氧煤燃燒器內(nèi)湍流氣固兩相流動數(shù)值模擬

通過對旋流泵內(nèi)部流道進(jìn)行三維造型,利用雷諾時(shí)均方程、雙方程湍流模型并結(jié)合simplec算法對其內(nèi)部三維固液兩相流場和清水單相流場進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,得到了固相不同體積濃度、不同流量下的分布規(guī)律,并研究了外特性的變化規(guī)律。模擬結(jié)果表明:固相在葉片工作面分布較多;在葉輪里離后蓋板越遠(yuǎn),濃度越高;無葉腔分布濃度大于葉輪分布濃度;固相濃度的增加會引起揚(yáng)程的減小。

采用雷諾時(shí)均n-s方程和rngk-ε湍流模型,使用多相流模型中的混合物模型,通過商用軟件fluent,對自吸時(shí)旋流自吸泵內(nèi)氣液兩相流場作了數(shù)值模擬.在對蝸殼流道和葉輪流道進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí),尺寸扭曲率為0.78.根據(jù)模擬結(jié)果,將泵內(nèi)兩相流場的靜壓分布,與單液相時(shí)的靜壓分布作了對比,并比較了葉輪內(nèi)氣相與液相相對速度的分布情況.另外,對含氣率的分布情況作了分析.結(jié)果表明,自吸時(shí)氣液兩相狀態(tài)下的靜壓稍小于單液相狀態(tài)下的靜壓;泵內(nèi)的主要流動是液相通過相間作用夾帶氣相的流動,液相速度略大于氣相速度;靠近泵出口的兩個(gè)葉道內(nèi),有氣相的積聚,含氣率較高.

應(yīng)用cfd軟件對空氣鉆井環(huán)空氣固兩相流動進(jìn)行數(shù)值模擬研究。模擬結(jié)果顯示,不同入口速度條件下,壓強(qiáng)分布的趨勢基本一致,氣體入口速度越大,壓強(qiáng)速率變化越快;在斜井中,空氣和巖屑的速度分布并不均勻,環(huán)空區(qū)域明顯大于近壁面區(qū)域,最大流速發(fā)生在井筒環(huán)空區(qū)域上部,當(dāng)氣體流速與巖屑速度接近時(shí),攜巖效果并不理想;井筒內(nèi)巖屑濃度的分布并不相同,環(huán)空區(qū)域巖屑的平均濃度明顯大于近壁面處。

以川渝地區(qū)油氣田現(xiàn)場空氣鉆井用潛孔鉆頭為模擬對象,根據(jù)實(shí)體模型、底部包絡(luò)面和實(shí)鉆井眼建立流場模型,采用rngk-ε方程作為氣相湍流模型,用拉格朗日粒子追蹤法描述固相,進(jìn)行潛孔鉆頭的旋流場數(shù)值模擬。研究結(jié)果表明:氣相在噴嘴出口形成的扇形面積小,未完全覆蓋鉆齒,鉆齒處巖屑攜帶效率低;轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速對井底流場影響很小;鉆頭中心區(qū)域和切削結(jié)構(gòu)中部(徑向狹長區(qū)域)存在回流;流量分配不均和回流影響攜巖效率和鉆進(jìn)速度;借鑒pdc鉆頭水力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路,在潛孔鉆頭每個(gè)切削結(jié)構(gòu)中心位置增加1個(gè)噴孔,在潛孔鉆頭中心增1個(gè)中心噴孔,發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后鉆齒上分配的氣量明顯增加,過流流速增大,鉆頭中心區(qū)域回流現(xiàn)象基本消除,改進(jìn)后結(jié)構(gòu)有利于及時(shí)清除巖屑,減少重復(fù)切削,可以提高機(jī)械鉆速以及延長鉆頭壽命。

第!"卷!第#期 $%%#年#月 ! 西!安!交!通!大!學(xué)!學(xué)!報(bào) &’()*+,’-./0+*&/+’1’*2(*/34)5/16 3789!"!:# ;?%%@""西安# 摘要"針對循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器內(nèi)顆粒濃度高#相互間作用力強(qiáng)的特點(diǎn)!在引入顆粒流運(yùn)動理 論的基礎(chǔ)上!把在物理上是單個(gè)粒子的固體相看作連續(xù)介質(zhì)!采用4k8gi方法對冷渣器在不同工況下的出渣 量!以及氣泡在不同生長階段的流型進(jìn)行了數(shù)值模擬!并與試驗(yàn)結(jié)果作了比較9結(jié)果表明"出渣量的計(jì)算值 與測量值符合良好!誤差都在h$#

利用計(jì)算流體動力學(xué)技術(shù)對用于空調(diào)凈化領(lǐng)域的高效過濾器(highefficiencyparticulateairfilters,hepa)內(nèi)的氣-固兩相流動特性進(jìn)行數(shù)值研究,該高效過濾器由交錯(cuò)排列纖維組成。模擬時(shí),計(jì)算不同運(yùn)行條件下過濾器的壓力損失及不同粒徑范圍過濾器的捕集效率,并將數(shù)值計(jì)算值和文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算值進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:和其他經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅容^,過濾器壓力損失的數(shù)值預(yù)測值和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式吻合較好,誤差在2%以內(nèi),預(yù)測結(jié)果也表明,隨著迎面風(fēng)速的增加,過濾器壓力損失呈線性增加;在過濾器中不同粒徑范圍的微細(xì)顆粒捕集機(jī)理也不同,對于本文所研究的過濾器,粒徑小于0.2μm時(shí),主要由布朗擴(kuò)散起作用,粒徑大于0.5μm時(shí),慣性碰撞貢獻(xiàn)較大,而粒徑位于0.2μm～0.5μm之間時(shí),兩種機(jī)理作用都較弱,因此過濾器的捕集效率在該范圍出現(xiàn)最小值。

采用mixture多相流模型、realizable湍流模型與simplec算法,應(yīng)用cfd軟件fluent對內(nèi)混式自吸泵自吸過程的氣液兩相流進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過分析不同含氣率條件下流場的壓力分布、速度分布、氣相分布,探討了氣液兩相介質(zhì)在泵內(nèi)的運(yùn)動情況,一定程度上揭示了內(nèi)混式自吸泵自吸過程的內(nèi)部流場變化規(guī)律,為自吸泵的設(shè)計(jì)提供更多的參考依據(jù)。

駐極體空氣過濾器內(nèi)氣-固兩相流動數(shù)值模擬技術(shù)的研究進(jìn)展——隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展,基于顆粒尺度模擬微細(xì)顆粒在駐極體空氣過濾器中的團(tuán)聚和沉積變成可能。回顧了駐極體空氣過濾器內(nèi)氣固兩相流動數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展過程,概述了研究成果,指出了亟待解決的問題。

基于歐拉-拉格朗日基本思想,將煙氣看成連續(xù)相,將顆粒視為離散相,采用氣固雙向耦合和顆粒隨機(jī)軌道模型,對某船用增壓鍋爐燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)氣-固兩相流動進(jìn)行了數(shù)值模擬,并重點(diǎn)分析了不同直徑固體顆粒在葉柵通道中的運(yùn)動軌跡分布特點(diǎn)。數(shù)值模擬結(jié)果可為該型渦輪葉片的氣動特性優(yōu)化設(shè)計(jì)以及有效防磨措施的制定提供理論參考,以減輕固體粒子對葉片的侵蝕。

基于新型水冷球床反應(yīng)堆,以水和空氣為工質(zhì),分別在直徑為2、5、8mm的玻璃球填充圓管形成多孔介質(zhì)通道中,對豎直向上氣-液兩相流動阻力特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,阻力壓降隨著氣液流量的增加而增大,并且與流型存在一定的對應(yīng)關(guān)系;在相同流動條件下,顆粒直徑和孔隙率對壓降有明顯影響。結(jié)合實(shí)驗(yàn)所得的234組實(shí)驗(yàn)點(diǎn),對兩類阻力關(guān)系式(分相模型關(guān)系式和均相模型關(guān)系式)進(jìn)行了比較和改進(jìn)。結(jié)果表明,基于分相模型的關(guān)系式一致性較好,但隨著顆粒直徑的增加其偏差值增大;現(xiàn)有的基于均相模型關(guān)系式預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值相差較大,而改進(jìn)的均相模型關(guān)系式與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。

通過利用9-26型高壓離心風(fēng)機(jī),對排粉風(fēng)機(jī)在風(fēng)機(jī)葉輪不同轉(zhuǎn)速、不同出口速度場條件下的風(fēng)機(jī)出口兩相流濃度進(jìn)行了測量,測量發(fā)現(xiàn)除內(nèi)側(cè)附近區(qū)域外,沿著風(fēng)機(jī)出口朝向外側(cè)的方向固相濃度逐漸增高.測量結(jié)果給利用排粉風(fēng)機(jī)出口的固相濃度分布特性來進(jìn)行含粉氣流的濃淡分離提供了參考.

建立了高爐冷卻壁三維物理模型。采用大型cfd軟件flunt6.8中的歐拉多相流模型,對高爐冷卻壁冷卻水管內(nèi)的液固兩相流三維流動和污垢清洗特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。分析了流體的流速、固體顆粒的粒徑、體積分?jǐn)?shù)對流體的流動、清洗強(qiáng)度及清洗均勻的影響。結(jié)果表明:流體的湍流強(qiáng)度、壁面污垢清洗強(qiáng)度和壓力降均隨流速、顆粒粒徑和體積分?jǐn)?shù)的增加而增加;液固流態(tài)化清洗防垢除垢效果取決于流速、液固顆粒粒徑和體積分?jǐn)?shù)的合理組合;綜合考慮節(jié)水節(jié)能及污垢清洗的均勻性,高爐冷卻壁的最佳流速為2.0～2.5m/s,固相顆粒粒徑為3～4mm,體積分?jǐn)?shù)為5%～8%。研究結(jié)果為高爐冷卻壁液固流態(tài)化污垢在線清洗的工業(yè)應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

利用顆粒軌道模型對通風(fēng)機(jī)內(nèi)部稀疏氣固兩相流動進(jìn)行了數(shù)值模擬,重點(diǎn)分析了最優(yōu)工況下不同粒徑粒子軌跡分布情況。模擬得到了不同直徑的固體顆粒在風(fēng)機(jī)中的運(yùn)動軌跡,積塵分布。這些結(jié)果為研究風(fēng)機(jī)磨損,延長使用壽命提供理論基礎(chǔ)。

借助fluent軟件包,采用rsm模型,對螺旋式旋風(fēng)分離器內(nèi)氣-固兩相流場進(jìn)行模擬分析.結(jié)果表明:內(nèi)部流場較穩(wěn)定;切向、軸向速度具有類對稱性,在分離區(qū)呈螺線結(jié)構(gòu)特性;壓力損失較小,對粒徑小于5μm的顆粒具有一定的分離能力.

以氣/固兩相流互相關(guān)測量系統(tǒng)為研究對象,采用計(jì)算機(jī)仿真的方法,對由電容傳感器構(gòu)成的基于離散相濃度的電容互相關(guān)流速測量機(jī)理進(jìn)行研究。利用anasys軟件分析電容傳感器與離散相濃度的關(guān)系;采用monte-carlo方法,建立氣/固兩相流動模型;研究"凝固流動圖型"、"非凝固流動圖型",離散相濃度、粒度及速度分布對互相關(guān)測量系統(tǒng)的影響。

低壓大氣式燃燒器中引射器的數(shù)值模擬——隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算流體力學(xué)(cfd)的發(fā)展，利用cfd來研究燃燒器內(nèi)部湍流，化學(xué)反應(yīng)等復(fù)雜流動現(xiàn)象，為設(shè)計(jì)定型提供了有力的參考依據(jù)，尤其在燃燒器技術(shù)方案論證及優(yōu)化設(shè)計(jì)中起著越來越重要的作用．通過建立燃燒器的流體...

輔助高速攝影儀對正方形小通道內(nèi)氮?dú)?水兩相流向上流動進(jìn)行可視化觀察,對流動特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,獲得了典型的流型圖像。采用數(shù)字圖像處理技術(shù)對流型圖像進(jìn)行了處理,檢測得到氣相的周長、面積,并通過提出的假想圓柱體模型計(jì)算和統(tǒng)計(jì)得到了截面含氣率。將壓降實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果與典型的分相流、均相流壓降模型預(yù)測值比較,結(jié)果表明,chisholm關(guān)系式能較好地預(yù)測兩相流的壓降變化,lee&lee關(guān)系式和dukler關(guān)系式可較好地預(yù)測低表觀速度時(shí)的兩相流壓降。

利用高速攝影技術(shù)對軸流風(fēng)扇內(nèi)部粒子的運(yùn)動特性進(jìn)行了測量。實(shí)驗(yàn)測量了３圓周面內(nèi)跨葉片間粒子的運(yùn)動規(guī)律。所用粒子為１ｍｍ直徑的泡沫球。對拍攝圖像處理之后發(fā)現(xiàn)：（１）在葉輪通道內(nèi)壓力面一側(cè)粒子濃度比較大，吸力面一側(cè)則比較小，并且在吸力面有無粒子區(qū)存在。（２）粒子和壓力面發(fā)生碰撞和反彈，而不會和吸力面發(fā)生碰撞。（３）在壓力面一側(cè)粒子的運(yùn)動速度比較低，而在吸力面一側(cè)粒子的運(yùn)動速度比較高。

在機(jī)玻璃豎直矩形通道內(nèi)，以空氣和去離子水為工質(zhì)獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。據(jù)此對豎直矩形小通道內(nèi)均相流模型的適用性進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明，采用mcadams兩相粘度時(shí)均相流模型及chen等提出的修正均相流模型能較好用于1．41mm間隙通道壓降的預(yù)測，平均絕對誤差分別為10．92％和12．20％；采用mcadams兩相粘度時(shí)均相流模型對于3mm間隙通道在兩相雷諾數(shù)jrp大于6000時(shí)平均絕對誤差為10．04％，但氣．液兩相脅較低時(shí)預(yù)測偏差較大。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得到了均相流模型適用于3mm間隙通道的范圍；針對兩相re較低的區(qū)域擬合得到了新的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，其預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值符合較好。

針對平行流換熱器中設(shè)置的多孔隔板氣液分離聯(lián)箱,研究制冷劑r134a氣液兩相流在聯(lián)箱中的氣液分離特性,討論多孔隔板對氣液分離效率和多支管中氣相分布均勻性的影響。利用fluent軟件對無孔隔板、3孔隔板的多支管聯(lián)箱中氣液兩相流在進(jìn)口氣相質(zhì)量流量0.75~1.00g/s、液相質(zhì)量流量1.00g/s下的流動特性進(jìn)行模擬計(jì)算。結(jié)果顯示:當(dāng)氣相質(zhì)量流量0.75~0.90g/s時(shí),3孔隔板聯(lián)箱可進(jìn)行有效氣液分離,與無孔隔板的多支管聯(lián)箱相比,平均出口干度最大可提高35%,多支管中氣相的分配均勻性最大可提高81%。但當(dāng)氣相質(zhì)量流量增大到1.00g/s時(shí),氣液分離失效。表明在一定工況下多孔隔板可實(shí)現(xiàn)多支管聯(lián)箱內(nèi)的氣液分離,且有助于提高聯(lián)箱出口氣體的分配均勻性。

以氮?dú)夂退疄閷?shí)驗(yàn)介質(zhì),利用高速攝像機(jī)對水力直徑為1.15mm的矩形小通道內(nèi)的氣液兩相垂直向上流動特性進(jìn)行可視化研究,依次得到泡狀流、彈狀流、攪拌流和環(huán)狀流4種典型的流型圖像。針對小通道內(nèi)氣泡之間相互無遮掩性的優(yōu)勢,運(yùn)用圖像處理技術(shù)對流型圖像分形增強(qiáng),檢測氣泡邊緣并填充后根據(jù)提出的氣相體積模型,得到兩相流動的含氣率。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)分液相reynolds數(shù)把流動分為層流區(qū)、過渡區(qū)和紊流區(qū),并對chisholm關(guān)系式進(jìn)行修正,結(jié)果表明:修正后的壓降模型能較好地預(yù)測本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

運(yùn)用流場計(jì)算軟件fluent,對軸流泵葉輪內(nèi)氣液兩相三維流場進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,分析了水氣混合工況下的流動參數(shù)分布特點(diǎn)。通過對葉輪流道內(nèi)的靜壓分布及含氣率分布的分析,揭示了氣泡在葉輪流道中的分布特征。研究發(fā)現(xiàn),在不改變?nèi)~片安裝角的情況下,隨著流量的增加,沖角發(fā)生變化,導(dǎo)致氣泡聚積現(xiàn)象從葉片的背面移到葉片工作面。此外,在葉片背面靠近輪轂處和葉片背面的輪緣處易發(fā)生氣泡的聚積。