紊流场中固体颗粒运动轨迹的Lagrangian模型

本文用标准稳态K-ε双方程二阶湍流封闭模型模拟流场,在全面考虑固体颗粒受力情况的基础上,用跟踪颗粒运动的Lagrangian方法描述球形固体颗粒运动,数值求解了紊流场和颗粒运动轨迹。数值计算结果与实验结果相比是令人满意的。

下进风袋式除尘器内部气固两相流动数值模拟

为了研究袋式除尘器滤袋失效机理 ,进一步指导除尘器的设计、运行和改进 ,通过简化滤袋结构和应用结构化 /非结构化混合网格技术 ,对DMC180型下进风袋式除尘器实际运行条件下的内部气固两相流动进行了数值模拟。计算结果表明 ,袋室内形成了旋涡回流和不均匀压力场 ,袋室后端滤袋组过滤速度和滤袋间隙速度大大超过最大允许值 ,是后端滤袋易于磨损失效的主要原因。通过计算还得到了不同处理风量和过滤介质表观渗透率条件下 ,各滤袋组过滤速度和颗粒沉积量分布规律。

多喷嘴对置式煤气化炉内气固两相流动及壁面沉积

对我国具有自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化炉内的气固两相流进行了数值模拟分析.在合理简化和假设基础上建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内气固两相流动模型,采用Realizablek-ε模型描述炉内复杂气相湍流运动,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动.通过数值计算获得了炉内气固两相的速度矢量、颗粒分布、颗粒运动轨迹,以及颗粒碰撞并沉积于壁面的通量分布.揭示了该型气流床煤气化炉内气固两相流动特征,并分析了入口速度和炉体上部高度对气固两相流动和颗粒在壁面沉积的影响规律.结果表明:对撞流显著增强炉内气固流动湍动,强化气固相互作用,并使煤粉颗粒在炉内有效分散,有利于化学反应高效进行;在喷嘴入口及顶部的壁面处颗粒沉积率较大.

突扩圆管内液-固两相流固体颗粒运动特性的DPM数值模拟

采用考虑颗粒碰撞的欧拉-拉格朗日数值模拟方法(DPM),对水平突扩圆管中液固两相流固体颗粒的碰撞过程进行了数值计算。在模型中,对液相采用欧拉法建立控制方程,对离散颗粒采用拉格朗日方法模拟。采用硬球模型描述颗粒间的碰撞作用。计算结果表明,该模型可以真实地模拟液固两相流中固体颗粒运动的动态变化过程以及颗粒的非均匀分布特征,从单颗粒层次上提供颗粒的运动信息,这有助于深入研究液固两相流中固体颗粒的运动规律。

两段式气流床煤气化炉内熔渣壁面沉积数值模拟

为了研究我国自主研发的两段式干煤粉气流床气化炉内熔渣壁面沉积规律,对该气化炉进行了三维数值模拟.在合理假设的基础上,建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内湍流多相反应流动模型,采用Realizable k-ε模型计算炉内气相湍流流场,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动与壁面沉积过程.通过数值计算获得了炉内气相流场、煤粉颗粒运动轨迹及其浓度分布,以及熔渣颗粒在炉膛壁面上的沉积率分布,揭示了该炉型内熔渣颗粒壁面沉积特性,并分析了不同进料方式对熔渣壁面沉积的影响规律.结果表明:两喷嘴对置进料使得熔渣主要沉积在喷嘴高度处两喷嘴之间的壁面上;四喷嘴对置进料使得一段壁面熔渣沉积率高于两喷嘴进料时的熔渣沉积率,且沉积率在圆周上的分布更加均匀,有利于形成均匀渣层对壁面进行有效保护;四喷嘴切圆进料使得炉内几乎所有熔渣颗粒都沉积在炉膛壁面上,且停留时间较短.

湍流边界层中颗粒物扩散的双拉格朗日模拟计算

采用拉格朗日方法模拟计算了湍流边界层中气相粒子和颗粒物的运动。其中,气相粒子在流场中按平均风速输送,用一系列随机位移,模拟湍流对扩散的影响,分析了颗粒物在流场中的受力情况,建立了求解颗粒物扩散轨迹的牛顿运动方程。用该方法模拟平板边界层内颗粒物的扩散行为,给出了颗粒物受力及在边界层内的运动轨迹,并将计算的质量通量与文献中的实测值进行了比较。结果表明:计算值与实测值基本吻合,初步验证了本文方法在模拟颗粒物扩散时的可靠性。

湍流两相流动模式理论综述及展望

回顾和讨论了国内外两相湍流数值模拟的现状和发展趋势，介绍了两相湍流方程组封闭模式及主要成果。同时指出了目前在两相湍流数值模拟中存在的问题和有争议的处理方法。着重介绍拉格朗日模型、欧拉－拉格朗日模型及在单相湍流中受检验较多、应用较广的ｋ－ε模型，τ－ε模型在两相湍流中的应用状况。指出两相湍流模型的建立除了应遵循理性力学原则外，还必须密切结合工程实际的复杂流动现象，加强实验研究以便进一步提高对两相湍流机理认识和提出较为通用的两相湍流计算模型。

固体火箭发动机两相内流场的连续介质-离散颗粒耦合混合模型数值模拟

为解决含Al推进剂固体火箭发动机内流场两相流动的数值模拟问题,采用将颗粒相视为连续介质和离散颗粒相结合的综合方法,建立起气相与颗粒相的双向耦合混合模型。针对颗粒类型与粒径尺寸的不同,采用拉格朗日法描述大粒径颗粒,平衡欧拉法描述小粒径颗粒,克服了现有模型难以全面考虑颗粒尺寸效应而使模拟精度下降的困难,通过算例验证了该混合模型的有效性和准确性。针对含Al推进剂固体火箭发动机内流场湍流气粒两相流动进行了数值模拟,分析了不同粒径尺寸颗粒的分布及其对发动机内流场和结构性能的影响情况。结果表明,大颗粒粒径在跨喷管段变化明显,平均减小30%。粒径40μm以上的颗粒易破碎,且燃烧效率进入平台区,较10μm颗粒下降50%以上,其Al含量均大于60%。

耦合粗粒化离散颗粒法和多相物质点法的气固两相流模拟

在气固两相流动的模拟中严格处理颗粒运动和颗粒相互作用时,欧拉-拉格朗日(EL)方法比欧拉-欧拉(EE)方法更具优势。但传统的EL方法仅能处理少量颗粒。将颗粒群作为单个计算颗粒处理可扩大模拟规模,粗粒化离散颗粒法(CG-DPM)和多相物质点法(MP-PIC)是其中两种主要方法,分别更适用于稠密和稀疏的颗粒流体系统。将两种方法耦合建立了更通用、准确和有效的EL方法,比较了不同耦合参数下流型、固相分率分布等定量信息,确定了最佳耦合参数。