气泡浮力羽流动力特性三维数值模拟研究

【目的】研究曝气池中气泡浮力羽流的动力特性,为提高深层曝气方式的污水处理效率提供依据。【方法】分别采用欧拉双流体模型和混合模型结合标准κ-ε紊流模型,对气泡浮力羽流进行数值模拟,讨论了这2种模型计算流场的精确性和边界条件的适应性,并使用压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with splitting of operators)算法进行了速度与压力耦合求解。【结果】通过模拟得到了气泡羽流的瞬时性及其尾部的摆动规律等流动特性,模拟的速度矢量沿水深方向呈增加趋势,但表现并不稳定,在上部区域气泡羽流出现了摆动,而在下部区域气泡羽流的摆动不明显,但这一部分的速度相对较大。【结论】欧拉双流体模型结合标准κ-ε紊流模型模拟气泡浮力羽流动力特性优于混合模型。     

豆基蛋白胶气泡雾化机理的数值模拟

根据豆基蛋白胶的流动特性,确定了其本构方程,为数值模拟研究提供了相关的参数;选择设计了一种气泡雾化喷嘴,分别对水和空气以及豆基蛋白胶和空气在喷嘴内部的流动情况进行了数值模拟研究.结果表明:豆基蛋白胶是非牛顿流体中的一种假塑性流体,它在气泡雾化喷嘴中的流动符合幂律模型;这种假塑性流体能和水一样与空气在气泡雾化喷嘴内部进行很好地混合,其压力图、速度矢量图、组分体积分数图符合流体力学的运动规律,这为具有高黏度特性的豆基蛋白胶进行雾化实验提供了理论依据.     

数值模拟方法在双洞式溢洪道体型优化中的应用

采用可行化k-ε湍流模型、VOF法界面跟踪技术及分区结构非结构网格区域离散方法,对甘肃九甸峡水电站双洞式溢洪道引水渠和溢流段的三维自由面流动进行了数值模拟,并以改善进口不良流态、消除堰顶较大负压,平衡两洞间的流量分配作为目标,对其体型进行了优化研究。结果表明,原设计方案过堰流动水面严重扭曲,且存在明显的负压,体型设计不合理;优化方案获得了理想的进水口与溢流堰曲线形式。所有计算结果与实测值吻合良好,说明数值模拟技术可以在岸边溢洪道的水力设计和体型优化中发挥重要作用。     

排沙漏斗三维流场的数值模拟

在对排沙漏斗的计算区域作了特殊处理后,选用适当的边界条件,采用VOF方法追踪自由水面,结合RNG双方程湍流模型,对排沙漏斗内三维两相流场作了数值模拟,给出了水面线、静压、速度等参数的分布。将数值计算得到的流速分布与试验实测结果进行了对比,两者吻合较好。计算结果对研究排沙漏斗的流场特性和输沙机理以及优化排沙漏斗设计具有一定的指导意义。     

运动激波与气泡串相互作用的多介质数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用而诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证了Level set 方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用间断有限元Galerkin方法求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO格式求解Level set方程追踪多流体界面,界面附近的边界条件由虚拟流体方法处理.对运动激波和两个气泡相互作用过程进行了数值模拟,得到了不同时刻的压力和密度等值线分布,并分析了计算域中两个气泡同是氦气泡,以及一个是氦气泡,一个是R22气泡情况下的计算结果.计算结果表明:利用多界面Level set方程可高质量地捕捉多个流体界面,处理3种多介质流场数值模拟问题.     

大伙房水库主溢洪道三维流场数值模拟

采用RNGk-ε双方程模型模拟湍流,利用流体体积分数法(VOF)确定自由水面线,笛卡尔自适应网格与部分面积体积障碍模拟法(FAVOR)处理复杂的几何边界,成功地对大伙房水库主溢洪道流场进行了三维紊流数值模拟,得到了自由水面、溢洪道堰面压力、断面流速大小、分布和三维流场的分布规律,结果分析表明数值模拟与物理实验结果吻合较好。     

风力发电机组输出功率特性的数值模拟

建立了包含叶轮、发电机、负载等整个机组输出功率特性的数学模型，以Windows XP为平台，利用高级程序设计语言Visual Basic开发了一套数值模拟系统，对不同额定功率的风力发电机组在不同风速和温度等条件下输出功率的特性进行数值模拟。通过对模拟结果与实验结果的分析研究，指出风力发电机组输出功率的主要影响因素，同时表明模拟结果与实验结果吻合良好。     

水合物浆液流动特性数值模拟

考虑水合物颗粒体积分数对水合物浆液粘度的影响,应用CFD／FLUENT模拟得到了设计工况下水平管中水合物浆液流型、床层高度,颗粒体积分数分布,管道压降、平均粘度等数据,同时基于DoronP等提出的适用于固液两相流动的双层流动模型,编程求解各工况下的流动参数。通过对比模拟结果、计算结果和实验结果可知,数值模拟方法可以对水合物浆液在水平管中的流动压降进行准确预测,而通过编写UDF,将水合物颗粒流动过程中的粒径分布考虑其中,可以更好地描述水合物浆液的流动状态。因此,数值模拟方法可以作为研究水平管中水合物浆液流动特性、分析流动参数影响因素的有效手段,但尚存不足,有待完善。（图7,表4,参10）     

粮食颗粒流动特性的试验与数值模拟

对气体相湍动能采用修正的k-ε二方程模型,颗粒相湍动能采用颗粒动力学方法,考虑两相间的相互作用,应用气-固两相流的欧拉-欧拉双流体数学模型。利用数值方法模拟垂直管内上升流动的行为,得到了管道沿程压降、平均颗粒速度的变化以及输送方向上不同截面处的压力分布。将该模型运用到垂直管气力输送中,结果表明,模拟结果与试验测量结果吻合较好。     

秸秆颗粒流化特性的数值模拟分析

在农作物秸秆的流化床燃烧发电应用中,秸秆颗粒在床内的气、固两相流动特性会对燃烧、积灰情况等产生影响。该文采用ANSYS FLUENT软件对秸秆颗粒在流化床内的流化特性进行数值模拟,分析颗粒直径对最小流化速度的影响,得到了随直径变化的最小流化风速特性。模拟结果能够为秸秆流化床锅炉的优化设计和运行提供指导。     

蓄水单坑均质土壤水分运动的数值模拟

本文从土壤水动力学的基本理论出发 ,建立了蓄水坑灌条件下的二维剖面土壤水分运动数学模型 ,并采用ADI法结合Gauess-Seidel迭代法进行了数值模拟。验证实验表明 ,模拟结果与实测值有着较好的一致性     

平原灌区明渠涨水过程数值计算

通过联立明渠非恒定流的运动方程和连续性方程,经离散变换后采差分法求解得到了计算明渠涨水过程的计算模型,本模型的边界和初始条件实际上就是进口断面处的水位和流量变化的过程函数。并计算了一实例,得到了经试验验证较为合理的计算结果,证实了该模型的合理性与可行性,故该计算结果可用来指导明渠系统调节调度或是预报洪峰行进,为灌区渠系的防洪提供了理论参考。由于该模型的建立的控制方程适用于小坡度明渠,故该模型适用于坡度较小的渠道,尤其适用于平原灌区渠系。     

水沸腾相变过程的数值模拟

为了解沸腾换热的机理,掌握相变换热的数值模拟方法,本文分别对大容器沸腾和竖直通道内的强制对流沸腾进行了数值模拟。通过定义汽液两相的质量传递和能量传递,计算得到了速度场、压力场、温度场和蒸汽体积比例分数等参数的分布情况。结合沸腾换热理论和模拟结果,分析了两种不同情况下水的沸腾换热过程。     

潮汐水网区水环境数值模拟研究进展

潮汐水网区水环境数值模拟是定量分析该区域污染物排放与水环境质量改善之间关系的重要技术手段。该文从面源污染负荷模型、河网水动力、水质模型3个方面分析了潮汐水网区水环境数值模拟的研究进展,并对其发展趋势进行了总结,从而为潮汐水网区水环境数值模拟的研究提供有益的参考。     

坐水播种土壤水分入渗的数值模拟

以土壤水动力学为理论基础，对坐水播种土壤水分入渗物理过程进行分析，建立其水分入渗的数学模型，并用有限元方法求解。通过室内入渗试验，检验数学模型的适用性。应用该数值模型，分析了土壤初始含水率、种沟宽度、回土量等因素对水分入渗的影响，并对回土量的选择进行了讨论。     

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。     

一维非饱和土壤水分运动的数值模拟

基于MATLAB平台,应用有限差分法,对以土壤含水率(θ)为应变量的一维非饱和土壤水分运动模型进行了离散,得到了该模型的有限差分方程,并对其进行了模拟。结果表明,该模型形式简单,计算简便,符合应用要求。     

油藏数值模拟技术在调剖堵水中的应用

在全面认识双河油田北块Ⅳ4层系地质特征的基础上,采用数值模拟方法对该区块的水驱开发动态进行了历史拟合。在注交联聚合物油藏数值模拟研究中以正交设计方法和模糊综合评判优化设计方法为手段,分析了各参数的敏感性,并优化出了措施井的调剖剂用量。实施调剖措施后出现了明显的增油降水效果。     

花道泡水质模拟预测研究

Delft-3D是由荷兰水力研究院（Delft Hydraulics）开发设计的三维或二维可视水动力一水质联合模拟软件系统,可全面仿真水域的三维或二维循环水流水质情况。该模型不仅考虑了复杂的流体力学问题和输送过程,还考虑到众多与有关水体相关的物理、化学和生物的相互作用,使仿真结果较先前使用的水质及水力模型仿真套件所作的预测更为可靠和准确。该研究以Dent-3D软件为技术平台,对饮用水水源地花道泡引水初期的水质进行了模拟预测,初步确定了水体适合农业灌溉和生活饮用的时间,并且给当地的决策部门提出了一些建议。     

基于FEFLOW的地下水源地数值模拟研究

对朝阳市建平地区地下水水源区水文地质条件进行分析、概化,建立研究区的数学模型,并对数学模型参数进行识别与验证,计算各种水均衡项,以为水资源论证提供水资源量数据支撑。