基于MUSIG模型的气液两相流离心泵内部流动数值模拟

为了解决气液两相流泵内部流动数值模拟中所采用的欧拉-欧拉双流体非均相流模型无法考虑气泡离散相粒子直径变化以及气相之间的聚合作用与破碎作用,导致在高含气量时的模拟结果与试验存在一定差距的问题,文中将一种新型的欧拉-欧拉双流体拓展模型,即MUSIG模型用于气液两相流泵内部流动的数值模拟,通过与气液两相流工况外特性试验数据对比发现,入口含气率在5%左右时,MUSIG模型计算得到的外特性曲线与试验结果整体趋势吻合较好;普通的欧拉-欧拉两相流模型在大含气率下与试验相差较大.基于MUSIG模型,分析入口含气率对内部流动特性的影响,发现入口含气率的增加会引起内流失稳和流线紊乱,气相逐渐聚集在前盖板与流道中间部位,最后引起能量损失,叶轮出口压力下降.这些现象会随着入口含气率增加而逐渐加剧,最终扬程与效率均会随着含气率增加而下降.含气率小于3%时,内流较稳定;当入口含气率为5%时,扬程下降至32 m,效率下降至55%,推测此时流道内气相聚合,生成气囊.

基于MUSIG模型的低温流体过冷沸腾数值模拟

在低温泡状流中,鉴于液相中离散的气泡尺寸大小不一,文中将MUSIG模型应用于低温流体过冷沸腾计算中。通过模拟液氮在竖直圆管内过冷流动沸腾过程,对各尺寸组气泡的分布、轴向空泡份额的分布规律及流动不稳定性进行了分析。计算结果表明:各尺寸组气泡在壁面和中心区呈现不同的分布规律;平均空泡份额沿轴向呈非线性递增变化;由于流型的转变,管内压降将出现突变。

竖直环形通道内液氮流动沸腾的MUSIG模型分析 Part 1:轴向气泡直径和界面面积浓度的预测

近年来群体平衡模型受到了极大的关注。MUSIG模型(多尺寸组模型),为群体平衡模型和双流体模型的结合提供了一个框架。文中介绍了MUSIG模型,并采用MUSIG模型分析了环形通道中的液氮流动沸腾。详细分析了不同壁面热流量、液体入口速度和过冷度时通道内气泡相界面面积、当地气泡直径、空泡系数等参数沿轴向的分布。

竖直环形通道内液氮流动沸腾的MUSIG模型分析 第二部分:径向气泡直径和界面面积浓度的预测

由于考虑了气泡的破裂和聚合,同两流体模型相比,MUSIG模型(多尺寸组模型)能更准确地描述流场内气泡直径。采用MUSIG模型详细分析了不同壁面热流量,液体入口速度,过冷度以及不同管道高度时通道内气泡相界面面积、当地气泡直径、空泡系数等参数沿径向的分布。分析结果表明,MUSIG模型可用来预测泡弹状流型转变区的流动参数,也即该模型拓展了两流体模型的使用范围。

竖直环形通道内液氮流动沸腾的数值模拟

在多尺寸组模型的基础上,从加热壁面上脱离汽泡的受力分析入手,对液氮过冷流动沸腾模型进行了修正。将新模型应用于环形通道内液氮过冷流动沸腾的数值模拟,同时为了比较,采用基于Kirichenko,Fritz汽泡脱离直径公式的多尺寸组模型对同一管道内液氮过冷流动进行了数值模拟。结果表明:结合脱离汽泡受力分析模型的多尺寸组模型可用来预测流动沸腾过程中的汽泡起飞直径及其变化趋势。同基于Kirichenko,Fritz汽泡脱离直径公式的多尺寸组模型相比,新模型有助于改善管道内汽泡尺寸分布以及空泡系数的预测,从而有助于准确分析弹状汽泡及间歇泉的形成。

利用CFD模拟技术改造60 m^3木聚糖酶发酵罐

为解决60m3木聚糖酶发酵罐溶氧不足问题,首先采用MUSIG(多尺度气泡模型)对改造前的搅拌罐进行CFD数值模拟,根据模拟结果设计改造方案,对比分析改造前后的气含率、容积传质系数、气泡平均直径和搅拌功率发现,改造后KL a由0.011s-1提高为0.033s-1;发酵数据显示,溶解氧量不低于40%,木聚糖酶的酶活正常,酶活最高达到120U/mL,达到分离要求,产量稳定。

半开式叶轮离心泵气液两相条件下内部流动特性分析

半开式叶轮离心泵输送气液两相流时,其性能经常随入流含气率(α)的增加而下降,主要由内部的气液两相不稳定流动造成。为解决传统欧拉双流体模型不能考虑气泡直径变化及气泡形变的问题,采用一种群体平衡模型(Musig模型)数值计算了某设计比转速为88.6的半开式叶轮离心泵在不同入流含气率下的内部流场,并进行了试验验证。研究结果表明:模型泵在1000 r/min可输送液体的最大入流含气率为4.6%;α>3%以后,Musig模型由于能表征气泡形态及破碎与聚合过程等气液两相流演化规律,其外特性计算结果比欧拉-欧拉双流体模型准确,且与可视化试验流型测试结果较为吻合;α=4%时扬程系数和效率与试验结果的最大误差分别为1.6%和5%;随着入流含气率的增加,叶轮和蜗壳流道内逐步出现均匀泡状流、聚合泡状流、气穴流和分离流等流型分布,设计流量下α≤1%时以均匀泡状流为主,α=3%时以聚合泡状流为主,α=4%时以气穴流为主,α≥4.2%时出现分离流并逐渐堵塞流道;叶顶间隙是影响泵内气液两相流型分布的重要原因,叶轮流道中存在大尺度漩涡和出口回流现象,且随着含气率的增大越发明显,进而在高含气率区域引发较大的湍动能分布,加剧了泵内部的不稳定流动,最终导致α≥4.6%后的泵空转。该研究可为综合分析离心泵内部不稳定流动规律提供一定参考。

低温推进剂弹状汽泡形成过程的数值模拟研究

弹状汽泡形成过程的准确预测对于分析和预防低温推进剂的间歇泉现象具有重要意义.分析了竖直推进剂管内汽泡的碰撞及聚合机理,建立了描述这一过程的MUSIG模型并进行了数值计算.与实验结果对比表明,建立的模型能够有效预测竖直低温推进剂输送管内的汽泡起始聚合高度、弹状汽泡形成高度以及汽泡尺寸分布等重要参数,为间歇泉现象的研究和抑制提供了理论依据.

气液两相流工况下泵内气相特征数值计算

为研究叶片泵内气相的分布、运动规律,应用计算流体动力学方法对气液两相流工况下叶片泵内流场进行数值模拟,并通过试验进行验证.基于MUSIG模型对泵内气液两相流动进行了数值计算,同时采用Prince-Blanch模型和Luo-Svendson模型描述气泡聚并和破碎过程,揭示了压力分布、不同尺寸气泡分布和气泡平均直径分布.研究结果表明:随着进口气体体积分数的增大,靠近叶片吸力面流道内低压区面积逐渐增大,叶片吸力面气相聚集区和尾迹区内气体体积分数增大,高气相体积分数区域面积扩大,泵内各处气泡平均直径都增大;当进口气体体积分数达到3%时,叶片吸力面较大面积区域内气体体积分数超过80%,蜗壳近壁区气体体积分数低于1%;叶片吸力面气相聚集区内主要是大直径气泡,叶片吸力面气相尾迹区、蜗壳近壁区和蜗壳出口段内主要为小直径气泡;叶片吸力面流道存在气泡平均直径较大的区域.

溶液堆物理热工耦合程序开发及堆芯气泡分布初步研究

溶液堆内辐照裂解气体的存在是影响溶液堆运行稳定性的重要因素。浮力、碰撞等复杂的相互作用造成这些气体在燃料溶液中形成气泡后的行为难以预测;现有的分析手段通常用关于坐标的函数来近似估计气泡的分布。使用计算流体力学(CFX)程序对溶液堆气-液两相试验工况进行数值模拟的结果表明,应用多尺寸组分模型(MUSIG)能够很好地反映堆内气泡的迁徙过程。FMCAHR_CFX是基于溶液堆燃料管理程序(FMCAHR)和计算流体力学程序(ANSYS CFX 10.0)的耦合程序;本文使用该程序分析简单溶液堆模型中的气泡分布。

适应风电消纳的铝电解阳极气泡行为建模

以适应风电消纳的异型阳极为研究对象,采用计算流体力学(CFD)中的多气泡族(MUSIG)模型对异型阳极表面生成的气泡在熔融电解质中的运动行为进行计算。结果显示,在阳极气泡的尺寸分布上,普通阳极底掌被所有尺寸气泡覆盖,而倾角与倒角阳极底掌则以小尺寸气泡为主,且随着倾角或倒角增大,大尺寸气泡在异型阳极底掌覆盖范围大幅减小;在气泡逸出效果上,由于倒角阳极的气泡逸出路径要比普通或倾角阳极短,不易形成局部大尺寸气泡群,因而倒角阳极的排气效果要比倾角阳极更好。