离心式气液分离器流场的全三维数值模拟

针对适用于高密度、高粘度钻井液气液分离系统二级分离的离心式气液分离器,运用CFD商业软件对其进行了全三维数值模拟,通过选取适当的数学物理模型得出了分离器内部气液两相流的运动情况和分布状况,探讨了分离器内的局部流场情况,指出了原模型的一些不足,提出了改进后的分离器模型。     

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。     

离心式气液分离器流场的全三维数值模拟

针对适用于高密度、高粘度钻井液气液分离系统二级分离的离心式气液分离器,运用 CFD 商业软件对其进行了全三维数值模拟,通过选取适当的数学物理模型得出了分离器内部气液两相流的运动情况和分布状况,探讨了分离器内的局部流场情况,指出了原模型的一些不足,提出了改进后的分离器模型。     

圆管气-液旋流分离器的数值模拟

建立了圆管气-液旋流分离器结构设计简化模型,通过研究液滴和气泡的轨迹并结合传统分离器的设计经验,完成分离器的结构参数设计和计算。使用Fluent软件对单、双入口分离器内部速度分布和压力分布进行数值模拟研究。轴向速度在分离器中心区域方向向上,在该区域外侧向下,拟合了最大轴向速度与入口混合物速度的经验关联式;切向速度在分离器中心位置为0,在径向先增大后减小,在壁面处为0,漩涡在最大值两侧分为两层,内侧为准强制涡,外侧为准自由涡;径向速度数量级比切向速度和轴向速度均小,并且在轴线的两侧一正一负,在分离器中心位置为0,沿着径向先迅速增大后减小,在壁面处为0。在下部液相空间的截面上,压力在圆管壁面处最大,在中心处最小;在轴向上,随着液位的升高,压力逐渐增大。对比单、双入口分离器的模拟结果,双入口切向速度、径向速度和压力的分布对称性更好,流场更稳定,动能损失更小,由此证实了在单入口情况下,分离器流场的不对称性由入口效应所致。     

矩形斜板湿法除尘塔气液两相流数值模拟

以自主研制的矩形斜板湿法除尘塔为物理模型,采用CFD(计算流体力学)软件Fluent对塔内三维气液两相的流场进行了数值模拟.计算中气相采用标准k-ε湍流模型,液相采用拉格朗日离散相模型,液滴的壁面行为采用壁面液膜模型.结果表明:矩形斜板除尘塔能有效地增大气液接触面积,增强气液扰动,延长气体在塔内的停留时间;在塔体的进口区域会出现烟气冲壁和液滴冲壁的现象;在进气管一侧的塔体顶部会出现流动死区;喷淋液体对气场有一定的整流作用,在喷嘴处可以观察到气体卷吸的现象;增大进口烟速,可增大液滴在塔内的充满度,但同时会出现液滴夹带的现象.最后,在不同气速,不同的液气比下对塔内的压力损失进行了实验验证,实验值与模拟值吻合较好.     

气液两相流瞬变流数值模拟研究

根据双流体模型建立了气液两相流瞬态水力学模型,对数学模型进行了特征化分析,利用模型方程的特征值和左特征向量将偏微分方程组转化为常微分方程组。以预估-校正法为基础,采用差分特征线算法进行数值求解,并编制了相应的程序。在大型多相流试验环道上进行了气量快速增加和减小的试验,计算值与试验值的比较结果表明,算法的收敛性和稳定性很好,程序较好地预测了气相流量瞬变过程中的压力和含气率的变化,能够分析瞬态流动过程中各参数的变化。     

曝气池内气液两相流CFD模拟

对曝气池反应器内的气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,模拟采取了双流体模型,液相湍流采用标准k-ε方程,两相间的动量传递只考虑曳力作用。模拟获得了曝气池内的液速及不同径向位置的轴向液速分布、气含率分布等,结果表明,气泡刚开始以直线垂直上升,过一段时间后,气泡的运动开始偏离轴中心,气泡群开始发生了摆动;随着气体速度增大,气含率分布变宽,气含率增大,液体循环液速也在增大,气液之间混合越充分,曝气效果越好。     

屋顶植被层传热的数值模拟研究

分析了当前对屋顶种植层的研究现状以及对屋顶植被层进行理论和实验研究的意义;在前人的研究成果的基础上,对自然植被层进行理论与试验研究,找出自然植被层所表现出的热特性.结果表明:自然植被传热的理论模型与试验测试较为吻合,能够很好地说明本植被层的温度变化规律,为进一步研究其他植被层的热特性提供了有益的参考.     

氮肥在肥际微域中矿化与迁移的模拟研究

为给氮肥的科学施用和高效利用提供科学依据,采用PVC管培养法,对氮肥在肥际微域中的矿化与迁移进行了探索性研究.结果表明,不同施肥处理的硝态氮含量分布差异显著,不同处理硝态氮含量依次为施化肥处理>施秸秆处理>不施肥处理;培养前期(5d、10d)铵态氮含量分布差异显著,但培养后期(20d、40d)差异不显著.生产实践中保持一定量的有机肥投入,以降低硝化作用、减少氮素损失和环境污染具有重要的参考意义.     

PFOA和PFOS在介质中迁移行为和数值模拟研究进展

全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）广泛应用于各种工业和家居产品的生产和使用中,因其具有热稳定性、化学稳定性和环境持久性等特殊性质,已在世界范围内广泛检出。目前,对于PFOA和PFOS在环境介质中的行为研究已有一些进展,本研究归纳总结了PFOA和PFOS在环境介质中的迁移行为和相关数学模型的研究进展。具体针对影响PFOA和PFOS在环境介质中迁移的机制（静电相互作用、疏水作用、配体交换和氢键）和因素（有机质含量、矿物类型、矿物含量、介质含水率、离子类型、离子强度和pH）以及可用于模拟的数学模型（对流-弥散模型、非平衡两点吸附模型、非平衡两区吸附模型、多速率模型、多过程限速传质模型,TOSD迁移模型）进行探讨和总结,以为后续更深入的科学研究提供综合性参考依据。     

地下采煤地表沉陷规律数值模拟研究

为了研究煤层开采对地表的影响及变形规律,以柳树沟煤矿一采区的113001工作面为研究背景,利用FLAC3D数值模拟软件建立模型,选取合适的参数,对该工作面的开采沉陷进行模拟,生成地表下沉曲线、水平移动曲线,通过对下沉曲线和水平移动曲线的对比分析,得出柳树沟煤矿一采区113001工作面开采地表移动变形规律。总体来说,由于煤层埋藏较深,开采厚度不大,其直接顶板岩层冒落岩块体积膨胀,所以不会造成该工作面采煤完成后出现大规模的地表沉降。     

青藏高原夏季下垫面植被变化气候效应的数值模拟

利用中尺度区域大气模式RAMS对青藏高原下垫面植被变化的气候效应进行了数值模拟试验,研究了植被变化对区域气候的可能影响。结果表明,青藏高原气候效应在对流层高层（300hPa）有很好的体现,高原植被的变化后所引起的加热和降温效应在地表和高空表现不一致,且在流场上表现出的气旋性差值（反气旋性差值）会加强对流层高层南亚高压（低层西南低涡系统）,从而可能会影响长江流域的降水。     

一次梅雨锋暴雨过程中陆面影响的数值模拟研究

[目的]数值模拟一次梅雨锋暴雨过程中的陆面影响。[方法]用耦合了NOAH陆面模块的中尺度大气非静力模式GRAPES-Meso,模拟了2005年7月6～8日江淮流域一次梅雨锋暴雨过程,通过有无陆面过程的敏感性试验,研究了陆面过程对梅雨锋暴雨的影响。[结果]耦合NOAH陆面过程后,GRAPES-Meso能模拟出梅雨锋降水和大气低层西南急流的日变化特征。陆面过程对降水启动、强度和分布的模拟都有改进,其中,对降水启动模拟的改进尤为明显,较好地改善了模式的spin-up问题。不考虑陆气交换,则模式的降水启动非常慢,模拟的降水强度演变与实况差异很大,且不能模拟出降水和西南急流的日变化特征。[结论]陆面过程对此次江淮梅雨过程有重要影响。     

黄河源区陆面过程的数值模拟研究

利用青海黄河源玛多地区2011年7月5～7日土壤温度的观测资料,根据热传导一对流方法计算出该地区的土壤热扩散率和水通量密度的值,代入青藏高原陆面模式TP-LSM（Tibetan Plateau Land Surface Model）,模拟了青海黄河源玛多地区夏季总辐射、净辐射、土壤热通量的日变化情况,并与实测资料进行了比较和分析。结果表明,黄河源玛多地区夏季的土壤热扩散率的值为8．35×10^-7m^2／s,水通量密度的值为-1．92×10^-7m／s;TP-LSM模式能够有效地模拟出高原上夏季总辐射、净辐射、土壤热通量的日变化情况,对青藏高原玛多地区夏季总辐射、净辐射和土壤热通量模拟的标准差分别为119、127、109W／m^2。     

基于MPI的地下水数值模拟并行算法研究

地下水数值模拟是研究分析各种地下水问题的重要手段。针对传统地下水数值模拟串行算法在处理海量数据模型时计算时间长、运行效率低的特点,在分布式存储系统上利用消息传递标准MPI,设计了一种采用Cholesky预条件子,粗粒度、低通信开销的PCG并行算法。通过在具有4个处理核心的Linux集群环境中的测试可知,该程序运行所获得的加速比会随着处理核心数的增加而不断增大,并在4个处理核心数的时候获得最大加速比2.21,说明所设计的PCG并行算法具有较好的加速效果和可扩展性。     

2007年一次江淮暴雨的诊断分析及数值模拟研究

用Ncep实况资料对2007年7月7—9日的天气形势和实测的6h降水进行诊断分析,用WRF模式对发生在2007年7月8—9日的一次江淮降水进行数值模拟,并利用此次模拟的3h次的输出结果从动力学和热力学方面对此次暴雨作诊断分析。结果表明：造成8日江淮大暴雨的直接的影响系统是850hPa的切变线及切变线上的低涡;强降雨中心出现的位置跟低层辐合高层辐散出现的位置和最大垂直速度上升区有很好的一致性;锋面南方存在深厚的位势不稳定区域,一旦有抬升运动产生,便很容易激发出强烈的对流运动．从而产生强降水。     

柴达木盆地暴雨过程的数值模拟

利用WRF模式,采用两重嵌套的设计方案模拟柴达木盆地地区的2007 ～2010年期间发生的3次重大降水过程,将柴达木盆地地区2007年6月17 ～20日、2008年7月29～30日、2010年5月30 ～31日3次降雨过程的模拟结果进行综合分析.结果表明,柴达木盆地地区各站24h降雨量的模拟值和观测值相比,东部降雨量模拟值偏多,西部降雨量模拟值接近或偏少,芒涯、冷湖、小灶火、格尔木四站24h降雨量平均分别略多0.5、1.7、0.7、1.2mm,大柴旦24h降雨量平均偏少1.2mm,诺木洪、德令哈、都兰、乌兰、天峻各站24h降雨量分别偏多3.0、2.5、2.7、3.0、3.5mm.