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。

基于欧拉-欧拉方法的细长管道内磨粒流加工数值模拟研究

以CFD理论和仿真软件为基础,建立了基于欧拉-欧拉方法的流体仿真计算模型,开展了不同管型的细长圆管磨粒流抛光加工过程的模拟研究.以Preston方程为评价依据,分析了磨粒粒径、流体介质对抛光效果的影响规律,得到了不同磨粒流参数下的圆管内壁抛光程度沿圆管轴向的变化趋势.其次,根据所建立的仿真计算模型得到了流体相和固体相对圆管内壁磨削效果的差异化特性,分析了在流道局部突变位置流、固相产生较大差异的原因.最后,通过改变磨粒流入口温度,得到了温度分布云图和不同温度下的抛光特性曲线,为细长型流道工件的磨粒流加工提供了改进和优化方向.

风雪共同作用下大跨度双曲屋盖数值模拟研究

“风致雪漂”运动可能会造成建筑物倒塌,威胁到人身财产安全,因此风雪的共同作用在设计大跨度结构时是不能忽略的。本研究采用欧拉-欧拉方法,基于k-kl-ω湍流模型,选择的大跨度双曲屋盖结构的投影形状有4种,分别为矩形、正方形、椭圆形以及圆形,研究在风雪流共同作用下风向角不同时这4种结构屋盖表面的风致积雪压力系数曲线图和积雪分布系数云图,并进行了对比分析,得到积雪分布规律。结果表明:风致雪漂作用下4种形状屋盖结构表面风致积雪压力系数比单独风作用下的平均压力系数大;4种屋盖结构表面的风致积雪压力系数最大值出现的位置不同;风向角对屋盖表面的风致积雪压力有很大影响,当风向角不同时,屋盖表面压力从大到小的排列顺序依次为矩形、椭圆形、正方形和圆形屋盖。

大跨度椭圆形双曲屋盖风驱雨压干扰效应

基于欧拉-欧拉方法,依托数值模拟平台,对大跨度椭圆形双曲屋盖结构进行干扰效应的风驱雨压分布特性研究。在施扰建筑的干扰作用下,通过控制两建筑之间的不同高度差、不同间距、不同风速,研究大跨度椭圆形双曲屋盖表面风驱雨压分布特性规律。随着两建筑之间的高度差增大,屋盖表面压力系数值减小,当高度差为0时,目标建筑的屋盖所受到的压力最大;两建筑之间的间距对屋盖表面风压有一定的影响,迎风前缘的一部分屋盖受吸力作用,其他区域均为压力作用;风速对屋盖两侧的压力影响较大,屋盖两侧所受到的压力随着风速增大而增大,且屋盖纵向两端的压力最大。

大跨度双曲屋盖结构表面风驱雨压力分布研究

强风来临时常常伴有强降雨,雨滴在风荷载的作用下会对结构产生较大的撞击力,并产生了风驱雨作用,加剧了结构所受荷载。但荷载规范中对大跨度屋盖结构的抗风雨设计值尚未给出明确规定。本文采用数值模拟的欧拉-欧拉方法,研究了正方形、矩形、圆形、椭圆形等四种常见大跨度双曲屋盖表面在风驱雨作用下的平均压力分布,并与已有风荷载作用的风洞实验结果进行了对比。研究发现:风雨作用下最不利双曲屋盖投影形状为正方形,其次为矩形;在风雨联合作用下双曲屋盖表面平均压力受到雨压力、风吸力、风压力共同作用,且都是屋盖前端处平均压力系数较大,变化梯度较大。研究得到了不同双曲屋盖风驱雨作用下的平均压力系数及其变化规律,为类似结构的抗风雨设计提供了参考。

风雨联合作用下风向对大跨度悬挑屋盖的压力分布影响研究

强降雨通常伴有强风作用,风向成为影响结构表面压力分布的重要因素之一。目前大跨度挑檐屋盖设计基本只考虑垂直于结构表面的单独雨荷载作用,对风雨联合作用下建筑表面压力分布研究甚少。研究风雨联合作用下,不同风向对大跨度悬挑屋盖表面的压力分布影响特性。基于数值模拟平台,采用欧拉-欧拉方法,模拟得到了不同风向工况下大跨度悬挑屋盖结构表面平均压力分布规律,并研究得到了一次自然降雨过程中最不利抗风雨位置,对相应大跨度悬挑结构设计提出了有益参考。

雾化治疗中气溶胶在深层肺泡输运特性的数值模拟

目的基于计算流体动力学的方法,模拟计算单个肺泡中的气体与气溶胶颗粒输运情况,研究深层肺泡内气体流动和气溶胶颗粒输运特性。方法采用一端有周期性扩张/收缩半球形壁的长直导管作为单一肺泡及肺泡管的简化近似,建立二维数学模拟模型。考虑呼吸气体在半球边界上的扩散,采用欧拉-欧拉方法对肺泡管中气体以及气溶胶颗粒的输运方程进行求解。结果整个呼吸过程中,管道中空气的成分比率以稳定的周期方式随时间变化。气溶胶在管道输运主要依赖于颗粒的扩散系数,平流输运只有微小的影响。气溶胶颗粒尺寸减小时,气溶胶的扩散速度与深度均有提高,粒径小于4μm时该现象尤为明显,且呼吸频率和幅度的增大可以显著提升颗粒的输运能力。结论雾化治疗中,粒径较小的气溶胶颗粒可以增强药物扩散速度。深呼吸有助于提升颗粒的输运效果,治疗中应鼓励患者深呼吸。

燃油直接喷射入横向气流中雾化机理数值研究

采用商业软件Fluent对燃油直接喷射入横向气流中的破碎雾化过程进行数值模拟,选用欧拉-欧拉方法中的VOF(volume of fluid)耦合level-set方法模拟气液两相流动.数值模拟了横向气流中燃油直接喷射射流破碎雾化过程及其相应流场信息,分析了流场结构对液柱破碎雾化过程的影响,获得了横向气流中射流破碎点位置以及射流穿透深度,并与试验数据进行了对比.数值计算结果表明:1采用VOF耦合levelset算法能够较好地模拟射流喷入横向气流中燃油破碎雾化过程;2由于反向旋转的涡对的存在,使得液膜和液滴沿着展向(y向)输运,对于液滴的二次雾化起到促进作用;3射流液柱总是在喷嘴下游约8倍直径处开始破碎,且破碎点位置取决于喷嘴几何特性.