动态液-液水力旋流器的结构优化

介绍了一种典型动态液-液旋流器的结构及其数值模拟模型和边界条件,通过将模拟值与试验值进行比较,证实了所用数值模型和方法的合理性。对旋流器的旋转筒长度、旋转栅叶片数、旋转栅叶片长度及溢流口直径等参数进行了优化,为动态旋流器的设计及其在油田生产中的实际应用奠定了基础。     

用雷诺应力模型计算旋风分离器中气-固两相流动

针对分离器内部的复杂的三维强旋转、气-固两相湍流运动,采用雷诺应力模型(SSG),利用贴体网格技术,模拟计算了分离器内部流动,并将计算结果与实验数据进行分析、比较。分离器内的固体颗粒运动采用涉及湍流扩散影响的随机轨道模型和确定轨道模型,在流场计算的基础上,模拟了不同直径的颗粒在分离器内的运动规律及颗粒分离效率,并同理论和实验得到的数据进行了比较。     

操作参数对液-液旋流器内部流场及分离性能的影响分析

为了进一步研究液-液旋流器操作参数对其内部流场及分离性能影响,应用FLUENT流体分析软件,采用雷洛应力模型（RSM）,对不同的进口流量及底流口压力分别进行深入的仿真研究,得到不同操作参数下的内部流场情况,据此分析其对液-液旋流器内部流场及分离性能的影响,为液-液旋流器的设计及现场操作提供了理论依据。     

基于CFD清管器结构的管内流场模拟及优化设计

为了研究清管器结构尺寸对清管作业时管道流场特性的影响,以便寻求较为适合的清管器结构尺寸,以可调速直板清管器为例,利用FLUENT前处理软件Gambit建立了3个不同长径比的可调速清管器工作模型,并对其进行网格划分,然后利用FLUENT流体分析软件对不同长径比的清管器工作时的流场进行数值模拟,得到了不同长径比情况下清管器工作时的流场压力、速度和湍流动能的分布图。以清管器长度尺寸作为优化对象,对数值模拟结果进行对比分析后发现,清管器附近流场波动较剧烈,湍流动能及强度急剧增大,其在清管器内部流场中达到最大;清管器下游流场的湍流强度虽有所下降,但仍然是高湍流强度流动,长径比为1时各指标波动较小,说明长径比为1时对下游的流场影响较小,模拟结果与工程实际经验相符合。研究结果可为清管器的优化设计提供理论依据。     

油菜旋风式烘干机干燥筒内气力流场特性仿真分析

为了避免油菜旋风式烘干机作业时已达到烘干效果的油菜籽不能及时分离,导致油菜籽过度干燥,借助Ansys Fluent软件对油菜旋风式烘干机主要工作部件干燥筒的气力流场进行仿真分析,探究干燥筒的气流入口型式、入口气流速度及入口截面积大小等因素对干燥筒内油菜籽的分离性能的气力流场旋转强度、速度分量和压降等指标的影响规律。进一步预估并仿真分析油菜籽有效分离的干燥筒出口气流场特性,利用毕托管对干燥筒出口气流场风速进行测量,验证了该仿真模拟方法的正确性。结果表明:干燥筒气流入口型式采用蜗壳式所形成的气流场承载和分离物料能力优于切向式;当入口截面积一定时,速度越大,干燥筒内气流场分布更有利于物料分离;干燥筒入口截面积与压降呈正相关,并对出口段的气流速度有影响。对出口流场进行模拟和实测验证试验,其流场变化趋势基本一致,同一点位的流速模拟值与实测值的平均误差为6.58%,验证了所建立的干燥筒气力流场仿真模型的正确性。     

斜板式气液分离器流场的数值模拟

基于计算流体动力学(CFD)方法,应用ANSYS-CFX软件,分别应用标准k-ε模型和RNGk-ε模型,对斜板式气液分离器内部流场进行数值模拟计算,得到了在两种湍流模型下的分离器内部流场速度矢量分布规律、气体体积分数分布规律以及流体轨迹规律。对比两种湍流模型的分析结果表明:在流体流动快速畸变时,RNGk-ε模型的ε方程中增加的附加生成项会迅速增大,由此改善了对旋转流、浮力流等较复杂湍流的预报能力;与标准k-ε模型相对比,RNGk-ε模型更能合理地模拟斜板式气液分离器的内部流场分布。     

不同喷嘴结构油罐旋转喷射搅拌器数值模拟

原油罐清罐和油品调和时会应用油罐旋转喷射搅拌器,为了研究旋转喷射搅拌器喷嘴结构对搅拌效果的影响,对平喷嘴、拉法尔喷嘴和文丘里喷嘴进行了对比,使用ANSYS15.0实现直径16 m油罐的喷射搅拌全流场数值模拟,并以密度的标准差作为评价搅拌效果好坏的量化参考。在仿真计算的设置中,为了实现对喷嘴旋转的模拟,采用了滑移网格;黏性模型选择湍流的标准k-e模型;多相流模型选择混合模型。数值分析结果表明:出入口流速相等的情况下拉法尔喷嘴和文丘里喷嘴中的流速高于平喷嘴中的流速;在油罐旋转喷射搅伴器的搅拌作用下,密度标准差随时间推移逐渐减小;搅伴器配置拉法尔喷嘴和文丘里喷嘴后相比于平喷嘴搅拌效果更好,尤其是在搅拌20~30 min内,后者与前两者的差距最为明显。据此使用油罐旋转喷射搅拌器时,推荐配置拉法尔喷嘴或文丘里喷嘴。     

入口下倾小型旋风分离器的仿真设计

以一台4 t/h燃煤锅炉烟气的旋风分离器为对象,采用R-k-ε湍流模型,利用Fluent软件对Stairmand HE型分离器内部流场进行三维数值仿真分析,并采用离散相模型对固体颗粒进行追踪,研究旋风分离器筒体结构及运行参数对其分离效率、运行压降和磨损的影响,获得了同时具有较高分离效率、较低运行压降、较少磨损的入口下倾分离器筒体结构参数.     

液-固旋流器分离过程的数值模拟

航空煤油在使用过程中,要求洁净度高、无机械杂质等有害物质。探讨了旋流器用于煤油-杂质二相分离情况,对煤油一杂质在液一固旋流器内的分离过程进行了数值模拟,并研究了杂质粒径、入口处理量对分离效率的影响。计算结果表明：旋流器底流口阀门在适当时间内开启和关闭,可以避免被分离出的杂质再次污染液体和防止液体的流失;当杂质粒径大于一定值时,才能被有效地分离;旋流器的处理量存在着较优区间。这些结果可为旋流器在实际工程应用中的操作提供指导。（图7,参15）     

直流式气液旋流分离器高效数值求解算法北大核心

为了克服直流式气液旋流分离器数值计算过程中收敛速度较慢、健壮性较差的问题,急需引入高效稳定的数值求解算法。首先建立了直流式气液旋流分离器的物理数学模型,然后分别采用SIMPLE、SIMPLEC和IDEAL 3种压力速度耦合算法对旋流器进行数值求解,比较了3种算法的计算效率和健壮性。数值计算结果表明:在不同网格数量、入口速度和湍流模型下,IDEAL算法的收敛性和健壮性均优于传统的SIMPLE和SIMPLEC算法,因此建议在旋流器数值计算中采用高效稳定的IDEAL算法。研究结果为后续旋流器内气液两相复杂流动特性的研究及分离性能的预测奠定了基础。     

过渡状态下明渠水流紊动规律的模糊模型

通过研究过渡状态下的水流紊动规律，层流、过渡状态、充分发展的紊流可以被认为是一发展、渐变、模糊的过程。基于此，通过引进模糊数学的隶属度，过渡状态的紊动规律可表述为程度的层流与程度的紊流的综合作用，导出了过渡状态下时均流速公式和阻力系数公式。并将其应用于明渠水流，理论结果与试验资料比较符合。     

低佛氏数水跃紊流数值模拟研究

【目的】研究低佛氏数(Fr₁)水跃紊流的水力特性。【方法】采用VOF方法处理闸门上、下游表面,用二维RNG型k-ε紊流数学模型,对低佛氏数（Fr₁=2.0～4.5）水跃紊流进行数值模拟,研究了不同低佛氏数水跃的跃后水深、水跃长度及流速分布,分析了水跃区及其下游明渠流区压强、紊动能、耗散率和水跃消能率的特性。【结果】淹没系数大于1.2时,水跃长度均大于其他经验公式计算的水跃长度,且水跃长度增幅随佛氏数的增加而增大。水跃区断面各点时均流速最大值沿程减小;跃后明渠流区,断面各点平均流速沿程无明显变化。水跃区主流与漩滚交界处附近,特别是泄水闸门附近的紊动能及耗散率均最大。随着佛氏数的增加,理论和实际消能率均增大,且理论消能率大于考虑了跃后紊动能的实际消能率。【结论】低水头水利枢纽泄洪功率较大,应充分考虑低佛氏数水跃实际消能率低的水力特性,设计合理的消能设施以解决其消能防冲问题。     

自吸泵内气液两相流分析及数学模式

本文以自吸式离心泵中的气液两相流为研究对象，利用湍流、射流理论中的Tolleimn平面平行射流边界层方程及气液两相流理论，在一定的假设条件下，得出变密度和无因次纵向速度方程，并拟合出了叶轮出口的排气量和自吸时间的计算公式。     

自吸泵内气液两相流分析及数学模式

本文以自吸式离心泵中的气液两相流为研究对象，利用湍流、射流理论中的Tolleimn平面平行射流边界层方程及气液两相流理论，在一定的假设条件下，得出变密度和无因次纵向速度方程，并拟合出了叶轮出口的排气量和自吸时间的计算公式。     

单鳃片分离鳃固液两相流流场三维数值模拟

利用RNG k-ε两方程紊流模型和简化的多相流Mixture模型,对单鳃片垂向异重流式分离鳃固液两相流场进行了三维数值模拟。结果表明,装置内存在水沙绕鳃片形成的横向异重流和水沙绕容器边璧运动的垂向异重流现象。鳃片上下两侧各存在一个顺时针涡旋,两侧通道与鳃片上、下表面流速较大,其余区域流速很小。三维模型能较好地反应水沙混合物的运动,模拟结果与实际吻合较好。     

两相流水沙分离鳃流场的PIV测试及分析

利用粒子图像测速技术,测试了两种工况下垂向异重流式水沙分离鳃中水沙两相流的速度场,给出了分离鳃内泥沙运动的流速矢量分布图、流速云图及三维流场分布图.对测试结果的分析表明,分离鳃内部形成了泥沙沿鳃片上表面向下运动,清水沿鳃片下表面向上运动的垂向异重流现象,加速了泥沙的下沉.此分析结果与实际观察现象及理论分析一致,进一步探明了分离鳃的水沙分离机理.     

基于Fluent仿真软件的滩地植被作用下复式河道水动力特性的精细化数值模拟

为研究浅滩植被对复式河道水动力特性的影响,了解植被作用下滩槽间水流动量交换的影响机制,利用Fluent流体力学仿真软件,选取标准的k-ε湍流模型封闭雷诺方程,对浅滩植被作用下的复式明渠内的流体运动特征进行精细化模拟,分析了不同淹没高度、不同流量条件下滩地植被对复式断面明渠的水流速度、湍流动能及断面二次流变化的影响。结果表明:受植被的影响,植物区计算主流速度的垂向分布不再呈对数分布,而呈现准S型的分布;相对无植被的工况,植物区内主流流速减小,随着滩地植被高度的增加,植物带的内部与上部区域主流速度减小,而主槽内主流流速相应增大,说明植物的存在对滩地区域的水流产生明显的阻碍作用,使断面主流向河道主槽内转移,植物的存在也对横向速度产生较强的扰动,能够促使断面二次流的形成;植物顶端附近的湍流动能变化较大,随着浅滩植被高度的增加,植被和水流交界处的湍流动能最大值也发生相应的变化,说明在植被顶端存在较大的动能交换;随着入流流量的增加,断面主流速度呈增大趋势,各测点湍流动能沿水深方向的幅值也相应增大。研究表明,Fluent流体力学仿真软件能够较好地精细化模拟滩地植被对复式河道水动力特性的影响,其计算结果可为河流防洪工程、河道浅滩整治及生态护岸等工程的实施提供科学依据。     

集输管道油气水三相流型识别数值模拟

油气水三相介质具有的不同物理化学性质,使得其混合物在时间和空间上存在一个相态与分布均不确定的混合界面。采用多相流VOF模型研究了集输管道内油气水三相混输过程,并对其流型进行识别,通过研究初始含气率对流型的影响,得到工程实际中常见的泡状流和塞状流,进而分析了流速对泡状流中气泡分布的影响。结果表明：对于泡状流,气泡的分布与液体流速直接相关,流速越低,气泡的分布越不均匀;模拟结果与相关理论吻合较好,可为工程实际提供一定的理论指导。     

河流穿越管道小孔泄漏数值模拟

针对河流穿越管道泄漏后油品在水中的迁移扩散问题,采用计算流体力学中的有限体积法,选取标准K-ε湍流模型,建立河流穿越管道小孔泄漏的数值仿真模型。模拟了柴油在水域中的迁移扩散过程,并分析比较不同泄漏孔径、泄漏速度和水流速度条件下的油品体积分数和扩散范围。研究结果表明：泄漏速度、泄漏孔径和水流速度不仅直接影响油品在水中的扩散轨迹及迁移方式,而且会改变油品在水中的体积分数和扩散范围,该研究可为建立河流穿越管道漏油应急预报系统提供理论畚考。（图10,表1,参10）     

管内单相流体沿程摩阻系数分析

以莫迪图线和鲁克－怀特方程为基准,从众多关系中筛选出单相流体的圆管内各流动区沿程摩阻系数的一整套计算公式以及各区域之间的区分界限。按单相流体沿程摩阻系数λ与雷诺数Ｒｅ、相对粗糙度ε的关系分为五种流型区域：层流区、层流与紊流之间的过渡区、紊流光滑区、紊流混合摩擦区和紊流粗糙区。除小范围的层流与紊流之间的过渡区流动较复杂,目前尚无充分认识外,其它四个区都有建议公式。