泰勒涡反应器流场形态的数值模拟

以泰勒涡反应器的简化模型为研究主体,研究在不同泰勒数下环隙间流体的流动特性。通过改变反应器内筒转速的大小,借助Fluent和Tecplot等数值计算软件来系统研究环隙间流体的流场形态变化,阐述了环隙间泰勒涡胞经历了从生成、加强稳定、波动到最后破裂发展为湍流的过程,并对层流状态下的第一临界泰勒数和第二临界泰勒数展开了讨论。

滤除泰勒涡的同心环隙科特流临界雷诺数的实验确定

通过模拟实验对同心环隙科特流进行了研究.实验表明:滤除掉泰勒涡的影响后,在同心环隙科特流中,层流与紊流的相互过渡是在同一临界雷诺数上发生的,没有过渡区.临界雷诺数与泰勒涡没有直接联系.同时还表明,不同的压力梯度下有不同的临界雷诺数.

泰勒涡的数值模拟

从柱坐标系下N S方程出发,采用SIMPLE算法,结合混合有限分析法,数值模拟了旋转Couette流失稳后的泰勒涡的流动。计算结果与试验一致,表明了混合有限分析法的有效性和对此流动的适应性。

泰勒涡柱作用下微生物生长动力学的研究

采用新型进气装置在反应器中构建了泰勒涡柱流,以提高发酵液中溶氧水平,并与带常规空气进气装置的反应器进行了对比,推导出发酵液中溶氧浓度与反应器中微生物浓度之间的对应关系,考察了泰勒涡柱作用下的微生物生长动力学。结果表明,微生物比生长速率与通入发酵液中的气泡尺寸和气体比表面积成正比;微生物生长过程与气泡吸附过程有关,可通过改变吸附量来改变发酵过程。对于建立吸附发酵生长动力学模型和实现微生物高密度培养具有一定的指导意义。

沟槽数量对泰勒涡流稳定性的影响

用粒子图像测速技术(Particle image velocimetry,PIV)对光滑壁面和沟槽数量为18的模型内的流场进行测量,初步获得沟槽的存在对于环隙内流场的影响规律;同时利用数值计算获得沟槽数量为18的模型内的流场分布,通过对比试验结果和数值模拟结果,验证数值计算方法可靠性。通过数值计算研究沟槽数量0、6、12、18模型内的流场分布,在比较沟槽模型与光壁模型环隙内的速度场和涡量场的基础上,得出以下结论:较少的沟槽数量增加了泰勒涡的轴向尺寸,随着沟槽数的增加,沟槽结构对流场影响不断加剧,环隙内最大径向速度和轴向速度均有不同程度的增加;对比不同轴向位置的流场分布,发现沟槽区域内存在明显的旋涡流动,不同轴向位置沟槽内的流体存在着进出环隙内的运动。

带轴向流动的泰勒涡反应器数值模拟研究

以带轴向流动的泰勒反应器为研究主体,考察在不同轴向雷诺数和泰勒数下,泰勒涡反应器内化学物质的流动特性和传热传质特性。结果表明,泰勒数的增加使得圆筒间隙内流体的流态发生了规律的变化,泰勒涡的产生在一定程度上增强了反应器的传热特性,其变化规律可有助于泰勒反应器在化学工业上的发展。

泰勒涡反应器传热传质机理研究

以简化的泰勒涡反应器模型建模,利用FLUENT软件和TECPLOT软件进行泰勒涡反应器的模拟和后处理。研究方法是通过在层流泰勒涡流范围内,改变反应器的泰勒数,从而得到不同泰勒数下的流场、温度场和浓度场,进而分析涡流对传热传质的影响。

压水堆主泵飞轮周围间隙流中泰勒涡传热特性的数值研究

反应堆冷却剂主泵飞轮周围的间隙空间充满流体。飞轮按额定工况速度旋转时,间隙内流体作周向剪切流动的同时产生强烈的湍流泰勒涡二次流动,改变了飞轮间隙流的传热特性。本文采用不同的湍流模型对湍流泰勒涡进行了模拟,雷诺应力模型的模拟结果与现存实验结果最为接近。数值模拟显示,主泵飞轮圆柱面间隙中充满排列规则的周期泰勒涡对,飞轮端面间隙中出现覆盖全端面的扁环形涡胞。飞轮圆柱表面的当地热流密度和努塞尔数与泰勒涡一样呈明显的周期性变化规律。圆柱面泰勒涡对和端面涡胞增强了飞轮区域的传热能力,对飞轮和周围承力部件的温度分布产生重要影响。

间隙环流作用下的泰勒涡演化及环流速度分布特性研究

屏蔽电机运转过程中由于粘性旋转流体所受到的离心力作用,间隙内部出现泰勒涡结构,使得间隙环流有着复杂的速度分布特性.这种速度分布特性不仅对屏蔽电机水力损耗及散热特性具有重要影响,而且也是屏蔽电机转子动力学所关注的基础科学问题.本文借助间隙环流流动性能实验平台,采用高速摄像机拍摄观测了湍流核心区泰勒涡的演化过程,面向工程应用阐明了间隙环流湍流核心区流动对边界层速度的影响规律,可为设计屏蔽电机间隙流道的尺度提供理论依据.采用计算流体动力学软件建立间隙环流仿真模型,研究了定间隙条件下泰勒涡的演化过程与环流速度分布特性,初步探讨了变间隙比对间隙环流速度结构的影响规律.研究结果表明,泰勒涡随间隙比及转子转速演化的仿真计算结果与实验测试结果的变化趋势较吻合.泰勒涡在径向与轴向方向上的速度分布具有显着差异,间隙环流涡的流动方向会改变流动边界的速度结构.当转速增大时,间隙环流由层流转变为湍流,速度形状不再沿间隙径向线性分布,而是产生畸变,呈现出壁面周围速度快速减小,中间速度渐趋平稳的轮廓.

泰勒涡对间隙流体传热的影响

核电主泵上飞轮外侧狭窄流道中的间隙流体受高速旋转的飞轮影响可能会产生泰勒涡的流动现象,从而加速了间隙处流体的热量交换。主泵结构温度场分析需要通过对上飞轮处的流体分析来提供设计输入。本文使用CFX程序对环形间隙中滞流流体的流场及温度场等进行了分析,还探讨了转速和间隙大小对泰勒涡流动形态的影响。得到了等效导热系数和热源等结果。转速和径向间隙的大小可调节上飞轮温度场的分布。

高速屏蔽电机气隙流体泰勒涡仿真分析

一体化高速屏蔽电机本体气隙处通常充满着动力推进介质,在转子高速运转时转子表面线速度会搅动气隙流体高速旋转,使得流体在小而窄的气隙中产生湍流效应,对电机本体内置轴承润滑和转子冷却产生影响。本文以额定转速为40000 r/min的高速屏蔽电机本体环形气隙内的流体运动为背景,针对气隙内泰勒库特流的流体流态开展了数值模拟研究,通过数值仿真分析得出,随着转子转速增加,气隙进、出口压力差变大,随着气隙宽度增加,气隙进、出口压力差减小。本文计算所得数据为维持内置轴承润滑和转子冷却所需进液流体参数提供了理论参考依据。

基于泰勒涡的筒形薄壁件微小群孔磨粒流去毛刺仿真分析

针对航空航天装备中复杂回转型面薄壁件高密度微小孔阵列高效去毛刺的技术需求,提出周向回转磨粒流耦合轴向泰勒涡二次流的柱面群孔磨粒流去毛刺方法。利用CFD有限元方法建立流场模型,掌握薄壁工件和工具喷嘴在不同转速、磨粒压力等参数下的泰勒涡流体运动规律,并通过基础实验验证该方法的可行性,为高效率、高质量的柱面群孔毛刺去除提供基础技术支撑。

泰勒涡柱对肌苷发酵过程的影响

在50 m3通气搅拌发酵罐中采用新型进气装置构建了泰勒涡柱流,以缓解肌苷发酵过程中的溶氧限制。结果表明,泰勒涡柱有助于减轻气泡聚并,减小气泡尺寸,提高发酵罐的供氧能力。发酵前期菌体的最大摄氧率(OUR)由85 mol.m-3.h-1提高到100 mol.m-3.h-1,肌苷产率由32 g/L提高到36 g/L。进一步降低搅拌电流,可节电54%。

高速旋转流动中泰勒涡转捩点理论研究

本文基于超临界二氧化碳涡轮主轴轴间的旋转流动过程,开展了高速转轴环形间隙中流动特性的理论研究。通过已有的实验数据对数值计算方法进行验证,并在泰勒数Ta=6.63×10^(10)~6.37×10^(11)的范围内研究多种因素对泰勒涡形成的影响。结果表明:在研究范围内,环形间隙中会形成泰勒涡,并且泰勒涡转捩点与长宽比、半径比、泰勒数和轴向雷诺数有关。同时,增大质量流量、降低转速、减小长宽比和增大半径比能抑制泰勒涡形成,提高流动稳定性。最后,通过整理数值结果获得了针对超临界二氧化碳泰勒库埃特泊肃叶流的泰勒涡转捩点的经验关联式,其平均误差为5.3%。

无限长偏心旋转圆柱间Taylor涡动问题研究

对径向滑动轴承中润滑油膜从层流到湍流的流动状态进行了研究，分析了轴承中润滑油膜的速度分布、压力分布及间隙比、偏心率等参数的影响．本文对滑动轴承润滑油膜流动的分析方法不同于以往的局部理论和小参数理论，而采用原始变量的差分法直接从运动基本方程出发，对运动方程中小量项不作删减，同时对偏心率和间隙比的大小也不作特别的限制，因而具有广泛性和通用性．研究结果表明：轴承稳定性与间隙比有很大关系，临界Ｔａｙｌｏｒ数随偏心率和间隙比有较大变化，涡动强度在轴承圆周方向随位置不同而不同，同时受间隙比影响较大．

轻载径向滑动轴承中Taylor涡动的产生和影响研究

本文用原始变量法直接求解了三维的Ｎ－Ｓ方程，计算分析了高速旋转有限长圆柱轴承中油膜层流失稳产生涡动的临界Ｔａｙｌｏｒ数及流场、压力场和摩擦阻力，轴承端部泄油量等的变化。结果表明，在有限长同心圆柱轴承中，随着轴旋转速度的提高，轴承摩擦阻力线性增大，油膜层流失稳出现的涡动增加轴承摩擦阻力并减少轴承端部泄油量，油膜层流失稳后，轴承长度方向均匀地排列着一些流体涡，涡动的强度从轴承中间截面向轴承端部逐渐减弱，涡动的波长在轴向基本上相等。

釜式泰勒流反应器流动特性与传质机理研究

通过设计一种气液混合射流的方案,在搅拌釜式反应器底部加装气体分布器,生成泰勒涡流。采用数值模拟和实验相结合的方法分析反应器内涡流流动特性及传质机理。结果表明:搅拌釜式反应器内泰勒涡流随旋转雷诺数变化的演变规律与常规泰勒反应器内涡流的演变规律类似;泰勒涡流的生成在搅拌釜式反应器原有的全混流流型中构建出局部的平推流区域,降低了返混;平推流区域随着旋转雷诺数的增加而扩大,在临界旋转雷诺数工况下可使反应器气相均布性提升28%,溶氧速率提升5倍左右,有效地改善了反应器内流动状况,强化了气液间的传质效率。研究结果为突破常规泰勒流反应器反应空间小的局限、扩大生产规模提供了理论研究依据,对釜式反应器的改装具有普适性,简便易行。

同轴套管间涡旋流动及强化传热数值模拟

相对旋转两同轴套管间的涡旋流动,能够带来二次流强化传热传质作用,在航空、水处理、生态保护、生物工程和膜分离等领域都具有广泛的应用价值。本文使用Fluent软件,对同轴套管间涡旋流动及传热特性进行数值模拟,考察了内管转速、内外管壁面温差等操作参数变化对同轴套管间流体传热性能的影响,分析了涡旋流动与传热效率之间的关联关系。模拟结果表明:内管转速增加在流场中形成泰勒涡,涡流扰动增大了高温壁面与流体间的热流密度,增强了流体传热效率。增大内外管壁面温差,也可加强流体传热性能,但其强化作用不及内管转速的强化作用显著。受流场中泰勒涡影响,流体速度、温度及热流密度沿轴向的分布都呈正弦状周期性波动,在相邻两涡交界面处,流体传热性能最好,在涡中心处的传热性能最差。

外圆柱沟槽对环隙内波动涡流的影响

采用CFD数值计算方法对同心圆柱环隙内的波动涡流进行了数值模拟,根据PIV试验结果验证了数值计算方法的可靠性.重点研究了光壁模型和沟槽数量为9的2个模型环隙内的流场分布以及波动涡流的波动特性,对比分析了2种模型周向的流场分布,计算了泰勒涡的轴向尺寸及其轴向振幅,通过对比2种模型在R-Z平面上的径向速度分布,讨论了沟槽对环隙内流体的外射流作用的影响,分析了沟槽区域的流动特征以及出现的二次流现象.研究结果表明:沟槽的存在显著改变了环隙内的流场分布以及波动涡流的波动特性,沟槽区域形成的旋涡流动促进了沟槽内流体与环隙内流体的相互作用,加剧了环隙内的流动不稳定性.

旋转动态膜分离技术的研究与应用进展

介绍了旋转动态膜分离技术在现代工业各领域中的应用，评述了近年来国内外旋转动态膜分离技术的主要研究成果并简介了旋转动态膜膜材应用情况，提出流体力学方法与现代激光测试技术相结合是研究旋转管式膜流场特性的一种有效方法。