人体咳嗽飞沫传播DPM模拟与实验对比

利用现有文献中的实验数据,对单个液滴自由落体运动过程的蒸发模型进行了验证。将离散相模型(DPM)加入蒸发模型,对人咳嗽喷出的飞沫液滴在室内随时间发展变化的特征和分布进行了模拟。模拟结果与现有不同相对湿度下的实验结果吻合得较好。在高相对湿度情况下,液滴蒸发较慢,有利于液滴的重力沉降,使得最后漂浮在空中的病毒飞沫含量更低,有助于防止病毒的传播。

基于Fluent-DPM的呼吸阀和连接储罐内部压力安全分析

以呼吸阀及连接储罐系统为研究对象,采用Fluent-DPM计算方法对具体工况条件下呼吸阀吸气过程进行计算,分析罐内流体速度场分布情况和压力变化规律,并与Cradle CFD计算结果进行对比,验证计算结果的可靠性。分别对不同管径规格的呼吸阀进行计算,结果表明:呼吸阀吸气后罐内产生两个较大的漩涡,最大速度出现在偏底部位置,速度由内向外不断增大,导致储罐更容易发生吸瘪情况;选用DN 150呼吸阀,罐内最低负压为-2 598.42 Pa,小于罐体所能承受的最大负压,罐体不会出现失稳情况。

基于DPM固液两相流仿真的单向阀冲蚀特性研究

基于计算流体力学(CFD-DPM),结合k-ε湍流模型,建立了一种颗粒-流场双向耦合冲蚀磨损模型,以单向阀为研究对象,分析阀芯开度、颗粒粒径和浓度对过流部件壁面的冲蚀磨损影响。结果表明:阀隙是颗粒运动的高速区,磨损严重部位是阀芯底角和阀座锥面,且阀座锥面处磨损相对严重;随阀芯开度的增大,颗粒在阀隙内速度降低,对过流壁面磨损量减少;阀芯冲蚀速率随粒径增大而减小,阀座冲蚀速率随粒径增大而增大,当粒径为0.5 mm时,阀座最大冲蚀速率和平均冲蚀速率接近极大值;阀芯与阀座冲蚀速率与颗粒浓度呈正相关,阀座处磨损面积随浓度增大而增大。

基于DPM模型的水喷雾抑制氯气泄漏扩散方法研究

有效的有毒气体泄漏扩散抑制方法可以减少液氯槽罐车道路运输事故泄漏后对周围人员生命健康的威胁。运用理论分析与数值模拟相结合的方法,建立了水喷雾抑制氯气泄漏扩散控制模型;采用Fluent软件对水喷雾抑制氯气泄漏扩散行为进行了数值模拟,分析了基于离散相模型(DPM)的不同喷射源类型、位置、数量等关键参数对氯气泄漏扩散抑制效果的影响。结果表明:不同喷射源类型水雾均能对氯气泄漏扩散起到抑制作用,但作用方式不同;在坡道路面设置水雾喷射源对坡道路面的氯气云团扩散具有更好的抑制效果,且随着与罐体距离的缩短,其抑制效果更佳;在坡道路面与平面路面的交界处或附近设置水雾喷射源,对平面路段后方的氯气云团扩散具有较好的抑制效果;随着水雾喷射源数量的增加,水雾对氯气泄漏扩散的抑制作用增强。该研究成果可为液氯道路运输过程中的氯气泄漏扩散应急处置提供理论依据。

基于DPM模型的高速列车转向架区域风雪流数值模拟

为分析高速列车转向架区域积雪结冰分布规律,采用三维非定常雷诺平均(unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes,URANS)数值模拟方法及离散相模型(discrete phase model,DPM)研究高速列车转向架区域的压力分布、流场流线、雪粒子运动轨迹及积雪堆积情况,并通过对比数值计算与风洞试验结果,验证数值计算方法的准确性。数值计算结果表明:转向架区域由于受气流冲刷,轮对、电机、制动钳夹等突出部件在迎风侧出现明显正压,背风侧则为负压;空气流经转向架迎风侧时会向上扬起,进入转向架的轮对、电机、制动钳夹等关键部位,空气流经转向架背风侧时会冲刷转向架区域的设备舱后端板;空气中的雪粒子不仅具有随动性,还具有惯性,会随气流运动到转向架轮对、电机、制动钳夹等关键部位,并在惯性作用下黏附在其上;积雪堆积主要集中在轮对、电机、制动钳夹以及端板等部件底部迎风区域,而在转向架顶部和背风区域堆积较少。从而得出结论:风场的数值计算结果与风洞试验观测结果具有较高一致性,适用于转向架区域积雪结冰研究;在转向架迎风侧,雪粒子对于气流的跟随性较强,雪粒子的运动轨迹与流场流线分布相符,随气流冲刷至转向架,容易形成积雪结冰;在转向架背风侧以及转向架上方区域,雪粒子对于绕流的跟随程度减弱,不易形成积雪结冰。

基于CFD-DPM的射流泵中90°弯曲流道冲蚀仿真分析

随着国内钻井深度的不断增大以及井内低产层的逐渐增多,使得井内油液的开采难度进一步增大。虽然现有的深井射流泵可利用高压流体(人工从地面打压进井内的高压流体)来实现对油液的举升,但是该方法的生产成本较高,并且当被举升的油液中混有细小砂粒时,油液中的砂粒将会对射流泵造成一定冲蚀影响。为了降低射流泵的冲蚀磨损程度,并且提高采油效率与减少生产成本,根据油田层系(高低压油层)较多的特点,设计一种射流泵,该射流泵可以转化现有层间矛盾,把高压油液作为动力液来实现对低压油层的开采。通过对射流泵的整体结构进行分析后,发现该射流泵中存在一处90°弯曲流道,该流道内壁面为吸入液入口处的正对迎流壁面,所受砂粒的冲蚀磨损较大。为了得出砂粒对壁面的冲蚀磨损程度与影响因素,利用CFD与DPM模型对该冲蚀过程进行精确仿真,通过改变网格尺寸大小验证了仿真模型的网格无关性与仿真结果的收敛性后,利用控制变量法与数值模拟进一步分析流体速度、砂粒直径等对该流道的冲蚀影响规律。最终发现流速大于4 m/s或者砂粒直径大于0.7 mm时,最大冲蚀速率与每天的最大冲蚀厚度的增大幅度变得更加明显。就冲蚀区域而言,流道上所形成的冲蚀磨损区域成椭圆状,该冲蚀区域的中心位置所受到的冲蚀磨损相对较少,并且该区域大小并没有随着流体速度等影响因素的变化而发生较大改变。

基于DPM模型的水平井水平段沥青质颗粒运移规律数值模拟研究

针对沥青质颗粒在水平井井筒的沉积问题,本研究采用Fluent中的DPM模块追踪沥青质颗粒在油管中的运动轨迹,采用realizable k-e模型对尺寸为10~100μm的沥青质颗粒在水平井筒内壁的沉积进行了研究。分析了重力、Saffman力以及阻力作用下,黏度、颗粒尺寸以及流速对沥青质颗粒沉积速率的影响。CFD模拟结果表明:(1)层流阶段,沉积速率随着黏度的增大而减小,这主要是因为层流阶段,流体流动较平稳,使得管壁附近速度梯度减小,Saffman升力降低引起的,而在湍流阶段,当黏度从0.001 2 Pa·s增加至0.012 Pa·s时,沥青质沉积速率会缓慢增加;当黏度从0.012 Pa·s增加至0.053 Pa·s,沉积速率和沉积百分数会随之下降;(2)当颗粒直径为10~100μm时,沥青质颗粒沉积百分数和沉积速率会随着流速的增加而减小;(3)当速度为0.3~2 m/s时,沥青质颗粒沉积百分数和沉积速率随着颗粒直径的增大而增大。研究结果为水平井井筒中的沥青沉积行为指明了方向,认为合理控制井筒中流体速度、黏度和颗粒直径可作为去除井筒沥青质沉积的有效手段。

基于DPM模型的碱回收炉竹浆黑液雾化数值模拟研究

为高效回收高固含量竹浆黑液的化学品和热能,改善其雾化性能,本研究采用DPM(discrete phase model)模拟研究碱回收炉中高固含量竹浆黑液的雾化性能。通过建立的碱回收炉三维几何模型,采用Fluent软件对碱回收炉进行冷态流场模拟,研究了黑液黏度、雾化锥角及粒径范围对碱回收炉中黑液雾化效果、颗粒分布、熔融物垫层形成的影响。结果表明,增大黑液黏度对液滴破碎影响显著,而对于分散沉降的影响远不及雾化锥角及初始液滴尺寸;碱回收炉前墙上、下二次风之间区域存在结渣风险。液滴粒径大于0.5 mm时,黑液液滴主要受重力作用下沉至垫层,能有效减少气流的机械携带现象。

基于CFD-DPM模型研究絮状颗粒团在倒料管道内的流动特性

研究倒料管路内稠相液体经过射流搅拌后产生的絮状颗粒团在扬液器作用下的倒料过程,并利用CFD-DPM模型分析了在不同管路流速下絮状颗粒团的流动特性。结果表明:当流场流速大于2.0 m/s时颗粒的聚集和分离比较剧烈,有利于形成均匀连续的流动壁膜而不会产生局部堆积形成阻塞,为倒料泵的选型和优化提供理论依据。

基于CFD-DPM的风选设备参数仿真计算方法

为了给风选设备的设计提供参考依据,提出一种基于CFD-DPM的风选设备参数仿真计算方法,以残膜和棉秆为研究对象进行试验验证。分别对悬浮试验台气流场和验证试验台气流场中的残膜和秸秆进行运动分析,推导等效运动颗粒仿真参数计算公式并求其具体数值。构建CFD-DPM耦合模型,对等效颗粒在验证试验台中的运动进行数值模拟计算,求解验证实验台在不同参数下进行残膜和秸秆分离所需的离心风机临界转速。对仿真获得的离心风机转速进行相同条件台架试验验证,仿真值与实测值误差小于10%,仿真结果具有较高准确性,证明研究方法可行。

沙粒质量分数对油气混输泵过流部件磨损的影响

为研究沙粒质量分数对油气混输泵过流部件磨损的影响规律,基于DPM模型对油气混输泵内部的沙粒运动进行数值计算,并采用Finnie磨蚀模型计算油气混输泵过流部件的磨蚀率.研究结果表明:在沙粒质量分数较小时,沙粒与流体介质混合均匀;随着沙粒质量分数的增大,增压单元内的沙粒局部质量浓度显著增大,沙粒集中在叶轮压力面及导叶流道中部;沙粒质量分数增大会使磨损区域和磨损率急剧增大;在叶轮域中,磨损首先发生在压力面出口处,吸力面则在进口外缘发生点状和条状磨损;在导叶域中,压力面的磨损主要发生在外缘处,吸力面的磨损主要发生在进口轮毂处;从定量分析看,叶轮叶片表面的磨蚀率普遍大于导叶叶片表面的磨蚀率,磨损最严重的位置为叶轮叶片进口靠近轮毂处.研究结果可为改善油气混输泵抗磨损性能以及提高油气混输泵实际运行寿命提供一定参考依据.

天然气水合物试采多相输送的弯管段防护研究

天然气水合物浆液中混杂的泥砂颗粒在低流速管段容易产生堆积阻塞,在高流速管段经常发生冲蚀磨损,目前国内外针对以液体为连续相流动的气液固多相流冲蚀研究较少。为此,以欧拉(Euler)气泡流模型与离散相模型(DPM)耦合的多相流数学模型为理论基础,对多相流中气液相间分布及管壁冲蚀磨损进行了数值模拟,开展了冲蚀磨损试验并提出耐磨防护方案。研究结果表明:可以从减弱弯管段湍流剪切作用、颗粒对弯管内壁的直接碰撞及减少动能传递进行防护设计;15°楔形垫层对应的最大冲蚀速率减幅74.55%,在1.0~2.2 m/s的流速范围内防护效果更明显;陶瓷涂垫层防护对冲蚀-腐蚀交互作用有明显的抑制效果。研究结论可为管道输送工程防护措施的制定提供技术参考。

井下巷道喷浆过程产尘的运移及分布特性

煤矿井下全气动喷浆技术的喷射过程涉及浆体基料、喷雾作用与周围空气等,是典型的气、液、固三相流。基于CFD-DPM方法,采用欧拉双流体模型模拟气相和水相,采用拉格朗日模型追踪喷浆过程产生的粉尘,研究了多种工况喷雾作用下粉尘的扩散过程,分析了粉尘运移及分布特性,获得了喷雾角度与流量对粉尘分布的影响规律。喷射角度的变化对粉尘扩散的影响主要集中在中下部区域,控制喷雾流量可有效降低区域粉尘,为合理降尘、提高喷射效率提供了理论支持。

喷雾降尘对旋式轴流风机结构参数设计优化

随着中国城市化和工业化的快速发展,粉尘污染问题日益突出。通过对喷雾降尘对旋式轴流风机的结构参数即一级叶轮叶片数、二级叶轮叶片数和导流叶个数进行单因素实验,将风机射程、流量及全压效率等作为评价指标,获得优化方案并仿真验证。研究表明:通过单因素分析,确定各结构参数的优选数值分别为一级叶轮叶片数为9,11,13,二级叶轮叶片数为8,10,12,导流叶个数为4,5,6;通过单因素实验及优化选定,确定优化方案为一二级叶轮叶片数分别为13,12,导流叶个数为6,优化方案较初始模型在射程提高了5.90%,流量提高了69.64%,全压效率提高到70.88%。

DPM模型计算中国北方沙漠地区粉尘释放通量

本文利用DPM(Dust Production Model)模型模拟计算了我国北方沙漠地区不同的土壤微团粒在不同的地表粗糙度和地表摩擦风速下的水平跃移通量、粉尘释放通量、粉尘释放效率以及在特定量中粉尘粒子的质量和数浓度的分布,并对上述计算结果进行了讨论和分析。通过与实际观测结果进行对比的粗糙度和地表摩擦风速下粉尘释放通量后发现二者基本一致,从而证明了DPM模型是可以用来初步模拟中国北方沙漠地区的粉尘释放过程,这将有利于进一步较准确得模拟沙尘的输送、沉降以及气候效应。

分离器转速对中速磨煤机风粉分配的影响

针对磨煤机内部流场复杂且不均匀的问题,通过建立完整的中速磨煤机模型,采用CFD软件求解磨煤机内部流动方程,利用DPM迭代获取颗粒流动参数,探究了不同动态分离器转速下中速磨煤机内部流动情况和出口风粉分配特性。研究结果表明:一次风在磨煤机出口4根出粉管处分配特性较好且与试验结果相吻合;煤粉粒径较小时,4根出粉管的煤粉质量流量偏差较小,且随动态分离器转速提高变化不明显;随着粒径的增加,煤粉颗粒运动轨迹呈现为贴壁运动,4根出粉管的煤粉质量流量偏差逐渐增大;同时对于大粒径煤粉颗粒,随着动态分离器转速提高,4根出粉管煤粉质量流量偏差逐渐降低。

街道峡谷内细微颗粒物扩散特性的DPM数值模拟

应用离散相模型(DPM)对城市中典型的街道峡谷内细微颗粒污染物浓度场进行了模拟,计算湍流模型选择标准k-ε双方程模型.计算结果表明,城市风场作用于街谷内导致涡旋流动,进而影响颗粒物的扩散分布.背风侧壁面颗粒物的浓度场呈现明显的"爬墙效应".不同几何结构影响颗粒物的浓度场,递增型街谷模型更有利于颗粒污染物的扩散.

结合单双行人DPM模型的交通场景行人检测

针对日常交通场景下,行人目标易被遮挡,影响行人检测效果的问题,提出一种结合单行人和双行人DPM模型的交通场景行人检测方法.该方法首先从INRIA、ETH等行人数据集中提取训练样本的DPM特征,通过Latent SVM方法训练得到单、双人DPM模型;然后采用分类检测方法,将交通场景行人分为单独分布行人和混合分布行人两类.检测时首先使用双行人模型SDP-DPM对目标图像进行目标匹配,如果没有检测到双行人目标,则判定为单独分布行人情况,转而使用单行人模型SP-DPM进行检测,并保存检测结果;如果检测到双行人目标,则判定为混合分布行人情况,此时先保存对应的双行人滤波响应,再使用单行人模型进行二次检测,并将两次检测的结果进行加权结合.实验结果表明,本文算法能够在行人相互遮挡严重的交通环境下,有效检测出行人,整体精度优于传统的DPM算法和当前行人检测的主要流行算法.

塔克拉玛干沙漠粉尘释放通量研究

土壤风蚀产生的粉尘颗粒物严重影响空气环境质量,为了探明粉尘释放规律,有必要研究不同高度层风速和摩阻风速对粉尘释放通量的影响机制。通过分析塔克拉玛干沙漠观测站不同高度层风速和平均摩阻风速,利用DPM模型计算粉尘释放通量,综合分析摩阻风速与粉尘释放通量的相互关系。结果表明:(1)不同观测日不同高度层的风速变化各不相同,2 m高度层风速的变化范围是0.05~7.73 m/s,4 m高度层风速的变化范围是0.09~7.19 m/s,10 m高度层风速的变化范围是0.5~8.09 m/s。(2)4月1-30日各个观测日24 h内平均摩阻风速分别为0.42、0.34、0.27、0.34、0.16、0.32 m/s,变化范围为0.16~0.42 m/s。(3)DPM模型研究发现实测跃移通量约为模拟值的129%,模拟值与实测值相关性较好,R2为0.91。

基于CFD-DPM耦合法新型差压密度计中水泥浆液流动特性分析

为了揭示水泥浆液密度检测过程中运动规律,基于欧拉-拉格朗日法建立连续-离散相模型,通过CFD连续模型和DPM离散模型分别求解液相速度分布和固相颗粒运动轨迹,对差压密度计中水泥浆液流速场和颗粒场进行模拟。研究结果表明:在差压密度计测量过程中,水灰比为5:1~3:1的低质量分数浆液沿测量筒中心线和横截面方向均匀分布,水灰比为3:1~0.5:1的高质量分数浆液沿测量筒中心线方向均匀分布,沿横截面方向呈一阶递减梯度分布,常规质量分数水泥浆液在核心测量区域内基本呈稳定流动状态;水灰比为0.5:1~5:1的浆液固相颗粒均匀分布于测量筒内,未出现局部聚集和真空区域。双耦合模型解决了水泥浆液传统模型模拟失真问题,为差压密度计研发过程中水泥浆液流动状态的分析提供了依据。