荷电气固两相流动管内输运流场的试验研究

基于输运段对荷电颗粒凝并效率的影响，建立了荷电颗粒输运试验系统，以研究管内颗粒输运流场随电压的变化情况．利用网状目标法测定颗粒群平均荷电量，应用流场测量技术PIV系统研究外加电场对颗粒运动的作用，运用二值化互相关图像处理算法，获得输运断面上的荷电颗粒速度、涡量以及湍动能分布图．试验发现：当充电电压低于-10kV时，颗粒的荷质比随充电电压的降低而增加，在-60kV时基本达到饱和荷电量；输运段中颗粒速度、涡量的分布值随电压的降低而增加；湍动能的分布呈现单峰特性，在-50kV时出现最大值．     

高压静电场作用下的两相流动模型

从荷电两相流中荷电离散相粒子的受力分析及量级比较出发,采用雷诺输运原理,建立了适合荷电离散相和连续相的雷诺输运方程.在此基础上,导出了荷电两相流中颗粒相和连续相的连续性方程、动量方程和能量方程.从而在荷电两相流动的研究中,完整地建立了荷电两相流动的基本方程.     

螺旋轴流泵的固液两相流动数值模拟

为研究螺旋轴流泵输送含有沙、油和水的固液两相时内部的流动情况,基于Ansys CFX软件,应用RNG k-ε湍流模型,采用固相颗粒直径为2 mm,初始体积分数分别为5%,10%,15%,以及液相油初始体积分数分别为5%,10%,15%时,对螺旋轴流泵叶轮流道内固液两相流场内部变化规律进行数值计算.结果表明:沙和油的分布规律相似,主要集中于叶轮进口边轮毂头部、叶轮外缘区域;当沙和油的初始体积分数改变时,其对应的过流部件内体积分数分布也发生了变化,分布区域也有所改变,说明沙和油两相互相影响对方的分布;当沙和油的初始体积分数一定时,各相的相对速度变化规律总体上趋于一致,其相对速度由大到小依次为沙、油和水;扬程和效率的计算曲线与试验曲线基本吻合,扬程误差值在3%左右,效率误差值在4%左右,说明试验方案的设计合理可行,数值模拟结果较为准确.     

荷电喷雾两相流场的试验

为研究荷电喷雾两相流动中雾滴在静电力与流体力的共同作用下运动特性和湍流脉动特性对其传热传质的影响,采用相位多普勒粒子动态分析仪（Particle Dynamic Analyzer,PDA）对荷电喷雾两相流场进行了测量．将荷电两相流动中粒径小于10μm的雾滴作为连续相,其余粒子作为离散相,实现了荷电喷雾两相流动的测量．获得了不同液气比下雾滴粒径、两相速度与湍流脉动强度等随荷电电压的变化关系．试验结果表明：雾滴粒径随着荷电电压的增大而明显减小;不同的荷电电压下气液两相流动速度趋于一致,荷电雾滴具有良好的跟随性;荷电喷雾两相的湍流脉动强度差异较大,雾滴本身在静电力作用下产生较大的脉动．     

双流体湍流模型对固液两相流计算的影响

为了研究固液两相流双流体模型的控制方程进行封闭时,采用不同方法进行模化产生的不同双流体湍流模型对固液两相流的计算结果产生的影响.研究了3种双流体湍流模型在不同固相条件和不同进口液相速度时对圆管内固相浓度和速度计算结果的影响,并与试验值进行对比.结果表明,不同工况时,3种双流体湍流模型的固相浓度计算结果在壁面附近的误差较大,都更适合计算流速大、含沙浓度高的固液两相流场;3种模型会显著影响含大粒径颗粒的固液两相流场的计算结果,而对小粒径颗粒影响较小;k_m-ε_m模型适用的固相浓度和流体速度的范围较广,具有更广泛的适用性;综合考虑固液两相流场各参数计算的准确性,当颗粒粒径大于165 μm时,k_l-ε_l-A_s模型更优,当颗粒粒径小于165 μm时,k_m-ε_m模型更优.     

旋流泵固液两相流数值模拟

通过对旋流泵内部流道进行三维造型,利用雷诺时均方程、双方程湍流模型并结合SIMPLEC算法对其内部三维固液两相流场和清水单相流场进行了数值计算,得到了固相不同体积浓度、不同流量下的分布规律,并研究了外特性的变化规律.模拟结果表明:固相在叶片工作面分布较多;在叶轮里离后盖板越远,浓度越高;无叶腔分布浓度大于叶轮分布浓度;固相浓度的增加会引起扬程的减小.     

出口角对离心泵内固液两相流动影响

采用欧拉多相流模型、标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,应用计算流体力学软件Fluent,对3台不同叶片出口安放角的离心泵内的固液两相湍流进行了数值模拟,分析了叶片出口安放角对泵内部固液两相流场的影响.计算结果表明：在叶轮流道内,固体颗粒的相对运动方向比液相更偏向叶片压力面,大叶片出口角叶轮内两相速度的夹角较大.通过对比不同叶轮内压力分布及固体颗粒体积浓度分布,得出以下结论：大出口安放角的叶轮压力面附近聚集了更多的颗粒,导致大量颗粒与叶片尾部的压力面相撞;叶片出口安放角增大使得叶轮出口压力增大.     

荷电两相湍流模型的建立

荷电两相湍流存在着非均匀的空间电场与流场的耦合作用,以及荷电颗粒相与连续相流体的相间作用,是非常复杂的两相湍流运动.本文采用颗粒拟流体假设得到了荷电两相流动瞬时状态的方程组.根据雷诺时均方法,建立了荷电两相湍流的时间平均雷诺方程组,并对其中的脉动关联项进行了模拟.     

固液两相流离心泵内部流场数值模拟与磨损特性

基于Particle模型和非均相模型,运用流场分析软件ANSYS-CFX对固液两相流离心泵的内部流场进行了数值模拟。对液相采用标准k-ε湍流模型,对固体颗粒相采用离散相零方程模型,壁面设置为自由滑移壁面条件。分析了在颗粒体积分数为0.1,固体颗粒直径分别为0.1、0.25、0.5、0.75mm时,过流部件壁面处固体颗粒相的滑移速度。结果表明：随着颗粒直径的增大,壁面处固体颗粒相的滑移速度增大;固体颗粒相向叶片工作面偏移;在叶片头部、叶片压力面和吸力面的中部到尾部处、蜗壳起始段靠近隔舌处和靠近叶片压力面尾部的前后盖板处等壁面,固体颗粒相的滑移速度较大,磨损较为严重。     

荷电两相流动颗粒运动微分方程的建立

荷电两相流动主要研究荷电颗粒的群体行为，从研究连续相中的荷电颗粒受力着手。选择Stokes阻力作为基准，确定了荷电两相流动中的主要受力，并对在荷电情况时颗粒群的粘性阻力系数进行了修正。根据牛顿运动定律，给出了一般形式的运动微分方程。这一方程的导出，对荷电两相流动的研究起到了一定的促进作用。     

基于量纲分析的弧形闸门过流公式及其应用

分析了常规弧形闸门过流公式使用中存在的不足,在阐述基于量纲分析的弧形闸门无量纲关系式的基础上,进一步推导出弧形闸门过流公式,分析了其参数率定方法。将基于量纲分析的弧形闸门过流公式应用于某水利工程弧形闸门的水工物理模型试验中,使用试验数据率定其过流公式参数,并校验了率定精度。理论分析与试验结果表明,与常规的弧形闸门过流公式相比较,基于量纲分析的弧形闸门过流公式更为简单方便,参数率定精度更高,而率定所需的工作量大大减少。     

静电凝并中荷电粒子的运动方程及近似解

本文分析静电除尘器预凝并粒子的运动情况,研究了荷电气固两相流中粒子运动与气流运动的关系,通过对荷电粒子的受力分析,在粒子运动过程中考虑了库仑力、压差力、附加质量力、Stokes阻力以及Basset力对荷电粒子的作用,而忽略其它力的影响,建立了湍流中描述粒子运动的基本方程—BBO(Basset-Boussinesq-Oseen)方程,用谱分解方法进行求解,并得到荷电粒子凝并运动方程的两组近似解,从而确定了粒子运动与气流运动的关系,αr为近似解的重要参数,随着αr的变化,粒子运动的复杂性随之变化。     

旋流泵菜籽-水两相流浓度特性实验与流场数值模拟

为探索旋流泵固液两相流内部流场及变浓度输送特性,分析了旋流泵固液两相流动基本原理及其特点。在32WB8-12型样机上完成输送清水及菜籽体积分数CV分别为6%、10%的外特性实验,得出泵流量-扬程、流量-轴功率、流量-效率和流量-临界汽蚀余量性能曲线。采用Mixture多相流模型及RNG k-ε湍流模型,对旋流泵在清水最优工况流量qv=9. 31 m~3/h下输送菜籽固液两相流流场进行了数值模拟,求解采用SIMPLE算法,得到3个轴面静压、速度矢量和固粒体积分数分布图。通过对比分析,数值模拟准确性得到了验证。综合分析了泵外特性变化与内部流场之间的定性因果关系,并提出了两相流泵优化设计改进措施。     

液压制动管路中气液两相流流型聚类分析识别

利用汽车液压制动系统设计了一套用于检测液压制动管路中气液两相流的实验系统,提出了一种基于图像的灰度共生矩阵与系统聚类分析的气液两相流流型识别方法。该方法使用高速摄像机采集液压制动管路中的气液两相流流型图像,然后利用数字图像处理技术提取流型图像的灰度共生矩阵纹理特征参数,并将这些特征参数作为系统聚类分析的数据,进行系统聚类分析,最终实现流型的识别分类。实验结果表明,选用合适的样品间距和类间距的系统聚类分析模型,能够快速准确地对汽车液压制动系统管路中的4种典型流型进行识别分类,总体识别率达95.625%。该方法为液压制动管路中气液两相流流型参数的研究提供了一种新途径。     

牛顿法潮流计算中两种稀疏存储方

研究了数组存储和链表存储这两种稀疏技术在牛顿法潮流计算中的效率问题，分析了它们在内存开销上的差别。内存分析和不同规模系统的算例表明：链表存储比数组存储多用的内存基本上是系统支路数、节点数的线性函数；采用列主元高斯消去法解修正方程时，链表存储相对于数组存储，以付出较小的内存空间赢得了计算时间的很大节省，系统规模较大时，链表存储较数组存储具有明显的优势；系统规模越大，优势越明显。在采用LDU分解时，链表存储较数组存储要稍快。     

高效节水灌溉管道流量计算原则初探

对于管网优化及投资分析来说,最不利情况下的水力条件不是普遍条件,不能够完全代表管网应当有的优化假定条件。通过管道控制灌溉面积来确定管道的流量,按照满足在一天内,管道控制的所有灌水器都灌溉一次的原则确定,并给出公式。让管道的流量这一重要参数,在高效节水灌溉工程优化和设计计算中变得简单并容易计算。     

颗粒和粉体混合物沿斜管运动计算和参数测定

在分析简化基础上，建立了颗粒和粉体混合物沿倾斜管流动方程。实验测定了直径2～3mm的陶瓷颗粒和玉米秸秆粉混合物的堆密度和滑动摩擦系数。实验表明：混合物堆密度、滑动摩擦系数和混合物中各成分的理论体积系数呈线性关系，且线性式中各表观值大于纯物质相应的值。     

上方来水流量对坡面土壤溶质迁移特征的影响

通过上方供水方式模拟薄层水流,研究了流量对红壤坡面产流、产沙及非吸附性离子（Br^-）迁移过程特征的影响。结果表明,起始产流时间随着流量的增加呈幂函数递减趋势;不同上方供水流量所形成的径流量随时间变化规律相似,初期产流量迅速增大而后期趋于稳定,但径流量随着上方来水流量增大而增大。在消除雨滴击溅夯实作用下,随着上方来水流...     

灌溉施肥地表水流与溶质运移模拟研究进展

采用数值模型能够方便快速地探讨不同灌溉施肥条件下的水肥利用效率,为改善灌溉施肥系统性能、减轻不当灌溉施肥方式对生态环境造成的负面影响提供科学依据。从灌溉施肥地表水流运动模拟、灌溉施肥地表水流溶质运移模拟、灌溉施肥地表水流与溶质运移耦合模拟等方面出发,系统总结了不同时空尺度下灌溉施肥地表水流与溶质运移模拟模型的类型及其相...