体积分数为表征参数,分析颗粒浓度、风速、颗粒粒径及来流角度4种因素对绝缘子表面污秽分布的影响。研究结果表明:绝缘子表面污秽体积分数随空气中污秽浓度呈线性增长;随风速的增大,迎风面污秽体积分数迅速增大,背风面污秽体积分数增长较缓慢;随颗粒粒径增大,迎风面污秽体积分数明显增长,背风面污秽体积不断减小;来流角度在?45°到45°变化时,对于大伞裙,上表面污秽体积分数不断减小,下表面污秽体积分数不断增大,对于小伞裙,上下表面积污程度随来流角度与大伞裙相反。

多段翼型结冰数值模拟研究

文章采用计算流体力学方法对多段翼型进行了结冰数值模拟研究。应用多块网格技术生成多段翼型网格。引入水滴流场的概念,通过求解空气-水滴两相流场的欧拉方法,获得翼型表面水滴收集特性。流场采用有限体积法及LU-SGS隐式时间推进数值求解,运用流场分区求解算法,完成了多段翼型绕流流场及水滴流场的数值求解。建立了冰层的法向增长模型,对冰形进行了预测。

风力机叶片结冰水滴收集系数计算

针对风力机叶片结冰问题,采用欧拉两相流模型和FLUENT用户自定义函数(user defined function,UDF)计算NACA64618翼型/叶片的水滴收集系数。结果表明:水滴主要撞击在翼型前缘小范围内。随着攻角增大,水滴撞击极限往翼型压力面移动。受三维效应的影响,叶尖区域水滴收集系数急剧减小,减小量最大可达59.6%。

XHP-160绝缘子积污特性仿真分析及试验验证

输电线路绝缘子污秽闪络事故影响电力系统的稳定运行,虽然采取了不同程度的防污闪措施,但是污闪事故时有发生。为掌握绝缘子的积污规律,从而指导输电线路外绝缘的防污工作,有必要对绝缘子的积污特性进行研究。采用欧拉两相流法建立了绝缘子积污仿真模型,计算了绝缘子表面的静压以及绝缘子周围流场速度矢量。通过数值仿真研究了绝缘子表面的污秽分布,及其受风速的影响情况,然后开展了以真型绝缘子为对象的风洞积污试验。研究表明,绝缘子表面静压以及绝缘子周围的流场状态影响污秽颗粒在绝缘子表面的集聚情况;污秽在绝缘子表面呈现不均匀分布;风速对绝缘子表面积污影响显著,绝缘子表面不同部位的积污随风速的变化有不同的变化规律;风洞试验的结果为仿真分析的合理性提供了良好的佐证。

铁路路堤周围的风沙分布特征及堆积过程

风沙地区的铁路面临风蚀和沙埋两种危害,严重影响着线路的正常运行.基于欧拉两相流模型,建立了铁路路堤风沙流运动的三维数值模型,分析了路堤周围的风沙流分布特征,研究了沙粒的堆积过程.结果表明:路堤周围流场速度分布沿着风速方向变大,且在迎风坡坡肩处最大值增加了25%;沙粒在铁路路堤堆积的过程可分为路堤坡面积沙阶段、路堤顶面积沙阶段、路堤坡面积沙滑落阶段、路堤坡脚积沙阶段;风沙流速度提高时,路堤顶端最大积沙体积分数增加且积沙区域增大.

深海采矿循环式水力集矿系统设计与数值研究

为使深海采矿作业更为高效、环保,提出了一种用于深海采矿的循环式水力集矿系统设计方案。该系统主要由集矿头、矿—沙分离器、水—沙分离器、水泵以及连接各部件的管道组成。采用基于欧拉法的液固两相流计算模型对该系统的关键问题,即矿—沙分离器和水—沙分离器的泥沙颗粒流动进行数值研究。相间拖曳力采用Richardson-Zaki模型。液相与固相湍流分别采用标准k-ε模型和Tchen湍流响应模型。该模型经验证对于直径0.165 mm与0.27 mm细颗粒具有较高精度。利用该模型,以0.165 mm泥沙颗粒为例,得到了两种分离器的分离效果与入口流速之间的规律,分析了两者颗粒浓度分布与流场特征。结果表明,两种分离器的性能均与入口流速有关,在选取适当入口条件时均可取得良好效果。

液滴与壁面碰撞模型研究

液滴在运动过程中与壁面发生碰撞后会发生破碎、反弹、附着等现象,这取决于液滴的尺寸、入射速度和角度,以及壁面的粗糙度、温度等因素.为了研究这个问题,在考虑以上因素的基础上,建立了液滴与壁面碰撞模型,并结合欧拉-拉格朗日两相流模型,分别对单液滴、水滴与壁面碰撞的情况进行了数值模拟.计算所得的结果与预期相同,并且与试验结果也吻合得较好,从而证明了所使用的液滴与壁面碰撞模型的正确性和合理性.

挡板结构对陶瓷干法造粒室内粉体混合效果的影响

为研究干法造粒室中挡板结构对粉体混合效果的影响,通过构造欧拉两相流模型模拟粉体与空气的相互作用,采用k-epsilon RNG离散模型模拟湍流情况,采用滑移网格法和多重参考坐标系法分别求解动区域和静区域流场,分析了在造粒室内分别加装三种结构的挡板后对颗粒体积分数和速度场的影响。结果表明:当挡板横截面分别为长方形、三角形和半圆形时,颗粒体积分数径向云图显示体积分数小于0. 31的面积占比分别约为26%、18%、2%;体积分数大于0. 37的面积占比分别约为1%、15%、27%;颗粒速度大于0. 54 m/s的面积占比分别约为45%、20%、40%;颗粒轴向速度大于0. 4 m/s的面积占比分别约为80%、40%、35%。该结果显示长方形挡板造粒室更有利于促进粉体混合,提高粉体流动性。