基于离散相模型的旋转填充床内的流场分析

利用CFD软件Fluent初步模拟了旋转填充床(Rotating Packed Bed,RPB)内的流体流动。计算中气相采用RNGk-ε湍流模型,液相采用拉格朗日离散相模型(DPM)。通过一定简化后建立了旋转填充床二维模型,考察了液体颗粒在填充床内的速度分布,以及转速对液体颗粒速度的影响。结果显示液滴速度随转速的增加而增加,转速对液滴径向速度的影响不大。此外还针对转速、气体进口速度对干床压降的影响做了一定的研究,发现压降随转速的增加而增加,但其影响没有气体进口速度对压降的影响明显。填料的内缘处存在剧烈的端效应,模拟结果表明,端效应区的湍动强度明显大于其他区域。

离心泵内示踪粒子运动的离散相模型模拟

采用离散颗粒模型(DPM)对离心泵内示踪粒子运动进行了数值计算。在该模型中,采用经典的RNG k-ε模型来求解离心泵内的清水流场,并与试验对比验证模拟计算的可靠性,然后在清水流场基础上对离散示踪粒子采用Lagrange方法模拟,求解不同性质的粒子运动方程。通过粒子运动轨迹线与恒定或准恒定流线的对比,以及粒子相对速度随流场空间尺度的变化关系分析了粒子的跟随特性。数值模拟结果表明:当粒子直径大于50μm,不同密度的粒子在泵内跟随性差别很大,而直径在20μm以下,粒子跟随性对密度的敏感度降低;粒子密度与流体密度相等是一个重要的界点;对于流道内存在漩涡等不稳定流的追踪,只有无量纲密度比ε接近1,且直径足够小的粒子其轨迹线才与流体的流线接近;直径在20μm以下的粒子相对速度大小与流体接近,跟随精度较高;考虑到粒子的散射特性,建议本泵选用直径在20μm左右的聚苯乙烯粒子作为示踪粒子。

环栅喷淋泡沫塔欧拉–离散相模型三相除尘模拟

采用欧拉(Euler)多相流模型与离散相模型(discretephase model,DPM)对脱硫除尘实验装置内部的气液固三相流流动进行三维湍流数值分析。在Euler坐标系中采用双流体模型来表述气液两相的相互耦合,同时在拉格朗日坐标系中考察颗粒的运动,把烟尘颗粒对气液两相的影响耦合于双流体模型中。通过对流场数值模拟计算结果的实验验证,得出此数学模型的可行性;分析脱硫除尘塔内部流场流动,得出气液固三相流特征,为脱硫模拟及结构优化设计提供依据;得出脱硫除尘塔除尘效率与颗粒粒径、进气风速、喷淋液气比等参数的相互关系;得出脱硫除尘塔进出口压差与烟气流量、液气比、烟尘浓度等参数的相互关系。

流固两相流的稀疏离散相模型研究进展

流固两相流中稀疏离散相广泛存在于化工、储运、分离等工程实际应用中,其复杂的湍流运动规律的描述是目前两相流研究的热点和难点之一。对流固两相流中稀疏离散相模型的发展历程进行了综述和分析,从离散相轨道模型的理论依据、建模过程、数值模拟方法以及应用情况等几个方面详细地分析了离散相既定轨道模型、随机轨道模型、改进随机轨道模型等模型,并针对离散相和连续相间的相互耦合关系进行了阐述,进而对相应的模型进行了评价;并指出离散相轨道模型目前存在的问题和今后发展的方向,对连续相脉动速度进行随机处理提出基于随机Fourier级数描述离散相合力的改进随机轨道模型,从而较好地描述离散相的运动规律,同时结合考虑两相耦合的方法建立两相流的全耦合振动动力学模型,可全面、系统地描述流固两相流中稀疏离散相的运动特征,为流固两相流中稀疏离散相模型的深入发展提供前期基础。

基于离散相模型的电潜泵叶轮磨损数值计算

基于离散相模型结合弹塑性压痕破裂理论对电潜泵叶轮磨损进行数值计算研究,对不同工况下的叶轮磨损进行分析,得到电潜泵叶轮的磨损规律,运用三坐标测量机对实际工作的电潜泵叶轮中存在的磨损情况进行测量,以实现对数值模拟结果的验证。结果表明：叶轮磨损加剧的颗粒粒径临界点是0.06-0.08 mm;磨损最严重的区域位于叶片凹面;转速、颗粒粒径增大均会加剧冲蚀磨损,导致磨损严重的区域由凹面中部的几个零散点向整个面扩展;数值模拟结果与验证结果吻合较好。

基于CFD离散相模型的气流式皮棉清理机参数优化

气流式皮棉清理机能有效的清除不孕籽、破籽等杂质,提高皮棉等级,且对皮棉不产生任何损伤。为提高气流式皮棉清理机的除杂效率,降低纤维损耗,对其除杂机理进行了分析。通过建立基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的离散相模型(discrete phase model,DPM)对皮棉纤维轨迹、杂质轨迹分别进行了追踪分析,并对影响落棉率、除杂率的入口速度、出口压力和排杂槽口尺寸3个参数进行了仿真试验。通过正交试验方法,共进行了25组试验。根据正交试验的极差和方差分析,得出了影响气流式皮棉清理机落棉率的参数排序是入口速度>槽口尺寸>出口压力,影响除杂率的参数排序是槽口尺寸>入口速度>出口压力。通过建立综合评分标准,得出了气流式皮棉清理机的最优加工参数为入口速度20 m/s,出口压力-650 Pa,槽口尺寸30 mm,此时落棉率为5%,除杂率为90%。通过现场的加工试验验证,表明仿真分析所得出的优化组合和优劣分析是可行的,可为气流式皮棉清理机的加工工艺改善提供依据。

基于CFD离散相模型雾滴沉积特性的模拟分析

为分析三维空间中气流对雾滴飘移的影响,该文基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)离散相模型的粒子跟踪技术,研究了不同喷雾条件下的雾滴特性。该文在条件为3m×2m×2m的长方体计算区域,喷嘴置于长方体顶端(上表面的几何中心),在合适的边界条件参数下,对喷雾高度为0.25～2m,风速为0～3m/s变化范围内的雾滴沉积特性进行了分析。结果显示,雾滴的分布趋势(偏移量)随风速和喷雾高度大小而变化:雾滴的沉积量随喷雾高度和风速的增加逐渐减小,其最大值为100%(喷雾高度为0.25m,风速为0),最小值为7.2%(喷雾高度为2m,风速为3m/s),其沉积率最大值和最小值分别为79.07%和3.98%,并基于该方法建立了雾滴沉积量和沉积率的预测模型。该研究为精量施药提供参考。

宽筛分流化床气固两相流动结构离散颗粒模型

建立了适合描述宽筛分流化床气 固两相流动结构的离散颗粒模型。颗粒的运动满足牛顿第二定律 ,流体相的运动规律由局部平均的纳维 斯托克斯方程求解 ,两相间的耦合由牛顿第三定律决定。对宽筛分流化床中气泡的形成、颗粒的流化过程进行了数值模拟 ,结果与实验现象相符合 ;模拟结果还发现单颗粒的运动速度表现出不可预测特性 ,颗粒的总体速度不完全满足正态分布。

基于离散相模型的双锥型水力旋流器磨蚀分析

基于计算流体动力学(CFD)方法,采用Gambit建模,利用Fluent软件中的离散相模型(DPM)进行分析,分析出了普通双锥型水力旋流器内壁的磨损部位包括切向入口处、旋流腔和大锥段的交界处,以及大锥与小锥的交界处等;改进后旋流器的磨损情况得到了明显的改善,分离效率也有所提高。同时,对双锥型水力旋流器的压力特性进行了分析。

文丘里管内气固两相流离散相仿真模型优化

文章针对Fluent中气固两相流离散相模型(DPM)仿真,以文丘里管内流场为例,在结合气相流场分析与固相颗粒受力分析的基础上,提出DPM模型优化的4项措施,即从颗粒所受各个力的合理取舍、气相速度入口模型、颗粒曳力模型及颗粒碰壁关系4个方面进行优化,以提高通用模型对管道节流复杂流场问题仿真时的准确性。通用模型的优化通过调用Fluent相关宏并编制UDF程序实现。对文丘里管的工况进行仿真模拟,并与国家标准中的数据进行对比,结果验证了优化DPM模型的准确性明显优于通用DPM模型。模型优化的方法对于其他类似的复杂流场工况具有通用性,具有工程实用价值。

基于离散相模型的MQL切削试验研究

基于欧拉—拉格朗日离散相理论,建立了TC4钛合金微量润滑(MQL)外圆车削模型,应用Fluent对不同润滑油参数的切削流场进行数值模拟,研究了润滑油添加前后流场的分布特性,分析了润滑油参数对工件冷却效果的影响规律。模拟结果显示:加入润滑油后速度场变化较小,而温度场变化显著,且润滑油参数(比热容、导热系数、动力粘度和润滑油用量)的变化对冷却效果可产生不同的影响。

离散相模型和经验模型在海面溢油模拟中的应用

采用基于Fluent离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)的海面小泄漏量溢油扩散预报模型,进行海面持续溢油扩散的数值模拟研究。结果表明:在持续泄漏模式下,泄漏点附近原油浓度最大,沿流速方向浓度逐渐降低,流场方向对原油扩散主方向有较大影响;在相同时刻,随着流速增大,原油迁移距离增加,随着湍流强度增大,粒子随机走动增大,离散尺度增大。此外,根据FAY三阶段油膜扩展、油粒子模型以及近年来发展的两阶段法,建立全面的经验性海面溢油预报模型,并根据水面小泄漏量持续溢油试验数据,验证离散相模型与经验模型的正确性。两种模型在各时刻原油流向迁移距离及油膜面积平均相对误差不超过10%,模型合理可靠,均可用于海面溢油扩散预报研究。

颗粒流钻削润滑中颗粒介质导入的离散相仿真

颗粒流润滑是一种高效、绿色固体润滑技术,在切削加工领域已得到初步应用。然而,对于钻削等半封闭加工工艺,有效促进颗粒润滑介质通过钻头与孔壁之间的狭小空隙进入切削区是实现可靠润滑的前提与保障。为探究颗粒介质在钻头和孔壁间隙中的流动特性,促进其有效导入,利用Fluent软件中的离散相模型进行颗粒润滑介质导入的数值仿真。通过不同颗粒介质和钻削参数下的模拟计算,对钻杆与孔壁间隙及内孔壁面的颗粒浓度进行了比较。结果表明,固体颗粒的材质是影响导入量的重要因素,在同一孔深截面处,钻杆与孔壁间隙中的MoS2浓度比石墨浓度更高,且其孔壁黏附量也更大;刀具转速和进给速度的提高有利于润滑颗粒的导入,且转速的作用效果更明显。该研究对于改善颗粒流钻削润滑效果、促进该技术在难加工材料钻削中的应用具有一定的实践价值。

基于动态网格技术和离散相模型的地铁隧道活塞风特性及通风竖井井口污染物扩散研究

利用动态网格技术和DPM(离散相模型)技术,并使用控制变量法分析了地铁列车行车速度、阻塞比、通风竖井数量等因素对隧道内活塞风速度场分布规律的影响,以及不同竖井数量下井口释放污染物的扩散规律。结果表明:隧道内活塞风速度场的分布情况及通风房间内污染物的衰减规律与试验数据基本一致;竖井风量和行车速度、阻塞比成正比,而与竖井数量无明显关系;活塞风速与行车速度、阻塞比成正比,而与竖井数量亦无明显关系;当井口释放污染物时竖井的数量越多,隧道内的污染越严重。

基于离散相模型的超声雾化喷嘴雾滴沉积特性研究

为了减少农药喷施过程中雾滴漂移的影响、提高农药利用率,从而实现精量喷施,基于离散相模型对农用超声雾化喷嘴在不同风速、不同喷施角度下的雾滴沉积特性进行了研究。采用Species Transport模型和Discrete Phase模型对仿真区域进行模拟,对风速为0~3 m/s,喷施角度分别为0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°条件下的雾滴沉积特性进行仿真分析。仿真结果表明:在计算域内,雾滴沉积量分布呈抛物线状,随着风速的增加,雾滴的沉积量减少且沉积密集区域不断远离喷嘴;一定的喷施角度能够减小风速对雾滴漂移的影响、增大沉积量并使沉积密集区域保持在喷嘴正下方。在喷施高度为0.8 m、进口压力为2 MPa的条件下,风速为1 m/s、2 m/s、3 m/s时,最佳喷施角度分别为10°、20°、25°,沉积量峰值较喷施角度为0°时分别增加了11.98%、26.4%和41.97%。该研究结果可为农用超声雾化喷嘴精量施药提供理论依据。

基于模拟有限差分法的离散裂缝模型两相流动模拟

模拟有限差分作为一种新型数值计算方法,因其良好的局部守恒性和对复杂网格系统的适用性,在计算流体力学和油藏数值模拟中得到应用。将模拟有限差分方法进一步应用于离散裂缝流动模拟中,对模拟有限差分法的基本原理进行详细阐述,建立相应的离散裂缝数值计算格式,并采用IMPES方法对其两相流问题进行求解,并与实验结果对比。对比结果验证了新方法和程序的正确性,通过复杂离散裂缝算例进一步验证了方法的正确性和程序的鲁棒性。

基于离散相模型的用于高含硫天然气旋风分离系统内部流场数值研究

高含硫气田开发到后期会出现含水量增多的问题,需进行脱水预处理。设计了两级旋风分离系统,采用数值模拟方法,分析了不同粒径颗粒在不同入口速度下的轨迹、分离效率和分离器压力与速度场。结果表明:粒径越小受入口速度的影响越明显。10、30μm颗粒分离效率达100%,5μm颗粒分离效率达96%,内部压力与速度场具有较好的对称性。

基于稠密离散相模型的冲缝筛管冲蚀数值模拟研究

针对压裂返排过程中固体颗粒引起的冲缝筛管冲蚀问题,分析颗粒近壁面冲蚀行为,为井下防砂工具的冲蚀研究提供依据。利用计算流体力学方法,基于稠密离散相模型,编写用户自定义函数UDF,研究高砂质量分数下撞击壁面的数目、速度和角度等颗粒的运动特性。通过冲蚀速率增长率的变化确定临界冲蚀流速。结果表明,在压裂返排过程中,颗粒撞击速度随着入口流速的增加而增加,是引起冲蚀速率增加的主要原因。入口流速从6 m/s增加到12 m/s时,孔眼出口处的冲蚀速率最大值从3.54×10^(-2)mm/kg增长到3.42×10^(-1)mm/kg,增长9.66倍;颗粒撞击角度随着流速增加不发生变化;砂质量分数增加,导致入口处颗粒数量增加,颗粒撞击频率也增加,颗粒平均撞击速度更低,速度波动幅度增大,同时颗粒平均撞击角度波动幅度较大,且颗粒平均撞击角度降低。研究结果为冲缝筛管在油气田的应用安全性提供了一定参考。

基于多周期离散迭代模型的移相全桥倍流同步整流变换器及其稳定性分析

移相全桥变换器在小体积隔离型降压场合得到了广泛的应用,同时为了减少副边大电流压力,可采用双电感进行倍流整流,组合成移相全桥倍流整流(Phase-shifted full bridge current-doubling synchronous rectifier,PSFB-CDSR)变换器。通过对其进行模态简化,提出一种基于多周期离散迭代模型的PSFB-CDSR变换器稳定性判别方法。和传统的小信号模型相比,文章提出的等效模型能够同时描述变换器的各个电感电流和输出电容电压的动态,具有直观性和准确性;并在此基础上对移相全桥电流环流中的寄生电阻进行假设,精准地刻画该寄生电阻对于功率传输特性的影响;然后考察该模型在离散域中状态方程的特征根变化情况,得到在不同输入输出条件下对稳定裕度的影响。最后,仿真结果表明了该等效电路的精确性以及结论分析的正确性。

基于离散相模型的伴生气分液器的优化仿真

对长庆油田伴生气分液器的分离效果进行研究,对比分析伴生气分液器优化前后的分离效率。针对油气在伴生气分液器中螺旋翅片、涡盘、分离筒中发生复杂的两相传播,通过数值模拟研究伴生气分液器内流体的流动情况,分析分液器内压强分布、速度分布以及原油液滴在流场中的流动情况。此外针对伴生气分液器重要的伞板结构,对伞板上开孔的结构参数进行仿真优化。这将有利于气液分离元件的设计和最优运行参数的选取,改进分离元件,提高油气分离效果,减少投入成本。