基于欧拉-欧拉方法的气液两相流数值模型发展综述

深海油气多相混输系统内部油气混输本质上是一种高压高含气率的气液两相流问题。现如今多采用欧拉-欧拉方法对该问题进行数值研究,然而该方法的准确性依赖于相间力模型与群体平衡子模型的构建与选择。因此,本文对现有的相间力模型进行了总结,主要包括曳力、升力、壁面润滑力、湍流扩散力、虚拟质量力,并对相关模型的理论与发展进行了阐述,总结了压力以及高含气率下泡群对相间力模型的修正方法。此外,考虑到高含气率工况下气泡与气泡之间的相互作用,针对气泡群体平衡模型进行介绍,对气泡的破碎与聚并模型进行了梳理,总结了高压情况下群体平衡模型的修正思路。以期对深海高压高含气率环境下的气液混输模拟计算提供借鉴。

用PLM格式和欧拉-拉格朗日模型计算喷管内气粒两相流场

采用自适应网格和二阶精度Godunov型PLM格式,结合欧拉-拉格朗日模型,计算了粒子不同负载比和不同尺寸时喷管内的气粒两相流场。计算结果给出了两相流场在喷管内和轴线附近的参数分布,发现尺寸较大颗粒在喷喉下游轴线附近会形成弥散激波,使喷管出口截面上的参数呈现出不均匀性,弥散激波的区域随着负载比的增加而扩大。

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。

基于双欧拉模型的流化床气固两相流场数值模拟

为解决低流化风速下采用Syamlal-O’Brien曳力模型计算流化床内流化过程误差较大的问题,选择曳力模型预测初始最小流化条件,结合实验数据,修正Syamlal-O’Brien曳力模型,并采用双欧拉模型对均匀床内低速气固两相流场进行数值计算.结果表明:修正Syamlal-O’Brien曳力模型计算结果略小于实验结果,最大相对误差为4.4%,但轴向压降变化趋势相同,能够满足工程实际要求,可以描述低速气固两相流动相互作用物理过程.

基于欧拉-拉格朗日方法的空化模型改进与应用

针对现有空化模型经验参数较多影响预测精度的问题,提出改进的空化模型。采用欧拉-拉格朗日方法模拟不凝性气体与空化气泡的融合过程,得到气泡数密度与液体体积分数的关系。结合气泡在液体中的力平衡状态和气体状态方程,得到气泡半径的表达式。基于简化的Rayleigh-Plesset方程建立空化模型,将不凝性气体摩尔浓度确定为唯一需要指定的参数。最后,将改进模型和ZGB模型应用于节流孔板和文丘里管,并与文献中的实验结果进行对比。结果表明:改进的空化模型能准确地预测空化流,并且对于非定常空化流,可以捕捉到空化初生、发展、分离、脱落和溃灭的周期性过程。

基于欧拉-欧拉模型的落煤塔控尘技术研究

针对目前露天落煤塔区域粉尘治理技术中存在的缺陷,提出"内吸外抑"的综合除尘技术。以平朔安家岭煤矿为例,根据落煤塔区域粉尘污染情况,应用气固两相流理论欧拉-欧拉模型,结合现场实测,分析落煤塔粉尘逸散过程。结果表明:高压诱导气流是落煤塔喷尘污染的主因。基于此,最终确定采用塔外高架梁上外喷雾方式和塔内设喷淋塔除尘系统的"内吸外抑"综合除尘技术。实际测试数据表明,采取该技术后全尘和呼吸性粉尘降尘效率分别达到98%和84.6%。

基于欧拉-欧拉模型的气固鼓泡床数值模拟研究

通过基于颗粒动力学的双流体模型对气固流化床进行了数值模拟,分析考察了不同曳力模型、颗粒弹性恢复系数及计算时间步长等对床内混合及气泡的影响。数值计算结果表明:采用不同气固曳力模型会得到不同的气泡直径大小;对于同一曳力模型,随着颗粒弹性恢复系数的增加,床内流态化程度会加剧,计算时间步长增加,计算所得床内气泡直径略有减小。

基于修正剑桥模型的软黏土中沉桩过程欧拉-拉格朗日耦合模拟分析

利用CEL(Coupled Eulerian-Lagrangian)有限元大变形方法模拟了不排水条件下软黏土中沉桩施工对桩周土体的影响.利用有效应力的方法实现了修正剑桥(MCC)模型Vumat子程序中超孔压的计算,通过与室内土工试验(一维压缩试验和三轴试验)结果对比证明了子程序的可靠性.将修正剑桥模型的Vumat子程序嵌入到Abaqus/Explicit的CEL方法中用于软黏土中沉桩效应的模拟分析.对计算得到的桩周土体流动、水平位移、超孔压、水平应力的分析表明,所采用的考虑孔压的CEL数值分析方法可以较好地模拟软黏土非排水条件下沉桩效应问题.

高浓度固-液两相流紊流的动理学模型

采用分子动理学方法,基于固-液两相流液相分子或颗粒相颗粒的Boltzmann方程,对Boltzmann方程分别取零矩和一次矩,则得到高浓度固-液两相流紊流的连续方程和动量方程,再和较成熟的低浓度两相流连续方程和动量方程比较,取低浓度两相流控制方程中较成熟合理的有关项和高浓度时由动理学方法推导出的颗粒间碰撞项,则得到高浓度固-液两相流紊流的最终控制方程:连续方程和动量方程.

阵性泥石流运动与堆积的欧拉-拉格朗日模型──Ⅱ.应用

采用文献［１］中提出的阵性泥石流运动与堆积的欧拉－拉格朗日模型，模拟了阵性泥石流的运 动过程和堆积形态，得出了与地学研究中观测结果较为一致的认识．文中针对影响阵性泥石流的关 键条件，重点通过改变密度、坡度和各阵泥石流的时间间隔等参数，分析了这些参数变化对泥石流 运动及堆积规律的影响，提出了简化分析整个阵性泥石流的条件。研究表明，应用经试验资料验证 的数学模型不但可以方便、快捷地定量描述阵性泥石流的一般特性，而且能够提供关于阵性泥石流 运动及堆积的更多细节。

6-PSS并联机器人动力学模型的牛顿—欧拉方法

给出了动平台的速度、加速度与各个构件的速度、加速度之间的关系,以牛顿—欧拉法为基础,对6-PSS并联机构各个杆件和动平台分别建立牛顿—欧拉方程,并消去其内力,以动平台为研究对象导出6-PSS并联机构动力学方程的开式和闭式形式,最后进行了数值仿真,给出了动平台做一定曲线运动时各驱动力的变化曲线。为基于动力学的控制奠定了基础。

基于欧拉-拉格朗日模型的模块化多电平换流器的无源控制

为了均衡MMC各个子模块的电容电压,在采用载波移相调制方式的基础上,对传统的电容电压平衡方法进行了改进。通过在排序前依据桥臂电流方向引入不同的保持系数,使欲投入的子模块保持原来的状态,降低了开关器件的开关频率。对于MMC的控制,基于MMC两相旋转d-q坐标系的欧拉-拉格朗日EL数学模型和无源性,通过阻尼注入方法,提出了一种由状态期望稳定平衡点、状态及状态误差设计无源控制规律的新方法,并用该方法设计了无源控制器。该控制器可实现MMC-HVDC系统有功功率和无功功率的解耦控制,使MMC具有较好的动静态性能。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平MMC-HVDC系统的仿真模型,仿真结果表明,改进的电容电压平衡控制方法和无源控制器是有效的。

基于希尔伯特-黄变换和隐马尔可夫模型的气液两相流流型识别方法

为了研究垂直上升管中的气液两相流的流型,利用自制的多电导探针的测量系统采集了四种典型流型的电导波动信息。由于气液两相流电导波动信号的非平稳特征以及神经网络学习收敛慢等问题,提出了一种基于希尔伯特-黄变换(hilberthuang transform,HHT)和隐马尔可夫模型(hidden markov model,HMM)的两相流流型识别方法。该方法首先将信号经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)后的固有模态函数(IMFs)进行希尔伯特变换得到其幅值能量,并将其作为特征向量,输入到已经训练完毕的各状态HMM中,实现了对气液两相流的流型识别。实验结果表明:该方法能很好的识别垂直管内的4种流型,而且优于BP神经网络,从而为流型识别开辟了一条新的途径。

用非线性k-ε-k_p两相湍流模型模拟旋流两相流动

建立了两相湍流的代数应力模型 ,并由此出发 ,导出非线性k ε kp 两相湍流模型 ,目的是合理地模拟各向异性较强的旋流两相流动 ,保持二阶矩模型的优点 ,同时比二阶矩模型简单 .文中得到了气相、颗粒相的雷诺应力和两相脉动速度关联的非线性应力应变关系式。这些代数式和两相各自的湍动能k ,kp,以及两相脉动关联湍动能kpg的方程联立 ,就构成非线性k ε kp 模型 .将该模型用于模拟旋流两相流动 ,给出两相时均速度场及雷诺应力各分量 ,并且将模拟结果和实验数据以及二阶矩模型的模拟结果对照 .研究结果表明 ,该模型预报旋流两相流动的能力和二阶矩模型的能力相差不多 。

螺旋管内气-液两相流截面含气率试验研究和理论模型

Between 0.1 and 0.6 MPa, there are the experimelltal investigation and theoretical modelon void fraction of air-water two-phase in belieal-coiled tubes in this paper. According toexperimental datum, the correlation maps for adverge value of void fraction and volumetricvoid fraction in three different belieal-coiled tubes are achieved.By means of theoretical models, the correlation formulas for calculating the average void fraction of main flow patternsare obtained, the experimental results agree qualita tively with the calculated results.

基于欧拉-拉格朗日法的细水雾消烟模型研究

细水雾水幕在隧道火灾中具有较好的控烟阻烟作用,针对目前细水雾阻烟数值模拟研究中并未考虑细水雾的捕集沉降作用,依据气溶胶动力学原理,考虑细水雾的惯性碰撞、拦截效应和扩散效应捕集机理,基于欧拉-拉格朗日方法构建细水雾降温消烟模型,并对狭长通道内细水雾降温消烟实验进行模拟仿真,结果表明:模拟结果与实验高度吻合,能见度稳定在9 m左右,消烟模型对细水雾降温效果的影响较小,但在消烟过程中起到关键作用,不考虑消烟模型时,能见度仅为5 m,模拟值低于实验值约45%,表明该模型能够有效表征细水雾对烟气的降温、阻隔和消烟作用.

正则化相场格子玻尔兹曼两相流模型

目前,基于相场理论的格子玻尔兹曼(lattice Boltzmann,LB)模型已经被广泛应用于气-液两相流流动问题中.为了提高已有相场LB模型的数值稳定性,提出了一种新型的正则化相场格子玻尔兹曼模型(regularized lattice Boltzmann model,RLBM)用于模拟大密度比和大黏度比的气液两相流动.该模型由界面追踪和流场求解两个核心模块构成,其中界面变化采用守恒型Allen-Cahn (A-C)相场方程控制,流场演化则通过不可压NavierStokes (N-S)方程控制.首先,构建了两个正则化格子玻尔兹曼方程(lattice Boltzmann equation,LBE)分别获取流场信息和相场信息.与标准的单松弛模型不同的是,提出的模型在演化方程的碰撞项中引入了非平衡态的预前碰撞函数,且该预前碰撞项仅与宏观量有关.通过Chapman-Enskog (C-E)多尺度展开分析,证实了所提出的模型能够准确地恢复到宏观流场控制方程和相场控制方程.进一步地,为了验证本模型的有效性,模拟了4个两相流典型算例,包括静态液滴、Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性问题、气泡上升和单个液滴撞击液膜.数值结果证实了提出的模型能够准确地模拟大密度比、大黏度比、大雷诺数下的气液两相流流动问题.更重要的是,相较于传统的相场单松弛模型在小的迁移率(θ_(M)<2.0×10^(-2))下就会诱发数值方法不收敛的问题,提出的模型在模拟迁移率较小(θ_(M)=1.0×10^(-6))的复杂两相流动时表现出更好的稳定性,能够更准确地刻画界面流动,捕捉界面形态.

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.

旋流-静态浮选柱管流段的两相流数值模拟

对旋流-静态微泡浮选柱的管流段进行了三维气液两相数值计算,并对其长度进行了优化,计算结果和工业试验的结果一致。结果表明:欧拉多相流模型可以较为准确地计算管流段的气-液两相流动;鉴于管流段的细粒级入料特性,使用紊流动能k来定性地评价此单元在不同长度下矿化效果的方法是可行的;管长不影响紊流动能k的极大值,总紊流动能值和管长成对数关系,前期增长幅度较大,延长至一定长度后紊流动能增加不明显,对研究对象管长取2.5 m较为合适。在铝土矿浮选的工业试验中,管段长度从0.3 m延长至2.5 m后,氧化铝的回收率提高了2.79%。