波纹板除雾器两相流动的数值模拟与分析

用计算流体力学(CFD)方法对波纹板除雾器内的气液两相流动进行了数值模拟,计算得到了不同液滴直径、进气速度与叶片间距下除雾器的除雾效率和压降,并分析总结了各参数对除雾效率和压降的影响规律.数值模拟还显示了液滴的运动轨迹以及液滴浓度、压力、速度和旋涡的分布情况,这对除雾器的优化设计具有指导意义.研究表明CFD方法可以成为除雾器设计的有效辅助手段.     

预测气液两相分层流界面剪切应力的新方法

针对水平管气液两相分层流界面剪切应力的预测，建立了基于计算流体力学（CFD）方法的剪切滑移壁面模 型，即将气液界面处理为固定的具有均匀剪切应力的水平滑移壁面。利用FLUENT 软件模拟了气相流动，气液界面采 用剪切滑移壁面边界条件，通过对比实验测量的气相流场分布得到气速和界面剪切收敛值，并由收敛值拟合得到界 面摩擦因子与气相雷诺数的关联式。应用这一关联式的预测结果与实验间接测量值吻合较好，并且在气、液相雷诺 数9 4006ReG650 000 和21 0006ReL630 000 范围内优于Taitel 和Dukler 与Sidi-Ali 和Gatignol 模型。表明剪切滑移壁 面模型可以有效地控制关键参数，提高预测效率和精度，为CFD 方法预测气液两相分层流界面剪切应力提供了新的 思路。     

气锚分气效率的实验研究

为定量研究流动参数对气锚分气效率的影响,设计加工了实验用的气锚和相应的配套装置,对流动速度和气液比这两个影响气锚分气效率的重要因素及流体在气锚中的流动特点进行了研究。实验结果表明：随气液比的增大,分气效率增大,但当气液比大于0.75时,分气效率受气液比影响不再明显;分气效率随流速的增大而增大,当流速较小时,由气液比的不同引起的分气效率的差别比较大,而随着流量的增大,这种差别呈逐渐缩小的趋势。理论计算与实验结果比较,验证了实验结果的正确性,对气锚分气效率的定量分析具有借鉴意义。     

离心泵内气相体积分数及相对速度分布规律研究

为研究离心泵输送气液两相介质时的内部流动规律,采用FLUENT软件对其内部流动进行数值模拟,研究叶轮内不同截面处的气液两相流动,分析进口气相体积分数和流量对叶轮内部流动的影响,以揭示叶轮内不同截面处气相分布与相对速度随进口气相体积分数与流量的变化规律。研究结果表明：前盖板附近截面气相集中区域较大;大流量对气相的积聚具有一定的冲刷作用;在设计工况下,泵内气相体积分数随叶轮半径的增加先增大后减小;进口气相体积分数对前盖板截面附近相对速度影响较大,中截面和前盖板截面附近相对速度受流量的影响较大。研究结果对气液两相流泵的优化设计及高效运行具有参考价值。     

流动方向对三角形柱体气液两相涡街的影响

在５０ｍｍ管道内，分垂直上升和垂直下降两个方向，试验研究了气液两相混合物的流动方向对三角形柱体两相涡街的影响，分析了气液两相混合物流过两种尺寸的三角形柱体时的旋涡脱落规律，初步研究了气泡尺寸对气液两相涡街的影响．     

水平管降膜蒸发器管外膜状流流动特征研究

为了探究水平管降膜蒸发器管外液膜分布的优劣对其传热性能的影响,课题组建立了水平管三维模型对管外膜状流流动进行数值模拟,得到液膜沿水平管轴向和周向的分布规律,并对膜厚波动幅度Δ进行研究;分析了流量、布液高度及管外径对管外液膜厚度的影响。结果表明：当周向角度一定时,液膜厚度沿水平管轴向小幅波动;膜厚波动幅度Δ在θ为10°~20°时逐渐减小,其最大值为0.168 62;在θ为150°~170°时逐渐增大,其最大值为0.362 91;当θ为20°~150°时,膜厚波动幅度Δ＜0.075 00,液膜流动呈现平稳发展的趋势。研究表明液膜沿水平管周向流动可划分为3个区域：θ为10°~20°时为冲击区,θ为20°~150°时为稳定区,θ为150°~170°时为尾流区。液膜厚度随流量的增大而增大,随布液高度和管外径的增大而减小。     

横向水流作用下气泡运动数值模拟

由于气液两相体系中气泡的诸多流体力学行为不仅影响两相流的速度分布,还可通过改变气液相界面等途径改变整个体系的传热传质 效果,对气液接触设备性能具有重要影响。课题组利用数值模拟对恒定水速下管道中喷射的气体进行分析,追踪管道中气泡流的变化情况。气液两相流采用层流 模型,并运用VOF对气液两相界面进行追踪,速度与压力的耦合求解采用PISO算法。计算结果表明：气体在管道中成类似泡状流,并受浮力作用逐步靠近上壁面 形成连续的长气泡;水流速度和气泡到达上壁面距离进口处的距离近似呈线性关系;最大气泡粒径与进口水速负相关,与进口气速正相关。研究结果可为相关气 泡运动特性的进一步研究提供参考。     

基于VOF模型的水平管蒸发器液膜流动数值研究

在水平管降膜蒸发器液体分布器的设计中,布液管结构参数影响着液体的成膜质量,为了简化设计计算,提出了利用有限元数值计算 软件研究开孔间距与其他结构参数的关系。开孔间距的大小与液膜在蒸发管外壁面形成的宽度有关。而影响蒸发管外壁面液膜宽度的主要因素有2个：布液孔孔 径和布液孔穿孔流速。因此,课题组采用VOF模型,模拟蒸发管外壁面液膜流动形态,探讨不同孔径和穿孔流速下的液膜宽度值,利用中心复合实验得出液膜宽 度Lm（开孔间距l）关于穿孔流速v和孔径d的关系式。结果表明：通过得到的关系式可以建立3者之间的内在关系,计算出不同孔径和穿 孔流速下的开孔间距值。该关系式能够简化液体分布器布液管各结构参数的设计和计算,具有一定的参考和应用价值。     

气藏水平井连续携液理论与实验

在气藏水平井中随着生产管柱倾斜角度的变化，井筒内液体的重力作用会发生改变，从而引起气液两相流型的变化。以产气为主的气井井筒内液体主要以液膜、液滴的形式出现，由此出现了液滴模型与液膜模型两种解释积液的理论。从这两种携液理论出发，考虑生产管柱倾斜角度的影响，对倾斜管内液滴、液膜进行受力分析，推导出了随管柱倾斜角度变化的连续携液临界流速的计算式，使之适用于水平井连续携液临界流量的计算。设计制作了水平气井连续携液实验装置并进行了实验研究，观测气藏水平井中气水两相运动与流型变化情况并测试其临界携液气量，结果表明，气藏水平井中水平井段的液体以液膜携带为主，但直井段中越接近井口，越以液滴携带为主，液滴模型也能适用于计算气藏水平井的连续携液临界流速。     

基于CFD的不同搅拌组合多相流流场研究

针对在设计发酵搅拌设备过程中往往依赖经验判断传质混合效果以及能耗等的现状，课题组利用CFD技术对设计的4种搅拌模型进行气液两相流非稳态数值模拟。模拟采用了多面体网格划分物理模型以及滑移网格模型法求解，探究了其速度场、气相体积分数和功率耗损情况。结果表明：相同工况下，不同搅拌组合的流场特性差异较大；上桨采用径向流桨的搅拌组合形成的混合流场整体速度分布更均匀，能为釜内物质提供更佳的混合和传递效果；同时上桨和底桨采用6半圆叶圆盘涡轮桨的搅拌组合C气液分散性能更好；功耗方面，搅拌组合A>组合C>组合B>组合D。模拟结果及分析可为气液反应釜搅拌器的设计及优选提供重要的参考。     

填料吸收塔中适宜液气比的确定

本文探讨一种利用经济模型来确定填料吸收塔中适宜液气比的方法,分析了影响液气比的因素,通过经济权衡以总费用最小为目标建立模型寻优求解。     

填料吸收塔中适宜气比的确定

本文探讨一种利用经济模型来确定填料吸收塔中适宜液气比的方法.分析了影响液气比的因素,通过经济权衡以总费用最小为目标建立模型寻优求解.     

变制冷剂流量制冷循环性能与气液两相流流型的研究

实验应用流动显示方法,发现变制冷剂流量制冷循环的蒸发器入口(也是膨胀阀出口)的制冷剂流动存在两类不同的气液两相流流型--液气分相流和泡气分相流,并且存在流型转变的过渡区域.在不同的气液两相流流型时,变制冷剂流量制冷循环的制冷量、过热度、排气温度等性能截然不同,在流型转变的过渡区域,制冷循环处于波动之中.     

水平井压裂携砂液摩阻定量计算模型研究

近年来, 携砂液在压裂管柱内流动的沿程摩阻研究仍未取得实质成果, 而携砂液的沿程摩阻分析是指导压裂设计和施工的关键。因此, 有必要对携砂液的沿程摩阻进行研究, 推导可普遍应用的沿程摩阻计算模型。利用液固两相流相间的动量交换理论, 研究了携砂液分别在直井段、 造斜段和水平段流动时支撑剂颗粒处于悬浮运动状态、 滑跳移运动状态以及部分悬移, 部分滑跳移状态下的携砂液平均流速, 最终利用 Darcy-Weisbach 公式建立了可用于各类型井的携砂液沿程摩阻计算模型, 并计算分析了管径、 施工排量、 砂比、 压裂液及支撑剂性质对携砂液沿程摩阻的影响     

两相流动分离性能与叶片偏转角的关系

本文应用力学原理,对气液(或气固)两相流动分离叶片进行理论分析,构造了以两相流动分离效率为目标的泛函表达式,求得分离效率仅仅与叶片出口处偏转角有关的结论。这个结论为设计两相流动分离叶片提供理论依据,把设计工作建立在更加科学和合理的基础之上。     

反应蒸馏塔内催化剂不同装填方式的液固传质效率

采用苯甲酸颗粒-水-空气系统,进行了气液两相逆流状态下的传质实验,获得了规整装填和散堆装填两种不同装填方式对液固传质系数的影响。分析得出在载点以下的操作范围内,气液逆流反应蒸馏塔内液相雷诺数的变化对传质影响较大,气相雷诺数的影响则不明显;并且散堆装填的液固接触效率明显好于规整装填,两者效率之比为1.72倍,并采用液固接触效率关联了传质Sherw ood数,得到了如下关联结果:Sh/S c1/3=4.651.1R e0.L 245。     

基于CFD流场分析的反应釜搅拌器结构改进

承压反应釜在固液混合过程中往往伴随强烈的热传递效应,而密度较低的粉末状固相介质与液体混合的难度相 对较大,投料溶入效果不佳和物料结团漂浮等问题较常见。针对此类反应釜的搅拌不充分等问题,采用CFD技术指导 反应釜内搅拌器结构进行设计和改进,对反应釜内的固液搅拌混合过程进行了三维数值模拟。数值计算采用多重参考 系法( MRF),K-ε湍流模式以及Mixture多相流模型,模拟了反应釜中的流场形态,通过混合过程的两相流计算得到固相 体积分数的分布情况和变化规律,并在此基础上预测了混合时间。结果表明：改进后的搅拌器效果明显增强,该混合过 程的CFD模拟可得到相对准确的流场分布及各项特性参数预测结果,可为该类反应釜搅拌器的设计和优化提供参考     

低压及欠平衡钻井中注气量对井内压力的影响

以多相瞬变流理论为基础,建立了井筒内气液两相流动模型,并对低压欠平衡钻井中注气量对井内压力的影响关系和规律进行计算和分析。计算分析结果表明,注气量对井内压力的影响除与注气量本身大小有关外,还与井深、井眼与钻柱结构尺寸、井内液相流量和性质等因素密切相关。单纯增大注气量并不一定就必然会导致井内压力的降低,这取决于所给条件下构成井筒内气液两相流体的静液压力和流阻间的平衡关系。介绍的模型及方法对确定低压欠平衡钻井过程中各相关参数、地面压缩机组的配置、以及设计方案等有一定指导意义。     

用均速管测量汽水两相流体的流量或干度

本文从分相动量模型出发,提出了用均速管对汽液两相流体进行单参数测量的关系式,分析了动量交换因子J和滑移比s的影响,并进行了试验研究。结果表明:在干度x为0.85～1的范围内,用均速管进行汽液双相流体的单参数测量并用分相模型处理数据时,均方差为2.81%;用均相模型处理数据时,均方差为5.18%。     

风口布置对空调车室内流动与传热影响的数值研究

采用κ-ε紊流模型及贴体坐标,应用整体求解法计算了空调车室内气固耦合传热问题.用Monte Carlo法分析计算了太阳透射辐射在车室内各固体表面引起的附加热流变化,并以此作为能量方程的附加源项,对不同风口布置的空调客车室内流动与传热进行了数值模拟研究.结果表明,送回风口的布置对空调车室内空调效果有较大影响.