荷电颗粒拟流体多相湍流模型的建立

荷电多相湍流与一般多相湍流相比，存在流场脉动与电场脉动耦合的复杂运动特征，如何用方程加以描述并利用模型方程模拟这种耦合作用成为荷电多相湍流模拟研究的一项重要任务。在单相荷电流体湍流模型方程和荷电颗粒拟流体多相湍流描述方程建立的基础上，根据目前发展和应用不断扩大的“双流体”多相湍流模型，把荷电颗粒当作拟流体处理，借用拟流体多相湍流描述方程建立的方法，获得了荷电颗粒拟流体多相湍流模型，该模型方程通过电场关联项描述了电场和流场湍流脉动的耦合作用。通过引入电湍能交换系数对电场关联项加以模化，该模型可用于工程中大尺度复杂荷电多相湍流的模拟计算和工业装置的设计。     

荷电颗粒多相湍流数学模型的构建

随着静电喷雾技术的发展,对荷电多相湍流的研究也不断深入,由于这一流动现场极其复杂,模型构建的难度增大.在多相湍流模型建立的理论基础上,采用双流体模型,考虑湍流脉动与电场耦合作用,引入“体平均”概念,构建了荷电多相湍流数学模型.“双流体”多相湍流模型在工业领域模拟复杂湍流中的成功应用和不断发展,为荷电多相湍流提供了新的工程模拟模型和方法.在单相荷电流体湍流模型方程建立的基础上,根据“双流体”多相湍流模型建立的理论基础,把荷电颗粒当作拟流体处理,借用拟流体多相湍流描述方程建立的方法,推导了荷电颗粒拟流体多相湍流的描述方程,为进一步获得荷电颗粒拟流体多相湍流模型提供了基础.     

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.     

静电喷粉沉积速度场理论研究

基于颗粒的扩散特性和颗粒对流体湍流脉动响应的不同机理,以圆柱为模拟目标物,建立了静电喷粉沉积过程中荷电颗粒随机位移的概率密度分布函数所满足的Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程。由该方程解出的分布函数表明,沉积过程中荷电颗粒的运动特性不仅决定于颗粒的荷电特性与空间电场分布以及流体的运动特性,而且与初始位置和速度有关。     

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．     

双流体荷电雾化的PDA实验

液体荷电雾化技术能够有效降低雾化的粘滞阻力,提高雾化效果,在雾滴形成后电场能减小雾滴表面张力,使雾滴产生二次雾化,进一步减小雾滴粒径,同时可以提高雾滴粒径尺度的均匀性.以空气、水为介质对自行设计的双流体雾化喷嘴进行了实验研究,获得了不同荷电电压与液气比下的雾滴粒径、雾滴轴向射流速度及雾滴的轴向湍流脉动强度,利用相关技术实现了对气液两相速度和湍流脉动强度的测定,探讨了荷电电压对雾滴粒径、轴向射流速度及湍流脉动强度的影响.     

流体机械内流数值模拟的发展与趋势

回顾了流体机械内部流场数值模拟的发展简史,系统地阐述了流体机械内部不可压缩湍流的计算方法和求解Ｎａｖｉｅｒ Ｓｔｏｋｅｓ方程的原始变量法。对用于流体流场计算的数种湍流模型进行了比较与分析,并提出了流体机构内部流动数值的研究方向。     

流固耦合作用对离心泵内部流场影响的数值计算

采用双向同步求解的方法对离心泵内流场和叶轮结构响应进行联合求解,研究了叶轮流固耦合作用对离心泵内部流场的影响.流场模拟基于Reynolds时均化N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型,采用多重坐标系法;结构响应基于弹性体结构动力学方程.并将计算所得的流道网格变形、流场静压和速度的分布以及径向力等结果与非流固耦合计算的流场进行对比分析.分析结果表明,流固耦合作用使得流体和固体区域计算网格发生微小变形,这不仅会改变流体对固体载荷的分布,而且会影响结构对流体的做功作用,从而影响流场的分布;叶片相对隔舌不同位置时,叶轮出口处和蜗壳流道内流场的静压分布变化趋势不同;流场速度变化主要出现在叶片和叶轮出口附近;各时间点上径向力的大小和方向变化较明显.     

离心泵叶轮内部湍流流场的数值模拟

为了进一步探索泵叶轮内部三维流场的参数、为泵的设计提供理论依据，以IB50-32-250离心泵叶轮的设计参数为依据．根据叶轮内部湍流流动的通用方程建立湍流模型，利用ANSYS8．0对离心泵叶轮内部流场的速度、压力进行数值模拟，初步得出了叶轮内部流场主要特征和分布规律．对研究流体机械叶轮部件内部的流动情况具有参考价值。     

双叶片螺旋离心泵非定常压力脉动数值分析

为了分析双叶片螺旋离心泵内部流动压力脉动特性,以ZJ200 - 25型螺旋离心泵为研究对象,采用Navier- Stokes方程和标准SST k -ε湍流模型对其内部流场进行了多工况全流道非定常数值模拟.在叶轮与蜗壳耦合面上以及泵进出口处设置了7个监测点,计算得出了各监测点的压力脉动时域及频谱特性.计算结果表明,各工况...     

潜水搅拌机内部压力脉动特性分析

为深入研究由叶轮内压力脉动引起的潜水搅拌机振动的内部流场特性,利用大型计算流体软件Fluent 6.3和大型网格专用软件Gambit,采用RNG k-ε湍流模型和 PISO算法和滑移网格技术与刚盖假定方法,对潜水搅拌机搅拌的污水处理水池三维非定常湍流流场进行了数值模拟,在研究了叶轮区域及水池内流体流场特性基础上,分析了潜水搅拌机内部压力脉动特性研究.研究结果表明:潜水搅拌机搅拌叶轮内部以及叶轮附近的流体具有很明显的周期流动变化,高压低速区和低压高速区均随着叶轮的旋转而发生周期转动.叶轮进出口以及内部的压力脉动频率以叶轮转频为主.研究结果可为潜水搅拌机的实际工程应用提供参考.     

湿式离合器摩擦片油路流场仿真分析

通过运用不可压缩流体控制方程和RNGk-E湍流模型,建立了湿式离合器油路的三维模型,借助ANSYSWorkbench有限元分析软件软件,分析了湿式离合器接合过程中流场分布规律。研究结果为湿式多片离合器的优化设计和离合器的散热提供了参考。     

双流体荷电喷雾结构的PIV测量

在荷电喷雾流动中,高压静电场产生的库仑力、极化力与流体力耦合作用在雾滴上,从而对带电雾滴的运动特性产生显著影响,在射流边缘区域出现卷吸作用而产生涡漩流动。为了对双流体荷电喷雾结构进行分析,探讨雾滴荷电对喷雾结构的影响以及由此产生的传热、传质强化作用,利用粒子速度场仪测量了石灰浆液双流体荷电喷雾流动流场。用图像采集卡将CCD相机拍摄的流动图像实时传送并储存到计算机中,采用TSI公司Insight 3.3软件对喷雾图像进行处理和分析。试验结果表明：双流体荷电喷雾流动结构具有明显不同与非荷电喷雾的特点,射流流动在库仑力、极化力等电场力的作用下形成具有明显特征的4个区域：主射流区、上卷吸区、下卷吸区和影响区。双流体荷电喷雾从单一的卷吸现象形成了较为复杂的涡漩结构,有利于增强雾滴与周围气相介质的接触,增强雾滴传热传质能力。     

双流体荷电喷雾结构的PIV测量

在荷电喷雾流动中,高压静电场产生的库仑力、极化力与流体力耦合作用在雾滴上,从而对带电雾滴的运动特性产生显著影响,在射流边缘区域出现卷吸作用而产生涡漩流动.为了对双流体荷电喷雾结构进行分析,探讨雾滴荷电对喷雾结构的影响以及由此产生的传热、传质强化作用,利用粒子速度场仪测量了石灰浆液双流体荷电喷雾流动流场.用图像采集卡将CCD相机拍摄的流动图像实时传送并储存到计算机中,采用TSI公司Insight 3.3软件对喷雾图像进行处理和分析.试验结果表明:双流体荷电喷雾流动结构具有明显不同与非荷电喷雾的特点,射流流动在库仑力、极化力等电场力的作用下形成具有明显特征的4个区域:主射流区、上卷吸区、下卷吸区和影响区.双流体荷电喷雾从单一的卷吸现象形成了较为复杂的涡漩结构,有利于增强雾滴与周围气相介质的接触,增强雾滴传热传质能力.     

基于泵轴流固耦合的双向流道轴流泵装置的数值分析

首次采用双向同步求解的方法对一台灌排双向轴流泵装置的内流场和泵轴结构响应进行联合求解,运用雷诺时均Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型进行三维非定常计算,采用多重坐标系法,结构响应基于弹性体结构动力学方程。对比分析了流固耦合作用前后出水流道中静压和速度分布以及导叶出口面上的压力脉动情况和湍流动能分布,并将外特性的计算结果与试验值进行了对比。分析结果表明:与不考虑流固耦合相比,出水流道中静压相对较大的区域面积增大,而流速分布变化较小;导叶出口面上压力波动的相位发生改变,脉动强度也增大;小流量下,耦合作用使得导叶出口的湍流动能增大,而设计流量和大流量下,湍动能分布变化较小。此外,外特性的吻合性也说明了模拟计算的可靠性。总体来看,流固耦合前后其流场的分布规律虽然趋势一致,但也有一定的区别,对大型双向轴流泵装置流固耦合计算更能反映实际情况。     

一种新型射流式自吸泵进口流场的数值模拟

介绍了一种新型射流式自吸泵的结构与特点.对于泵的进口射流流场,首先建立流体运动方程作为控制方程,应用k-ε湍流模型来封闭运动方程,进而采用贴体坐标变换技术,利用Fluent软件对该复杂流场进行求解.得到了进口流场内部的流动情况,以及流线、压力和速度的分布,为射流式自吸泵的理论研究和优化设计提供了依据.计算结果与现有理论、试验结果吻合较好,精度满足工程实际要求,可进一步改进自吸泵的性能.     

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．     

高速诱导轮三维非定常湍流数值模拟

基于N—S方程和滑移网格技术,利用FLUENT软件对诱导轮内部流场进行了全三维非定常湍流数值模拟,获得了诱导轮内部的速度分布、静压分布以及流体压力脉动特征等重要的流动信息．描述了诱导轮进口及轮缘间隙处的回流现象,解释了回流现象发生的原因,即轮缘处叶片压力面和吸力面存在压差;分析了回流引起的进口低压区对诱导轮汽蚀性能恶化的过程;采用快速傅立叶变换处理监测点的压力脉动数据,发现流体压力脉动中的主导频率成分约为转频的Z次谐波,所以可避免流体脉动诱发的机械谐振．模拟结果为高速诱导轮的改进设计提供了一定的理论依据．     

轴流泵内部流场压力脉动性能预测与试验

基于雷诺时均控制方程和标准k-ε湍流模型,应用SIMPLEC算法,对轴流泵全流场进行三维非定常数值模拟,得到轴流泵在不同工况和不同导叶数内部流场的压力脉动特性.数值分析与试验结果表明:轴流泵内最大压力脉动发生在叶轮进口处;在偏离设计工况点较大的流量时,压力脉动幅值明显增大;导叶数减少会增大导叶出口处的压力脉动;脉动频率受叶轮转动频率控制,导叶数对压力脉动频率基本无影响.     

旋流自吸泵内部流场的数值模拟

采用雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,应用三维非结构四面体网格建模,选用旋转流体机械模型中的多重参考坐标系模型（MRF）,对设计工况下旋流自吸泵叶轮和蜗壳耦合的三维不可压缩湍流流场进行了数值模拟,得到了其内部流场的压力分布和速度分布情况．对叶轮内部的相对速度流场和压力场进行了细致的分析,证实了叶轮和蜗壳由于相对位置不同,相互作用而引起的叶轮内部流场具有一定的非对称性,对蜗壳速度流场进行了分析,得到了蜗壳内靠近叶轮出口处的速度值较大的结论,并指出,由于蜗壳结构复杂而导致的内部流动紊乱,会造成一定的损失,另外。还对导壁附近区域和分离室内流场进行了深入研究,揭示了导壁附近区域和分离室内存在旋涡这一现象,并对旋涡形成的原因进行了分析和探讨．