水气两相流系统K-S-P模型参数反演的最优估计

应用渗流力学和参数反演辨识最优化理论,建立了水气两相流控制方程,给出了控制两相流系统K-S-P模型参数之间的本构关系,并对其中的相关参数进行数值反演辨识,得出待求参数的最优估计值。对不同质地土壤的实验测试值进行对比分析,其结果吻合较好,验证了模型的适定性和可靠性,解决了实验数据处理以及结果对初值的敏感性问题,并且该数值方法可通过多组初值参数进行数值实验,结合实验结果来满足实际工程的需求。这不仅对非饱和带内污染物传输、气藏工程试井计算、填埋气体的释放以及挥发性有机污染物的去污分析中两相流数值计算提供基础,而且对K-S-P本构关系之间参数的确定提供了可靠的理论依据。

密相液固两相湍流K-ε-T模型及其在管道两相流中的应用

为了准确预测密相液固两相湍流流动 ,建立了 K_ε_T模型 ,推导了控制方程组· 利用该模型对竖直上升管中的密相液固两相流动进行了数值模拟 。

用水气两相流数学模型计算明流长隧洞通气量

结合工程实例 ,利用水气两相流数学模型计算明流长隧洞的通气量 .计算结果表明 :该模型具有良好的模拟能力 ,能适应不同的工程布置和运用条件 ,运用该模型计算通气量具有较高的精度 .通过数值计算揭示了通气量随隧洞运行条件的变化规律 ,为工程设计、施工提供有关的参考依据 .

三维k-ε-A_p模型在固液两相流时均运动特性研究中的应用

固液两相流运动特性是水动力学中的一个研究热点。本文建立的三维k--εAp两相湍流模型首先研究了模型中颗粒相的两个控制参数对数值结果的影响,然后讨论了不同的颗粒平均粒径、水流流速与颗粒材料密度等三种情况下固液两相流的时均运动特性。数值计算结果和试验实测结果吻合良好。

泄洪竖井内水气两相流特性数学模型适宜性研究

为明晰数学模型对泄洪竖井内水气两相流模拟的适宜性,以公伯峡水电站泄洪竖井为例,结合模型试验结果,研究了3种不同数学模型对环形掺气坎下部竖井内流态、压强、流速、通风量、掺气浓度等特性模拟的适宜性。结果表明,局部-VOF模型适宜于模拟竖井内空腔区和水气混掺区流态、环状空腔长度和断面掺气浓度;局部-混合模型能较好地模拟水气两相流衰减,因而对水气掺混区下部壁面压强和流速的模拟具有较好的适宜性;整体-VOF模型对环形通气孔通风量的模拟效果较好,可为通气孔的设计和风速的计算提供有益参考。可见针对泄洪竖井内的不同参数,应灵活选用不同的数学模型进行模拟。

输水暗涵水气两相流数值模拟

本文建立了耦合VOF法的三维非稳态水气两相流k-ε模型,同时考虑了沿程壁面粗糙度的影响。结合南水北调东线一期工程济南段进行了输水暗涵水气两相流数值模拟。首先与水工模型水深和流速分布的试验结果进行了对比分析,吻合较好;其后重点分析了实际工程中输水暗涵下卧段的流场情况,结果表明:下卧段入口和出口处水流过渡较好,与下卧段水工模型试验观察到的现象一致;在过流断面上,流速是非均匀的。此外还模拟得到了输水暗涵沿程水深分布情况,总体上水深呈下降趋势。

水气两相流分段分模型数值模拟方法研究

为了更准确地分析水平旋流内消能泄洪洞阻塞扩散段水流特性,采用理论分析、数值模拟与试验研究相结合的研究方法,以旋流阻塞扩散段至气体溢出段为研究对象,重点针对试验研究中难以对泄洪洞内部进行观测的问题,开展水气两相流分段分模型数值模拟方法研究。研究结果证明:Mixture模型和VOF模型在旋流区、水气掺混区和气体逸出区分类运用的可行性,且采用分段分模型和单模型数模结果相比表明,分段分模型数值模拟与试验结果更吻合。此外,数模仿真过程选取相对稳定的旋流均匀段作为进口边界,相对稳定压强作为出口边界的边界条件正确性得到验证。

长距离无压引水隧洞水气两相流数值模拟

采用计算流体力学软件STAR-CD的水气两相流耦合VOF法的三维标准k-ε紊流模型对长距离无压引水隧洞进行了模拟计算。计算中引入考虑糙率影响的壁面函数,并用PLIC方法对水气交界面进行了重构。通过与引额济乌一期工程尾部调节水库泄水洞模型试验结果的对比表明,计算结果与实测数据基本吻合,说明所采用的数学模型是可行的。应用此模型对新疆八十一大坂长距离无压引水隧洞水气两相流进行了模拟,结果表明长距离无压引水隧洞在隧洞进口处出现水流扰动区,在主支洞交汇处出现水流漩涡区,在隧洞出口处出现水流突变区,并分析了隧洞沿程过水面积、空气流量以及支洞补气量的变化规律。

气液两相流理论在明渠水气界面计算中的应用

采用一维水面线计算方法确定断面和比降频繁变化、同时受下游回水影响的渠道水气界面位置往往产生较大误差。本文采用了两相流理论中三维相间界面计算模型—— VOF模型模拟计算断面和比降频繁变化、受下游回水影响严重的渠道水气界面。实例资料的验证表明 ,VOF模型可以完全考虑渠道在三维空间上的变化以及下游回水的影响 。

水工水气两相流的数值模拟

建立了一种新的水气两相紊流数学模型 ,其中对流速、气体质量分数以及紊动特征量采用了质量加权的时间平均 ,对雷诺应力采用代数应力方程模拟 ,对气体质量分数的脉动通量采用涡粘性概念模拟 ,气体质量分数由其控制方程求解。通过对明渠掺气水流和水垫塘掺气射流的数值模拟表明 ,计算结果与实验结果符合较好 ,同时 ,计算的时间和收敛性也较好。

水沙两相流ASM模型在浑水异重流计算中的应用及模型试验研究

挟沙水流与清水相遇时,由于前者的密度比后者大,在条件合适的时候,挟沙水流就会潜入清水底部继续向前流动,形成浑水异重流,是泥沙运动的一种特殊形式,特别是在水库的泥沙设计及运行排沙方面需要进行深入的研究。基于水沙两相流理论,将含沙浑水作为一相均匀流体处理,引入相间滑移速度的概念,建立混合相连续方程、动量方程、第二相的体积分数方程和相间相对速度方程的ASM(Algebraic Slip Mixture)两相流模型,并耦合求解水动力学计算的标准k-ε方程组。还介绍了针对异重流研究设计的多相流试验水槽及模型试验方法,对ASM模型计算的结果进行试验验证并分析模型适用条件。结果表明:该模型可以对异重流潜入,前锋形态及推进速度进行有效模拟;对Re数大于2000及含沙量高于1 kg/m3的异重流条件可以进行较精确的模拟。研究为深入了解水库、湖泊及河流入海口水沙异重流问题提供了新的途径。

三维湍流气粒两相流的k—ε—k_p模型

本文用气粒两相流双流体模型,气相湍流的k-ε模型及颗粒湍能k_p输运方程模型,即k-ε-k_p模型,对大速差射流燃烧室内三维回流湍流气粒两相流动进行了模拟,给出了各纵剖面内气相及颗粒时均轴向速度分布、气粒两相各自的湍流强度分布、颗粒轴向质量流分布及各横截面内气粒两相时均周向速度分布。预报结果与激光多普勒仪测量结果定性上类似,特别是正确地预示出实验中观测到的流场某些区域内颗粒湍流度大于气相湍流度的现象,又一次表明,全面计及颗粒湍能输运过程的模型比经典的局部追随的颗粒湍能代数模型更合理。

两相湍浮力分层流k-ε模型

将研究精细的两相湍浮力分层流预报模型作为目标，广泛地涉及了两相湍浮力分层流精细模拟的理论和方法．以通用的ｋ－ε湍流模型为基础，考虑了浮力对紊动的影响，建立了两相湍浮力分层流的ｋ－ε模型，对存在速度和密度分层的湍浮力流动进行了数值模拟．计算结果正确地反映了分层及紊动特征。

基于Fluent的水气两相流的数值模拟

在水利工程中，因水流水头高、流速大、紊动强、水流表面或过流边界突变．造成大量的空气掺入水流中．形成水气两相流．称之为掺气水流。随着计算机技术的迅速发展．计算流体力学的数值模拟技术有了很大发展．本文以Fluent6．2软件为基础．采用标准紊流模型．对明渠水气两相流进行了数值模拟研究．

基于改进型SVM算法的气液两相流持液率计算模型

气液两相流持液率的精准计算对于流型识别、管道腐蚀评价与预测以及输气管道输送效率计算等方面的研究具有重要的意义。目前,国内外专家学者建立的持液率计算模型适应范围有限,缺乏一套适应于不同工况条件的持液率计算模型。本文首先统计分析了国内外不同专家学者共2123组实验研究数据,构建了丰富的室内实验数据库;再选定支持向量机(SVM)对数据进行训练和回归预测,为了提高算法的可靠性,采用K-交叉验证(K-CV)、遗传算法(GA)以及粒子群优化算法(PSO)对SVM算法的惩罚因子c和核函数参数g寻优过程进行优化,分别建立了K-CV-SVM、GA-SVM、PSO-SVM模型,综合考虑计算精度和稳定性,最终优选了GA-SVM作为持液率计算模型的核心算法。将该模型与Eaton、BB、MB、BBE等经验关系式模型进行了计算精度对比分析,结果显示:建立的持液率计算模型在上倾管、水平管以及下倾管中都具有比经典模型更佳的计算精度。本文基于GA-SVM算法建立的持液率计算模型计算精度高、稳定性强、适应性广泛,可满足不同工况条件下持液率计算的需求。

产水气藏气液两相管流动态规律研究

由于气液两相流流型的多变性和流动机理的复杂性,需要建立适用于任何流动条件的压降模型。目前工程常用的两相流压降模型主要是基于圆管流动实验数据得到的,其适用条件均具有一定的局限性。对于含水气井,其气水比一般比油井高得多,而且水和油物性差异大,气水两相流液体滑脱严重。现有的两相流压降模型用于气井压降预测时误差较大。因此对其进行了修正,给出了修正曲线。依据气水两相流实验,深入研究了气水两相上升流流动机理及特性参数变化规律,在现有气液两相流压降模型基础上探讨了适用于产水气井的H-B修正模型,应用现场资料对该模型进行的评价和验证表明,提高了预测产水气井压降分布的准确性,更符合实际情况。

绕平板气液两相流数值计算方法

为探究现行多相流模型和湍流模型对通气两相流动的适应性及所体现的数理本质,选取典型的绕平板气液两相流为研究对象,通过对比不同多相流模型、湍流模型对绕平板气液两相流的数值计算结果与实验结果,建立了适用于绕平板气液两相流的数值模型.结果表明,基于单流体理论的Mixture多相流模型忽略了流场内客观存在的气-液相界面,计算结果不能真实反映实际流动现象,与实验结果不符;Level Set方法由于考虑了气液界面的表面张力的影响,能合理反映气液界面波动的特性,可以获得和实验较为一致的计算结果;滤波器湍流模型在标准k-g模型的基础上,通过对湍流黏性项的修正,降低了计算流场中的湍流黏度,可以更精细地描述与时间相关的气液多相复杂流动现象,进而有效提高对非定常流动计算过程的预测精度.

水平方管内固液两相流运动特性数值模拟

将周力行建立的k-ε-kp两相湍流模型引入固液两相流的研究中,对水平方管内挟沙水流固液两相的时均特性、脉动特性以及颗粒密度分布进行了数值模拟。将计算结果与k-ε-Ap模型、动理论计算结果以及物理模型试验观测结果进行了比较,发现k-ε-kp模型数值计算和物理模型试验观测结果的一致性较好;和k-ε-Ap模型相比,由于考虑了颗粒相的湍动特性在固液两相流中的作用,k-ε-kp两相湍流模型可以得到颗粒的脉动速度分布;和动理论相比,k-ε-kp模型无法准确地预测固相的垂向脉动速度,需要引入各向异性的两相流模型。

圆形弯管气液两相流数值模拟

采用双流体模型建立了基于贴体坐标和有限体积法的气液两相湍流全三维计算模型,模拟了180度圆形弯管内气液两相流动。模型中连续相(水)采用了考虑分散相(气泡)分布影响的κ-ε两方程的湍流模型;分散相采用代数湍流模型。模型将分散相按气泡分组,可以考虑不同尺寸气泡对流动的影响,提高了计算精度。在两种来流条件下,对180度圆弯管内部三维两相湍流进行了模拟,计算中将气泡按大小分为两组,通过数值模拟获得了弯管内部三维两相湍流的压力、速度和气泡体积率分布等数据。气泡体积率分布的计算结果与实测结果吻合良好。

高水头大流量竖井旋流水气二相流三维数值模拟

采用标准k-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法,对某高水头水电站竖井式泄洪洞内的水流运动进行了模拟,得到流速、压力、紊动能、自由水面、压坎后掺气水深等水力参数的分布规律.揭示了竖井旋转内消能泄洪洞的一些特有的水力特性——空腔环流.模拟结果与物理模型试验结果吻合良好.此外,利用数值模拟的结果对竖井的泄流能力和消能率以及洞顶余幅进行了验证.