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。     

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。     

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。     

气液两相流持液率及压降特性的试验研究

研究了不同流型下压力降与持液率的特点,以及压降脉动信号的方差与持液率、气、液相流量之间的关系.试验结果表明,分层流动的持液率值最高,平均压降最低;环状流动持液率值最低,平均压降值最高;段塞流动位于两者之间.分层流压降脉动信号的方差很小,随气、液量和持液率的变化小;段塞流压降脉动信号的方差最大,随气相流量和持液率的变化而变化较大,在相同气量下,方差随持液率的增大而增大,在相同持液率下,方差也随气量的增大而增大;环状流的方差在分层流和段塞流之间,气相流量的变化对压降脉动信号的方差的影响小,但液相流量的变化对其影响较大,随着液相流量和持液率的增大,压降脉动信号的方差会增大.     

气液两相流管道流固耦合问题

气液两相流的不稳定流动和管道变形之间的相互作用,极大地改变了流体管道系统的特性,促进了气液两相流管道流固耦合的研究进程。概述了国内外单相输流管道流固耦合研究现状,重点阐述了海洋立管气液两相混输中严重段塞流的流动规律及其流固耦合问题的研究情况,评述了输流管道流固耦合的常用数值计算方法。分析了当前气液两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题,展望了其发展前景。     

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.     

气液两相流瞬态数值模拟

多相流动的瞬态数值模拟最常用的是双流体模型,由于受技术垄断的影响,其相关求解资料较少.为此,通过采用有限体积法,将SIMPLE算法推广到两相流形成SIMPLE-MF算法,用于双流体模型的求解效果较好,并开发了两相流瞬态模拟程序.     

气液两相间歇流流型下的蜡沉积规律

利用多相流动蜡沉积试验环道,以高含蜡量原油为试验介质,对气液两相流的蜡沉积规律开展试验研究,得到间歇流流型下蜡沉积层厚度随液相折算速度、气相折算速度和间歇频率等流型影响因素的变化规律。结果表明：在间歇流流型中,蜡沉积物在管壁环向分布较为均匀。当液相折算速度恒定,平均蜡沉积层厚度随气相折算速度的增大而减小。若气相折算速度保持恒定,液相折算速度较低时,平均蜡沉积层厚度随液相折算速度的增大而增大;液相折算速度较高时,平均蜡沉积层厚度随液相折算速度的增大而减小。若气相折算速度相同,段塞频率随液相折算速度的增大而显著增大,导致平均蜡沉积层厚度呈现减小趋势。研究结果为建立气液两相流动蜡沉积动力学模型奠定了基础。（图6,参6）     

气液两相流流型的判别方法

为研究气液两相流的流型变换规律,建立高计算精度的气液两相流水力计算模型,以Shoham和Kokal的实验数据为基础,对通用流型判别法、改进的Taitel-Dukler流型判别法及段塞流特征分析法用于气液两相流流型判别的效果进行验证。基于以上3种判别方法,给出流型判别图,并与实验数据进行对比,总结出3种判别方法的特点。结果表明:通用流型判别法和段塞流特征分析法对气液两相流流型的判别结果较好,其中通用流型判别法的计算适用性更强,研究成果为气液两相流水力计算提供了流型判别算法的选取依据。     

基于双流体模型的管内气液两相流稳态计算方法

基于双流体模型的理论稳态综合水力学模型编制了模拟程序,发现持液率的微小波动将导致求解的压力、流速等结果严重偏离准确值.为避免持液率对求解结果的影响,提出了一种简化的计算模型,并将该模型计算结果与试验数据进行了对比,结果表明,模拟结果与试验数据有很好的吻合.     

离心泵内固液两相流动的三维数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对离心泵全流场的固液两相流速度场和压力场进行三维湍流动力学仿真分析.结果表明:叶轮流道沿程压强逐渐升高,叶轮轴向截面压强分布非对称性较明显;固液两相在同一壁面上的速度分布规律相同,叶片和前后盖板壁面的固液两相平均速度差达10%以上;扬程和效率的数值计算和试验测量值接近.     

基于计算流体动力学与离散元法的离心泵内流场及磨损的数值模拟

利用离散单元法与流体动力学耦合的方法研究了不同入口流速(0.6、1.2、1.7 m/s)和额定转速(2650、2800、3000 r/min)下单级离心泵内部流场变化、磨损部位、磨损量、输送能力。结果表明：离心泵叶轮叶片尾部易发生空化现象,入口流速对叶片空化现象、出水管道滞留区域产生的影响大于转速的;9种工况下离心泵最大磨损量出现在叶片尾部,转速从2650 r/min变化为3000 r/min时,磨损最严重的部位由叶片1、4尾部变为叶片1、2尾部,叶轮叶片为离心泵磨损最严重的部件,占离心泵总磨损量的38.10%～49.41%;离心泵内沙粒平均停留时间表明,流速对离心泵输送性能的影响大于转速的,入口流速0.6m/s、1.2m/s、1.7m/s下沙粒平均停留时间分别为0.144、0.068、0.052 s,说明随着流速的增加,离心泵输送性能增强。     

基于OpenFOAM的化工泵全流场数值模拟及性能预测

为了验证开源软件OpenFOAM在化工泵数值计算中的准确性,以OpenFOAM5.0为平台,在0.3 Qd^1.4 Qd(Qd为设计工况流量)的工况范围内对IH型化工离心泵进行稳态和瞬态全流场数值计算。流动控制方程选取标准k-ε湍流模型,稳态和瞬态计算分别采用simpleFoam和pimpleDyMFoam求解器。通过后处理软件ParaView显示计算得到的泵内流速、压力及流线分布,分析泵内旋涡与流动损失的关系,预测计算泵的扬程、输入功率及效率等外特性参数。在同样的计算模型、网格及边界条件下,将开源软件OpenFOAM和商用CFD软件预测计算的泵性能参数与实测结果进行对比,结果表明:OpenFOAM在化工泵性能预测方面有较高的精度。     

塔式立管气液两相流的压力波动特性试验研究

为了研究深水油气田塔式立管系统气液两相流压力波动特性,通过室内试验分析了不同流型下的压力变化特征、压力波动幅值等。室内试验得到了6种流型,每种流型对应特定的压力波动形式,且最大波动幅度出现在严重段塞流向稳定流转变过程中的过渡流型Ⅱ上。通过分析立管底部的最大、最小压力,得出如下规律:压力波动幅值随折算气速的增加呈现先增大后减小的趋势,且流型的转变对气速的敏感性高于液速。通过概率密度函数(Probability Density Function,PDF)和累计分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF)的统计学分析,得出系统压力的PDF和CDF曲线在各种流型下的分布形态:下倾管底部压力PDF曲线在严重段塞流下高压区单峰特征显著;过渡流型下左右两峰相当,呈两端高、中间低的形态;稳定流型下峰值数量增加、压力范围集中;CDF曲线在高压区的拐点与PDF曲线的峰值对应。跨接管底部压力PDF曲线峰值均处于低压区,且中间高、两端低。在严重段塞流下,曲线呈现双峰和三峰分布,稳定流表现为单峰对称分布。结合压力PDF和CDF曲线可辅助分析和判别流型,并直观获得塔式立管系统压力概率分布特征,以此作为其疲劳损坏和安全评估的参考依据。     

高速摄像技术在两相流场籽粒运动测量中的应用

利用高速摄像技术研究多相流场物料籽粒运动规律。文章以振动输送装置中物料籽粒运动测量中的应用为例,采用高速摄像系统连续采集流场的图像,然后进行图像的分析和处理。对物料籽粒的运动轨迹、速度信息进行测量的结果表明,利用高速摄像可以很好的研究多相流场的物料籽粒运动规律。     

地源热泵系统在输气站场内的应用及节能分析

输油气站内生活采暖和制冷设备大多是电暖器和空气源热泵,能耗较高.从节能角度出发,分析了地源热泵技术的工作原理、工作过程及其相对于空气源热泵的优势.以北京某输气站为例,根据站内地质、气候特征,按照埋地换热器、负荷、流量设计计算方法,确定设备型号、传热介质类型及地埋管布局,在输气站内设计建造地源热泵系统.按照有关标准,对该系统进行节能监测,并分析其节能效果,结果表明:与空气源热泵相比,该系统节能率为27.62％;与电暖器相比,节能率可达63.81％,节能效果明显,长期运行经济效益可观,具有推广应用价值.     

旋风分离筒进料高度对筒内气相流场分布的影响

为了解进料高度对旋风分离筒内气相流场分布的影响,提高风力清选装置的清选效果,以湖南农业大学研制的5TY–100型油菜脱粒机旋风分离筒为研究对象,利用Gambit对3种进料高度(50、150、250 mm)的旋风分离筒建模,导入FLUENT中模拟仿真。模拟仿真结果表明:进料高度不影响旋风分离筒内涡核的轴向空间尺寸,但对旋风分离筒内的负压、气流速度、切向速度及涡核体积产生影响,进料高度越小,旋风分离筒内部的负压值越小,气流速度值、切向速度值、涡核体积越大。综合分析可得,进料高度越小,物料的清选效果越好。     

CFD在水力机械湍流分析与性能预测中的应用

为了研究水力机械运行特性，将最新发展的计算流体动力学（CFD）理论与方法应用于水力机械湍流分析，给出了水力机械湍流流动控制方程，分析了求解湍流流动的Reynolds时均法和大涡模拟法的适用性，建立了通过湍流流场分布预估水力机械能量特性和空化特性的数学模型。通过基于k-ε双方程湍流模型的轴流泵全流道三维定常湍流计算，获得了与实际情况相符的流动细节。根据计算结果对轴流泵的能量、空化性能所做的预估．与试验结果基本一致。CFD理论和方法为探寻水力机械流场流动特性与结构动力特性间的复杂关系提供了一种新手段，为研究和开发高性能、大流量、高水头的水轮机和水泵提供理论和实际应用参考。     

湿天然气管输瞬变流模型及数值模拟技术研究

湿天然气浊经输技术的应用可减少海洋,沙漠,戈壁,滩海等条件恶劣的凝析气田的操作作人员和降低开采费用。在实际运行中,湿天然气在输送管道中的流动总是处于慢瞬变状态。