基于Q判据的不同排气管直径旋风分离器内部涡分析

为了研究排气管直径对旋风分离器内部流场的影响,采用雷诺应力模型对4种不同排气管直径的旋风分离器进行气相流场的数值模拟,同时引入Q判据识别内部空间涡的结构。结果表明,利用Q判据做出的涡等值面,可以较为直观地看出涡结构的变化趋势。在一定范围内,减小排气管的相对直径,可以使旋风分离器内部流动更加稳定;但当排气管直径过小时,内部湍动作用会加剧,能量损失加大。在壁面处,有封闭的涡线形成,能量损失加剧;改善壁面处的涡平衡,可以有效抑制封闭涡线的形成,从而减小能量损失,提高分离效率。此外,涡核摆动并不是随着排气管直径的增大就越剧烈,而是存在一个极值,在极值处涡核摆动整体最小;适当地调整排气管直径,有利于涡结构的平衡,提高流体的稳定性,从而提高分离效率。

非牛顿流体气泡羽流涡特性数值模拟研究

为进一步探究非牛顿流体中气液两相流流动特性规律,采用大涡模拟方法(LES)对非牛顿流体气泡羽流的涡特性进行研究。以清水和不同质量分数的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液为研究对象,分析不同表观气速和液相流变特性下气体的运动速度、羽流结构、涡量及涡的演变规律。研究结果表明,涡的演变速率随非牛顿流体浓度的增加而减小。结合Q判据分析不同工况下涡特性分布,随着CMC水溶液浓度的增加流场中的Q值不断降低,且流场内涡的演变速率随着非牛顿流体特性的增加而减弱。

旋风分离器流场数值模拟及其涡结构识别

采用计算流体力学软件Fluent,基于非稳态雷诺应力湍流模型对旋流分离器流场进行了模拟,得到了旋流分离器内部切向速度和轴向速度分布,并与实验值进行对比;同时将Q判据应用于旋风分离器内漩涡结构的识别,比较了切向进口处两种不同网格结构对涡结构的影响。结果表明:非稳态的雷诺应力湍流模型模拟结果对切向速度进行很好的预测,几乎与实验一致,轴向速度与实验结果趋势一致,能够很好的预测轴向速度的"驼峰"结构;切向进口处的网格质量由于伪扩散对模拟结果有影响,需要进行优化;利用Q判据能够将旋风分离器内部的旋进涡及环形空间二次涡进行准确识别,在旋风分离器中心轴线附近及环形空间存在漩涡。

跟踪碰撞的图形描述

借碰撞的图形描述法。

蜗壳式旋风分离器内部流场空间的涡分析

为了研究旋风分离器内部空间涡的特性,采用改进的RNG k-ε模型对单入口蜗壳式旋风分离器进行气相流场数值模拟。同时,引入Q判据识别涡的结构,并做出三维涡等值面,使空间涡的结构更加直观和具体;结果表明,利用Q判据做出的涡等值面在筒体上部区域等效直径较大,沿轴线向下,涡面等效直径逐渐减小,表明涡携带能量逐渐衰减;涡等值面并不是绕中心轴线呈规则圆周分布,而是扭曲的。在边壁处,因摩擦阻力存在,涡量急剧变小,涡的能量损失加剧。此外,涡核中心偏离几何中心的变化趋势,呈现先增大后逐渐减小直至较为平稳的过程,在此过程中,涡迅速发展,甚至破裂,产生动能损失。因此,提高涡结构的平衡,有利于改善旋流的不稳定性,降低能量损失,从而提高分离效率。

蝶阀流场的数值模拟及涡结构分析

利用流体动力学软件Fluent对双偏心蝶阀不同开度下的流场进行三维稳态数值模拟计算,得到了不同开度下阀后压力场和速度场的分布规律。结果表明:由于射流卷吸作用,在蝶板背面出现一个负压区,且开度越小,负压区的真空度越大。同时,根据模拟计算的结果,应用Q判据对蝶板下游流场涡旋结构进行识别及分析,证实了流体经过蝶阀后,在蝶阀下游形成一对柱状类似迪恩涡的二次流涡旋。涡旋以螺旋状向下游运动,由于边界层涡量的补充,涡旋经历了一个稳定发展的阶段,最终由于流体的粘性耗散而逐渐衰减直至破裂。