突扩流道内单相流动的数值模拟_徐永国

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形状因子及复杂结构井拟稳态流动阶段井底压力渐近解的计算方法

天　然　气　工　业Natural Gas Industry 第41卷第6期2021年6月· 74 ·形状因子及复杂结构井拟稳态流动阶段井底压力渐近解的计算方法徐有杰1　刘启国1　李晓平1　杨思涵1　张楷2　谭晓华11.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院摘要：寻求一种实用、有效的油气藏形状位置因子（以下简称形状因子）计算方法，对于准确获取复杂结构井拟稳态流动阶段井底压力渐近解及产能指数具有重要的意义。

为此，针对不同形状封闭边界油气藏中的直井，根据试井分析曲线——压力及压力导数曲线之间的关系，重新计算形状因子，并且与Dietz形状因子进行对比；在此基础上，推导出复杂结构井拟稳态流动阶段井底压力渐近解并进行验证，进而绘制了Blasingame递减曲线典型图版。

研究结果表明：①通过计算不同形状封闭边界直井拟稳态流动阶段无因次井底压力及压力导数，求得两者的差值，则可以反求形状因子，并且采用该方法计算的形状因子与Dietz形状因子结果非常接近，验证了该方法的准确性；②通过求取复杂结构井拟稳态流动阶段无因次井底压力及压力导数之差，可以求得复杂结构井拟稳态流动阶段井底压力渐近解系数（b Dpss），进而可以获得任意复杂结构井拟稳态流动阶段井底压力渐近解；③基于新方法计算的大斜度井拟表皮因子与Ozkan等的计算结果相对误差在1%以内，验证了新方法的准确性；④对于矩形封闭边界油气藏中的常规直井，拟稳态流动阶段Blasingame递减曲线的无因次产量曲线斜率为－1，并且长宽比越大，晚期线性流特征越明显；⑤对于矩形封闭边界油气藏中压裂直井，在外边界长度一定的情况下，若长宽比越大，单井控制面积则越小，b Dpss越大，晚期线性流特征越明显，Blasingame递减曲线在非稳态流动阶段所处的位置越高，而在单井控制面积相同的情况下，若无因次裂缝导流能力越大，b Dpss则越小，Blasingame递减曲线在非稳态流动阶段所处的位置越高。

井筒气液两相流动数值模拟研究

数值模拟是利用计算机技术和数值计算方法，对物理模型进行数学描述和求解的一种方法。在石油和天然气工程中，数值模拟通常采用离散化方法和有限元素法等数值计算方法，对井筒气液两相流动进行数学描述和求解。离散化方法是将连续的物理模型离散化为网格模型，然后利用有限元素法等数值计算方法对网格模型进行求解。有限元素法是将连续的物理模型离散化为有限个元素，并对每个元素进行数值计算，最终得到物理量的近似值。
气泡之间在上升过程中可能会相互靠近并且产生合并现象。这些结果表明气泡上升规律的变化可能主要是由液体黏度和密度变化等因素导致的。因此油水密度黏度比的差异会决定气泡合并前流型是呈柱状或弹状的特点；在相同流量条件下随着油水比例的增加油水界面的波动幅度逐渐减小当油水比例达到一定程度后界面的波动幅度已经很小；
4、结果及分析
通过对数值模拟结果进行分析，可以得出以下结论：
（1）管内气固两相流动呈现出明显的非均匀性，且流动状态受固体颗粒性质和气体速度的影响较大。
（2）在较低气体速度下，固体颗粒容易在管道底部积聚，形成固相浓度较高的区域。随着气体速度的增加，固相浓度分布趋于均匀。
（3）在一定条件下，管内流动可能出现稳定的层流状态，即气体和固体颗粒分层流动。这种现象有利于减小能量损耗和维护设备正常运行。
四、计算结果及分析
通过计算得到了不同工况下的流动规律和液相分布情况。当油水比例达到50% 时，气泡流动不再存在液膜的气泡接触角变小并且向正流区变化的现象变得更为显著；在初始上升高度不随油水比例的变化而变化的情况下，随着油水比例的增加，气泡在垂直管上升过程中更容易被拉长；当油水比例达到50%时，气泡在垂直管上升过程中更容易被拉长；当油水比例增加到一定值后，
关键词：气力输送，管内流动，气固两相流，数值模拟

撞击流气固两相流动中曳力模型的分析

撞击流气固两相流动中曳力模型的分析余廷芳;陈润果;熊桂龙【摘要】为研究水平对称撞击流中气固两相曳力模型对球形颗粒运动的影响,运用FLUENT软件对spherical、stokes-Cunnin-gham模型以及一种新型曳力模型下的气固两相流进行了数值模拟.新型曳力模型利用FLUENT中用户自定义函数(UDF)程序实现.采用欧拉-拉格朗日方法计算流场速度分布、进出口压力差、颗粒在撞击流装置停留时间以及颗粒运动轨迹.结果表明,采用新型曳力模型模拟撞击流气固两相流动,其速度分布基本关于撞击面对称分布.对于不同曳力模型,气固两相撞击流装置进出口的压力差在24.9～25.0 Pa之间.采用新型曳力模型模拟颗粒在撞击流装置停留时间主要分布在0.4～1.0 s,其颗粒运动现象与实验结果在定性上是一致的.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2019(019)015【总页数】7页(P353-359)【关键词】撞击流;气固两相流;数值模拟;曳力模型;颗粒运动【作者】余廷芳;陈润果;熊桂龙【作者单位】南昌大学机电工程学院,南昌330031;南昌大学机电工程学院,南昌330031;南昌大学资源环境与化工学院 ,南昌330031【正文语种】中文【中图分类】X513燃煤电厂大多采用了较为先进的除尘设备和湿法烟气脱硫设施，这些措施能够有效除去燃煤电厂烟气中的粗颗粒，但对细颗粒的脱除效率相对较低[1]。

因此，针对常规除尘技术难以有效脱除的细颗粒物，目前中外正在研究开发的控制技术主要有两种[2]：①团聚(凝并)促进技术：在常规除尘设备前加装处理设备，利用物理或化学作用使颗粒长大以便脱除；从原理上讲，应用外加声场[3]、磁场[4]，光辐射[5]、电场[6]、吸附剂[7]、湍流[8]和蒸汽相变[9]对促进微粒长大均有一定作用。

②复合式除尘器：将不同的除尘机理相结合，使之共同作用以提高对细颗粒的脱除效果。

20世纪60年代初Elperin[10]提出撞击流理论(impinging tream)并进行相关研究，直到1975年俄罗斯学者Lainer开展了将撞击流技术应用于除尘领域的研究。

水平突变管内油水两相流数值模拟

水平突变管内油水两相流数值模拟范开峰;王卫强;孙策;石海涛;万宇飞【摘要】采用计算流体力学中 VOF模型对水平突扩管和突缩管内油水两相流进行数值模拟，两相流中原油为中质稠油并且含水率较高，从50%到80%不等。

结果表明，不同含水率油水两相流在突扩管和突缩管内主要为水包油流型，在管径突变处压力波动变化明显，但含水率从50%变化到80%时对压力变化趋势影响较小。

得到的不同含水率油水两相流在突变管径管道中的流动规律，可为原油集输管网油水两相流混输问题提供参考。

%Using the VOF model of computational fluid dynamics to simulate oil-water two-phase flow in horizontal sudden expansion pipe and contractible pipe,the crude oil in the two-phase flow is medium viscous oil and the moisture content is high, ranging from 50% to 80%.The results show that:the different water content flow in oil-water two-phase flow in the sudden expansion pipe and sudden contraction pipe belong to oil-in-water stream,the pressure fluctuation in diameter mutation changes obviously,but the pressure change trend is affected little when the moisture content changes from 50% to 80%.Flow in the mutant diameter pipes with different water content of oil-water two-phase flow pattern obtained can provide certain reference when involving mixed oil-water two-phase flow transportation problems in crude oil pipeline.【期刊名称】《石油化工高等学校学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】4页(P84-87)【关键词】突扩管;突缩管;油水两相流;VOF模型;压力变化;流动规律【作者】范开峰;王卫强;孙策;石海涛;万宇飞【作者单位】辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学，辽宁抚顺113001;中国石油大学北京，北京 102249【正文语种】中文【中图分类】TE866油水两相流动因所处的流动条件不同而具有多种流型［1］。

使用扩散模型数值模拟二维湍流气固两相流

使用扩散模型数值模拟二维湍流气固两相流
杨瑞昌;赵磊;巨泽建;刘若雷
【期刊名称】《工程热物理学报》
【年(卷),期】2005()z1
【摘要】本文从描述多维湍流气固两相流的两流体模型出发,导出了计算湍流气固两相流中固体颗粒扩散速度的计算模型,进而基于在一维流场中颗粒的终端速度是重力加速度gi的函数,提出在多维流场中颗粒相处于一个修正的加速度场g'i的作用下,该修正的加速度g'i包含了包括重力在内的各种力的作用,这些力对颗粒的加速作用与重力对颗粒的加速作用没有区别。

根据这种观点,提出了用于模拟多维湍流气固两相流的改进的扩散模型。

本文使用改进的扩散模型对台阶后方的气固两相流进行了数值模拟,并将数值计算结果与实验结果进行了比较,结果表明,改进的扩散模型的预报结果与实验结果符合得相当好。

【总页数】4页(P113-116)
【关键词】湍流气固两相流;改进的扩散模型;数值模拟
【作者】杨瑞昌;赵磊;巨泽建;刘若雷
【作者单位】热能动力工程与热科学重点实验室清华大学热能工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TB120
【相关文献】
1.木纤维脉冲-旋流气流干燥气固两相流分析及数值模拟 [J], 陈峰;高珣;程万里
2.旋转,弯曲,扩散流道中流固两相流场的数值模拟及其分析 [J], 袁丹青;刘天宝
3.扩散式旋风分离器气固两相流场的数值模拟 [J], 操波;高广德
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气固两相流模型在流场分析中的研究进展_孙晨(1)

第25卷第1期2011年3月上海工程技术大学学报JOU RNAL OF SH ANGH AI UNIVERSIT Y OF ENGINEERING SCIENCEVol.25No.1M ar.2011文章编号:1009-444X(2011)01-0049-05收稿日期:2010-12-23基金项目:上海市科委重点科技攻关资助项目(0852*******);上海工程技术大学研究生科研创新资助项目(A-0503-10-14)作者简介:孙晨(1985-),男,在读硕士,研究方向为车辆尾气排放与控制.E m ail:scn_ok@ 指导教师:陈凌珊(1966-),女,教授,博士,研究方向为车辆尾气排放与控制.E m ail:b ech enlsh@气固两相流模型在流场分析中的研究进展孙晨,陈凌珊,汤晨旭(上海工程技术大学汽车工程学院,上海201620)摘要:介绍了气固两相流的基本方程、理论模型和研究方法,论述了常用3类模型在流场模拟中的研究进展及应用状况.研究表明,气固两相流模型在工程实践中具有重大的应用价值,并对其研究趋势作出了展望.关键词:气固两相流;连续介质;颗粒轨道模型;拟流体;数值模拟中图分类号:TK 121 文献标志码:AStudy and Development of Gas Solid Two PhaseFlow Model in Flow Field AnalysisSU N Chen,CH EN Ling shan,TANG Chen x u(College of Automotive Engineering,Sh angh ai University of Engineering Science,Shanghai 201620,Chin a)Abstract :Basic equations,theo retical models and research m ethods o f the g as solid two phase flo w w er e introduced.Recent studies and applications of three com mon m odels in flow field simulatio n w ere dis cussed.A conclusion is draw n that the gas so lid tw o phase flow m odel ow ns g reat value in engineering practice.Then,the trend of researches on gas so lid tw o phase flow model w er e ex pected.Key words :g as solid tw o phase flow ;continuous m edium ;par ticulate tr ajector y mo del;pseudo fluid;numerical simulatio n纷繁复杂的多相物体流动普遍出现在自然界、日常生活和生产实践中.其中,气体与固体颗粒形成的多相流称为气固两相流,是流体力学与能源、动力、石油、化工等学科交叉的新兴系统科学.随着科技的迅猛发展,人们对两相流在工业应用领域的研究日益重视,如何用气固两相流模型对流场内流体分布及特征进行模拟仿真,已成为两相流问题的研究热点.近年来,国内外众多专家学者对气固两相流问题进行了大量的研究.其中,气相流动、固相流动、气固相互作用是气固两相流研究的3个主要方面.本文着眼于稠密两相流颗粒运动模拟、气固紊流剪切流场模拟、不同管线及复杂弯管流场模拟、内燃机缸内湍流燃烧分析、旋风分离器和流化床气力输送等当前热门研究领域,结合相关理论与方法,系统地论述了基于欧拉坐标系的连续介质模型、基于上海工程技术大学学报第25卷拉格朗日坐标系的颗粒轨道模型和颗粒拟流体模型在工业应用中的研究状况,为较好地掌握工业生产中流场分布规律及优化提供理论依据.1 两相流方程与模拟方法1.1 两相流基本方程1)两相流连续方程t + x j( v j )=-n k mk(1)2)两相流动量方程t ( v j )+ x j ( vv)=- p x j + x j e v j x i + v ix j+ g i +k (v ki -v i )/ rk +v i S +F M i(2)3)两相流能量方程t ( c p T )+ x j ( v j c p T )= x j e T Tx j+ s Q s -q r +n k Q k +c p T S (3)式中: 为颗粒表观密度;n k 、mk 为第k 种颗粒密度与单位颗粒质量;Q k 为各组颗粒与连续流体相间对流换热;c p T S 为单位体积中连续流体相; s 为连续流体相第S 组反应率; s Q s 为流体相单位体积反应热;F M 为颗粒Magnus 力; e 为方程对应的扩散系数.1.2 两相流模拟方法1.2.1 欧拉双流体法该方法将不同相视作同一微元体内相互贯穿的连续介质,对各相体积率在时间与空间上进行平均,用流动方程描述欧拉参考系下流体质量及动量运输过程,广泛用于自模化管流、风洞实验和气体绕流等流场模拟.曹玉春等[1]用欧拉双流体法分析了不同曳力模型及颗粒弹性恢复系数对鼓泡床稠密气固多相流的影响.郭印诚等[2]基于欧拉双流体法考察了突扩燃烧室内液雾燃烧过程,模拟结果与实验数据符合程度高.1.2.2 拉格朗日法该方法适用于研究二维流场及球形离散相传输过程,忽略颗粒间及颗粒与流体间的相互作用,由瞬态模型计算剪切流离散相传输.在流场特定点源引入大量颗粒后,结合积分方程求得每一颗粒运动轨迹与瞬时速度.昌泽舟等[3]数值研究了气固紊流剪切流中颗粒弥散的拉格朗日模拟.袁竹林等[4]成功地将拉格朗日法用于漏斗流模拟.王聪等[5]在双拉格朗日框架下解决了用离散涡法求解单相流与颗粒运动方程的相容性问题.1.2.3 欧拉-拉格朗日法该方法将特征线法与数值法相结合,主要用于求解连续相与离散相组成的多相流动问题.其中:连续相流场通过网格时间平均求得,并由经典Navier -Stokes 方程控制;离散相流场则由动量方程独立控制.刘向军等[6]详细描述了国内外稠密气固两相流欧拉-拉格朗日法的研究现状,揭示出颗粒运动的复杂经历及运动规律.庞明军等[7]用欧拉-拉格朗日双向耦合法研究了泡状湍流结构及其影响因素.丁琴等[8]通过建立基于欧拉-拉格朗日法的气固两相流模型,数值模拟了泡沫颗粒顶部及侧向射料的填充过程.2 气固两相流模型及应用2.1 连续介质模型连续介质模型把流体看成无数质点组成的毫无间隙的连续介质,从宏观上把握流体物理性质和运动特性,假设各种物理量在流体空间的连续分布、连续变化.采用欧拉法把固相看成拟流体,气固两相相互渗透,是目前两相流研究中广泛采用的一种模型,其典型数学模型有k - 模型和单流体模型.2.1.1 k - 模型k - 模型以单方程模型为基础,把湍动能k 与耗散率相联系,综合考虑湍动能运输扩散与速度比尺的历史效应,通过求解湍流特性方程来确定涡黏性.该模型形式简单,使用方便,可用来计算复杂湍流,预测平面射流、边界层流、管内流动和多维无旋或弱旋流动,是目前最普遍、最具代表性的双方程湍流模型.毛宇飞等[9]通过低Reynolds 数k - 模型对超临界压力下直管湍流强制对流换热及其影响因素进行数值研究.该模型简洁直观、模拟精度高,在改善复杂湍流模型的同时,能在较苛刻的传热工况下进行准确计算.张建等[10]采用标准k - 模型对空流场平衡大气边界层进行数值模拟,通过对比不同方位的湍动能及黏性系数,准确显示各位置气流廓线特征.但由于驻流区湍动能驻点异常,还需采用修正方程对模型边界层自保持性进行修正,为改50第1期孙晨,等:气固两相流模型在流场分析中的研究进展1)本文涉及的浓度,均为质量浓度( ).善空流场平衡性提出解决思路.刘晶[11]用标准k - 模型定性研究了内燃机汽缸内湍流流场分布及变化情况.研究表明:湍动能大小与缸内壁面距离有关,离壁面越近湍动能越小,且大部分集中于凹坑形燃烧室中心.该研究较真实地显示了内燃机缸内气流分布状况及变化过程.2.1.2 单流体模型单流体模型又称无滑移模型 ,是在单相湍流模拟逐渐成熟的基础上发展起来的气固两相流模型.该模型假设:1)颗粒按尺寸分组,每组颗粒时均速度等于当地气体时均速度,即动量平衡;2)颗粒温度为常数或等于当地气体温度,即能量平衡;3)气相扩散系数与固相扩散系数相等,即扩散平衡;4)颗粒群按初始或当地尺寸分组;5)各相间相互作用,颗粒群与连续流体相阻力忽略不计.刘云卿[12]指出单流体模型的主要优点是处理方法简单,可采用较成熟的处理两相流问题,并运用该模型对柴油机微粒过滤器气固两相流特性进行数值模拟,着重研究了过滤体内压力场、速度场及均匀性分布.结果表明:过滤体阻力造成内部压力逐层递减,扩口壁面压力损失较明显,径向微粒浓度1)呈抛物线状分布,受涡流强度影响较大.徐刚等[13]应用单流体模型数值模拟了旋流喷嘴流体速度场、喷嘴出口处空气涡流及其深度随压强的变化关系,指出气涡深度与流量大小成正比,气涡越深流量越大,并进一步分析流量压强关系曲线,为改善喷嘴结构提供可行方案.2.2 颗粒轨道模型颗粒轨道模型也称离散颗粒模型 ,它把颗粒群看成离散相,在拉格朗日坐标系中考察颗粒与气体、颗粒与颗粒间相互作用,通过追踪颗粒运动轨迹来观察沿轨道颗粒的速度、温度、密度、质量及能量的变化过程.该模型假设:1)颗粒相是与连续流体相存在速度及温度滑移的离散相;2)颗粒群自身无湍流黏性、湍流扩散和湍流导热;3)颗粒群按初始尺寸分组,每组颗粒在任何时刻都有相同尺寸、速度和温度;4)各组颗粒从一定位置出发沿各自轨道运动,可追踪颗粒质量、速度和温度的变化情况;5)颗粒作用于流体的质量、动量能量源等价均布于气相单元内.文献[14]认为,颗粒轨道模型的最大优点在于物理概念明确,计算简单,可节省计算机存储及运算时间,能追踪描述复杂经历的固相颗粒,数值模拟时不产生伪扩散.徐江荣[15]基于湍流理论研究了两相流颗粒轨道模型的特征频率,构造频谱分布函数后对频谱指数特性进行分析,结合相关流体理论系统描述了湍流脉动过程,为复杂工程流场中颗粒轨道模型的改善提供相应技术方案.胡建新等[16]将颗粒轨道模型中3种颗粒跟踪与定位算法进行对比研究,结合超声速拦截器外流场模拟算例,详细分析了飞行器复杂流场的变化过程,指出综合考虑搜索网格数与搜索时间条件下,R.Chor da 颗粒轨道算法具有显著优势.胡长松等[17-19]基于颗粒轨道模型建立柴油机微粒过滤器二维流场模型及气固两相流模型,对微粒在多孔介质中的扩散、惯性捕集机制进行模拟研究,指出气体流速与微粒粒径对捕集效率均产生不同程度影响,模拟结果与实验数据误差较小,具有一定的合理性与可行性.2.3 颗粒拟流体模型颗粒拟流体模型又称小滑移模型 ,该模型基于连续介质概念,把颗粒视作与流体相互渗透的一种拟流体,全面考虑相间速度滑移、颗粒扩散、相间耦合和颗粒对流体的作用.该模型将流体与颗粒在整体上视为一种特殊介质,给出三维空间颗粒速度、浓度、温度的分布规律,在计算、建模、求解上具有统一性.于勇等[20]指出颗粒拟流体模型对可压缩两相流具有典型指导意义,并将其用于研究超声速可压缩两相流中气相与颗粒的相互作用规律.研究表明,颗粒浓度与粒径大小均对两相流产生较大影响,且颗粒的存在会使流场产生较大变化,造成轴向射流马赫数降低,温度升高.鲍仲辅等[21]采用颗粒拟流体模型对圆柱气固喷射器两相流动进行三维数值仿真,并指出该模型将能量耗散转化为黏度,较大程度地简化了计算规模,且运算时间短.郑建祥等[22]基于黏性颗粒拟流体模型数值模拟了流51上海工程技术大学学报第25卷化床纳米颗粒气固两相流动特性,主要研究了颗粒间的黏性作用与能量耗散,为提出适用纳米颗粒的新拟流体模型提供科学依据.汪翔等[23]实验研究了基于颗粒拟流体模型的柴油高压喷嘴空化流动,进一步寻找影响柴油机喷雾及燃烧的主要因素.研究表明,边界条件对喷口内空化流动较敏感,压力波动导致空化过程不稳定,且液相湍流分布特征与喷口速度有助于柴油一次性雾化.王维等[24]采用颗粒拟流体模型对循环流化床流场分布进行模拟仿真,并将空隙率、颗粒速度等相关参数与传热过程相耦合,其模拟结果与实验数据吻合程度高,为耦合流动、传热、反应的二维模拟及燃烧器结构优化提供可靠依据.潘卫国等[25]将颗粒拟流体模型与离散介质动力理论结合,对不同弯管及复杂管线内气固两相流动进行数值模拟,详细研究了弯曲角度与曲率半径对不同尺寸粒子的分离效果,为电站锅炉燃烧流场优化提供有效途径.3 模型分类及对比用于描述气固两相流场变化的数理模型主要有3类,分别为基于欧拉坐标系的连续介质模型、基于拉格朗日坐标系的颗粒轨道模型和颗粒拟流体模型.其中:连续介质模型主要包括k - 模型与单流体模型;颗粒轨道模型可分为颗粒轨道随机模型和颗粒轨道模型频谱法等;典型颗粒拟流体模型为气体拟颗粒模型.目前,将气固两相流理论融入工程实践还处于不断完善阶段,通过对两相流模型研究现状的分析比较,结果表明:1)连续介质模型大多用于研究工程流体力学中的气液运动规律,其优点在于能将流体结构抽象为连续介质,对微观问题进行宏观处理,但该模型不适用于研究分子间距较大的特殊气体动力学问题.2)颗粒轨道模型主要用于研究流体力学中颗粒相与流体相的相互作用,其优点在于能较好地描述复杂经历中颗粒蒸发、凝结、挥发等过程,但该模型对流场颗粒浓度、速度分布及湍流扩散等现象缺乏较好的处理方法.3)颗粒拟流体模型重点用于研究流体中颗粒相黏性、扩散及导热等物理性质,其优点在于能同时考虑颗粒自身的湍流扩散与相间速度滑移,统一处理弥散颗粒与连续流体,但该模型计算量过大,对复杂流体现象的处理有待进一步改进.4 结语经过多年的不懈努力,我国气固两相流研究已取得迅猛发展,并逐步成为以守恒方程为基础,从本构关系出发的多层次现实性交叉学科.在加强国际前沿交流的基础上,我国气固两相流研究将立足实际工业需求,从工业生产中寻求创新突破口,在协调发展相关学科的同时,深入研究非线性流动、流型转变机制、瞬态现象解析和多维紊流等复杂两相流现象,不断开拓学术领域与研究成果,为我国现代化工业建设奠定坚实基础.参考文献:[1] 曹玉春,吴金星,李言钦,等.基于欧拉-欧拉模型的气固鼓泡床数值模拟研究[J].热力发电,2008,37(11):35-38.[2] 郭印诚,林文漪,王冬.液雾燃烧的全欧拉模型数值模拟[J].燃烧科学与技术,2000,6(1):38-43.[3] 昌泽舟,Berlemont A ,Go uesbet G.气固紊流剪切流中颗粒弥散的拉格朗日模拟[J].空气动力学学报,2001,19(1):39-46.[4] 袁竹林,徐益谦.用拉格朗日法对气固两相流动的数值模拟[J].发电设备,1997(6):27-29,36.[5] 王聪,陈斌,郭烈锦,等.双拉格朗日模型模拟气固两相双圆柱绕流[J].西安交通大学学报,2009,43(1):77-80.[6] 刘向军,石磊,徐旭常.稠密气固两相流欧拉-拉格朗日法的研究现状[J].计算力学学报,2007,24(2):166-172.[7] 庞明军,魏进家,刘海燕,等.泡状流相分布及湍流结构的欧拉-拉格朗日双向耦合数值研究[J].西安交通大学学报,2010,44(7):1-5.[8] 丁琴,吴志超,姜俊侠,等.基于欧拉-拉格朗日模型的射料过程的数值模拟[J].特种制造及有色合金,2006,26(4):211-214.[9] 毛宇飞,郭烈锦,白博峰.基于低R eynolds 数k -模型的超临界流体对流换热的快速计算模型[J].化工学报,2010,61(2):281-288.[10] 张建,杨庆山.基于标准k - 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气固两相流动的数值模拟与建模

气固两相流动的数值模拟与建模气固两相流动是指在管道或设备中，同时存在气体和固体颗粒的流动现象。

这种流动在许多行业中都很常见，例如化工、能源、环境保护等领域。

通过数值模拟与建模，可以更好地理解和预测气固两相流动的特性，提高流动过程的效率和安全性。

在进行气固两相流动的数值模拟时，首先需要进行流体性质的建模。

气固两相流动中，气体和固体颗粒的物理性质和运动行为是不同的，因此需要对两相流动中的气相和固相进行单独建模。

对于气相，常用的模型有Navier-Stokes 方程和连续介质假设，通过这些模型可以描述气体在流动中的速度、压力和密度等特性。

对于固相颗粒，通常采用离散相模型，这个模型假设颗粒之间互相不作用，并体现出颗粒的运动和排列状态。

通过对气相和固相的建模，可以建立气固两相流动的数值模型。

数值模拟中最常用的方法之一是计算流体力学（CFD）方法。

CFD是通过离散化的数学方程和计算方法，对流场进行求解的一种方法。

在气固两相流动的数值模拟中，CFD方法可以用来解决气体和颗粒的速度、压力、浓度和能量等方程。

通过CFD方法，可以得到气固两相流动的速度和压力分布、颗粒浓度分布等参数，从而有效地描述了流动的特性。

除了CFD方法外，还可以采用粒子流体动力学（SPH）方法进行气固两相流动的数值模拟。

SPH方法是一种基于颗粒的数值计算方法，通过模拟颗粒的运动和相互作用，得到流场的分布和特性。

在气固两相流动中，SPH方法可以考虑颗粒之间的碰撞、沉积和湍流扩散等现象，从而更加准确地描述气固两相流动的特性。

数值模拟与建模的目的是为了更好地理解和预测气固两相流动的行为，以便优化流动过程的设计和操作。

通过数值模拟，可以得到气固两相流动中关键参数的分布规律，进而优化设备的结构和工艺参数。

例如，在化工领域中，通过数值模拟可以优化固体颗粒的输送设备，减小颗粒的堵塞和磨损程度，提高流动过程的效率和稳定性。

在能源领域中，数值模拟能够预测煤粉燃烧过程中的颗粒分布和燃烧效率，从而优化燃烧设备的设计和操作。

SIMPLE算法及应用

ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｄｅｐｔｈｏｎａｂｉｇＦＰＳＯ（ＦｌｏａｔｉｎｇＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ＳｔｏｒａｇｅａｎｄＯｆｆｉｏａｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）ｉｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｄｉｎｃａｓｅｔｈｒｅｅ．Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｖｉｓｃｏｕｓｐｌａｙｓａｖｅｒｙ＇ｓｍａｌｌｒｏｌｅａｎｄｓｏｉｔｃａｒｌｂｅｎｅｇｌｅｃｔｅｄｉｎｔｈｉｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ＴｈｅｖａｒｙｉｎｇｌａｗｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｔｏＦＰＳＯｉｓｇｉｖｅｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＩＭＰＬＥａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｇｒａｖｉｔｙｃｕｒｒｅｎｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｍｅｃｈａｎｉｃｓ
上海交通大学博十后出站报告
第一章ＳＩＭＰＬＥ算法概述
对于不可压缩流动，由于其控制方程对空间各坐标都是椭圆型的，给数值求解带来较大困难。Ｐａｔａｎｋａｒ与ＳｐａｌｄｉｎｇＴ－１９７２年提出的ＳＩＭＰＬＥ（Ｓｅｍｉ．ＩｍｐｌｉｃｉｔＭｅｔｈｏｄｆｏｒＰｒｅｓｓｕｒｅＬｉｎｋｅｄＥｑｕａｔｉｏｎ）算法是一种能够有效地求解不可压缩流动的数值方法，自其问世以来在世界各国计算流体力学及计算传热学界得到，、泛的认可和应用，这一算法及其后的各种改进方案已成为计算不可压缩流场的主要方法，并成功推广到可乐缩流场的计算中，成为一种可以计算具有任何流速流动的数值方法。
岸例四通过数值模拟辅助人｝：造流系统设计，对造流系统蹬计给出了一些有益的建议。
关键词ｓｌＭＰＬＥ算法：湍流模式；异重流：数值模拟：计算流体力学

直流导叶式旋风分离器内气相流动的数值模拟_王建军

文章编号:1000-7466(2011)05-0013-04直流导叶式旋风分离器内气相流动的数值模拟王建军1,陆文龙2,高文山1,金有海1(11中国石油大学机电工程学院,山东东营257061;2.中海油气电集团有限公司,北京100027)摘要:利用Fluent软件对直流导叶式旋风分离器内气相流场进行了数值模拟研究。

结果表明,在分离空间内,气流流动比较稳定,切向速度呈兰金组合涡分布;在排尘环隙内出现气流分层,一部分气流携带颗粒进入灰斗,而另一部分气流在此处进行二次流动;在排气管内,在变径的开始区域存在二次涡流,而在后边段流动比较稳定。

关键词:直流导叶式旋风分离器;气相流场;数值模拟;三维速度中图分类号:TQ051.804文献标志码:ANumerical Simulation of Flow Filed in Uniflow Guide Vanes TubeW ANG Jian-jun1,LU Wen-long2,GAO Wen-shan1,JIN You-hai1(1.Colleg e of M echanical and Electronic Eng ineer ing,China U niversity of Petr oleum,Do ng ying257061,China; OOC Gas&Pow er Gro up,Beijing100027,China)Abstract:With the help o f Fluent softw ar e,the flow filed in uniflow g uide vanes tube w as in-v estig ated w ith numerical simulatio n.The numerical result indicated that:in the separate zone, the air flow stability in the separ ate zone,the tangential velocity is like Rankine vo rtex,the air separate in the ring-g ap in two parts,one part flow in the ash hoo per w ith the dust,and the sec-o nd par t flow in the seco ndar y backset,in the v ent-pipe,due to the chang e of diam eter,ther e are secondary backset in the first par t,and the fluid flow stability in the behind zone.Key words:ax ial flow cyclone;flow field;numerical simulatio n;thr ee-dimensional velocity在天然气的净化过程中,分离装置主要用于清除天然气中的岩屑、沙粒、液滴和其他有害杂质[1]。

基于FLUENT的埋地天然气管道泄漏数值模拟

第３９卷第１期２０２４年　３月矿业工程研究ＭｉｎｅｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＶｏｌ．３９Ｎｏ．１Ｍａｒ．２０２４ｄｏｉ：１０．１３５８２／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７４－５８７６．２０２４．０１．００６基于ＦＬＵＥＮＴ的埋地天然气管道泄漏数值模拟郭逸文１，龚思２，王鹏飞１（１．湖南科技大学资源环境与安全工程学院，湖南湘潭４１１２０１；２．湖南省特种设备检验检测研究院，湖南长沙４１０１１７）摘　要：为研究埋地天然气管道泄漏扩散影响因素，建立埋地天然气管道三维模型，采用ＦＬＵＥＮＴ软件模拟研究管道入口压力、泄漏孔尺寸、泄漏孔位置等参数对天然气泄漏量和扩散范围的影响．结果表明：泄漏孔周围温度等值线呈球形分布，泄漏的天然气呈球状扩散；随着管道入口压力及泄漏孔尺寸增大，天然气泄漏量越大，扩散范围也越大；埋地天然气管道向下泄漏时，天然气扩散范围小于向上泄漏和侧面泄漏的情形．关键词：埋地管道；天然气；泄露扩散；数值模拟中图分类号：Ｘ９３７文献标志码：Ａ文章编号：１６７２－９１０２（２０２４）０１－００３５－０６ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＢｕｒｉｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓＰｉｐｅｌｉｎｅＬｅａｋａｇｅＢａｓｅｄｏｎＦＬＵＥＮＴＧＵＯＹｉｗｅｎ１，ＧＯＮＧＳｉｆａｎ２，ＷＡＮＧＰｅｎｇｆｅｉ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１２０１，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｕｎａｎＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＴｅｓｔｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０１１７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｆｌｅａｋａｇｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｏｆｂｕｒｉｅｄｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅ，ａｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｏｆｂｕｒｉｅｄｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄＦＬＵＥＮＴｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅａｎｄｓｔｕｄｙｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｉｐｅｌｉｎｅｉｎｌｅｔｐｒｅｓｓｕｒｅｓ，ｌｅａｋａｇｅｈｏｌｅｓｉｚｅｓ，ｌｅａｋａｇｅｈｏｌｅｌｏｃａｔｉｏｎｓａｎｄｏｔｈｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｎａｔｕｒａｌｇａｓｌｅａｋａｇｅａｎｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎｒａｎｇｅ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｏｕｒａｒｏｕｎｄｔｈｅｌｅａｋａｇｅｈｏｌｅｉｓｓｐｈｅｒｉｃａｌ，ａｎｄｔｈｅｌｅａｋｅｄｎａｔｕｒａｌｇａｓｓｐｒｅａｄｓｓｐｈｅｒｉｃａｌｌｙ；ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｉｎｌｅｔｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｈｅｓｉｚｅｏｆｔｈｅｌｅａｋａｇｅｈｏｌｅ，ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｎａｔｕｒａｌｇａｓｌｅａｋａｇｅ，ａｎｄｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｓｐｒｅａｄｉｎｇｒａｎｇｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｂｕｒｉｅｄｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅｉｓｌｅａｋｉｎｇｄｏｗｎｗａｒｄ，ｔｈｅｓｐｒｅａｄｉｎｇｒａｎｇｅｉｓｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｕｐｗａｒｄｌｅａｋａｇｅａｎｄｔｈｅｌａｔｅｒａｌｌｅａｋａｇｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｕｒｉｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｓ；ｎａｔｕｒａｌｇａｓ；ｌｅａｋａｇｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ埋地天然气管道是城市的重要基础设施之一，遍布整个城市，因此，确保埋地天然气管道安全、平稳以及高效运行已经成为一项长期的重大任务［１］．天然气在埋地管道运输过程中，由于自然因素或人为因素导致管道泄漏，易引起火灾、爆炸等事故，造成环境污染、人员伤亡和经济损失［２］．因此，研究埋地天然气管道泄漏扩散情况，对事故的预防及处理具有重要意义．在埋地管道泄漏研究方面，国内外学者进行了大量的研究．李又绿等［３］通过分析高斯（Ｇａｕｓｓｉａｎ）模型［４］、Ｓｕｔｔｏｎ模型［５］和重气模型等常见气体扩散数学模型在模拟天然气管道泄漏扩散过程中的局限性，建立了适合天然气管道泄漏特点的扩散模型；ＨｉｄｅｋｉＯｋａｍｏｔｏ等［６］通过实地考察和试验验证，研究了埋地天然气管道泄漏扩散范围和时间；李朝阳等［７］利用计算流体力学（ＣＦＤ）软件对架空及埋地含硫天然气管道　收稿日期：２０２２－０７－１９基金项目：湖南省市场监督管理局科技计划资助项目（２０２２ＫＪＪＨ８１）通信作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｆｗａｎｇ＠ｓｉｎａ．ｃｎ矿业工程研究２０２４年第３９卷穿孔泄漏后的甲烷、硫化氢气体的扩散进行研究；刘爱华等［８］通过试验得出孔隙度和土壤阻力系数等土壤扩散控制方程的关键参数，并运用模拟软件研究管道埋深及泄漏孔径对燃气沿土壤—大气扩散规律的影响；黄雪驰等［９］考虑障碍物对环境风场的影响，利用ＣＦＤ软件建立天然气管道三维泄漏模型，分析天然气泄漏扩散规律；王江萍等［１０］的研究表明天然气在土壤中流动会引起土壤温度场的变化，且温度场具有一定规律；常欢等［１１］运用ＣＦＤ软件对城市直埋天然气管道泄漏进行模拟，分析得到不同土壤中天然气的扩散速度和质量分数的变化规律；李鹤等［１２］建立埋地输气管道泄漏前、后的二维物理模型和数学模型，并给出相应的边界条件，得到不同工况下管道泄漏后周围土壤温度场的分布情况，该研究对当前广泛应用的光纤传感器的现场应用有一定的指导意义；罗涛等［１３］通过ＣＦＤ软件对不同土壤工况影响下的埋地天然气管道泄漏扩散过程进行仿真模拟，得出天然气扩散规律；刘敏鸿等［１４］针对城镇中压燃气管道与周围土壤地表，研究城镇燃气管道在不同地表和不同泄漏压力下的扩散特征和危害．当前对天然气泄漏模拟的研究多采用二维模型，主要研究管道泄漏后温度场变化情况和不同土壤、不同地表等因素对天然气扩散的影响．本文建立埋地天然气管道泄漏的三维模型，利用计算流体力学软件ＦＬＵＥＮＴ进行数值模拟，探究管道入口压力、泄漏孔尺寸和泄漏孔位置对天然气泄漏量及扩散范围的影响，为天然气管道泄漏扩散研究提供参考．１　模型建立１．１　物理模型１．１．１　几何模型埋地天然气管道几何模型如图１ａ所示，模拟区域为３．０ｍ×２．５ｍ×５．０ｍ的三维空间，泄漏孔位于距管道入口２．５ｍ处的管道上方．天然气管道外径为２００ｍｍ，管道埋地深度为１．９ｍ．采用Ｍｅｓｈ软件进行网格划分，网格类型为非结构化网格，模型网格划分如图１ｂ所示．为提高网格计算精度，对泄漏孔区域网格进行局部加密，所划分的网格基本满足模拟需要．图１　埋地天然气管道几何模型及网格划分１．１．２　边界条件假设模型中所有壁面均为绝热壁面．土壤设置为多孔介质区域，均质且各向同性，密度为２６５０ｋｇ／ｍ３，导热系数为１．８Ｗ／（ｍ·ｋ）．天然气组分以甲烷（ＣＨ４）为主，含少量的其他气体，模拟过程中以甲烷为研究对象进行模拟计算［１５］．１．２　数学模型天然气输送以埋地管道传输为主，土壤颗粒间有发达的孔隙结构，数值模拟过程中将土壤部分视为多孔介质区域，假设在天然气泄漏过程中土壤的空间结构不会改变，泄漏的天然气不会与周围土壤发生化学反应，并忽略气体与土壤之间的传热，只发生传质过程．埋地天然气管道泄漏扩散主要遵循质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律．１．２．１　质量守恒方程质量守恒方程可表示为ρ ｔ＋ ρｕｘ() ｘ＋ ρｕｙ() ｙ＋ ρｕｚ()ｚ＝０．（１）６３第１期郭逸文，等：基于ＦＬＵＥＮＴ的埋地天然气管道泄漏数值模拟式中：ρ为气体密度，ｋｇ／ｍ３；ｔ为时间，ｓ；ｕｘ，ｕｙ，ｕｚ为气体扩散速度ｕ在ｘ，ｙ，ｚ方向的分量，ｍ／ｓ．１．２．２　能量守恒方程能量守恒方程为［１６］ρＥ() ｔ＋ｕρＥ＋ｐ()[]＝ｋｅｆｆＴ－∑ｊｈｊＪｊ＋τｅｆｆｕ()[]＋Ｓｈ．（２）式中：Ｅ为流体微团的总能，Ｊ／ｋｇ；ｐ为气体压力，Ｐａ；ｋｅｆｆ为有效热传导系数，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；Ｔ为温度，Ｋ；ｈｊ为组分ｊ的焓，Ｊ／ｋｇ；Ｊｊ为组分ｊ的扩散通量，ｋｇ／（ｍ２·ｓ）；τｅｆｆ为有效应力张量；Ｓｈ为包含化学反应热及自定义的体积热源项，Ｊ．１．２．３　动量守恒方程动量守恒方程为［１６］（ρｕ）ｔ＋（ρｕｕ）＝－ｐ＋ τ．（３）式中：τ为应力张量，且τ＝μ（ｕ－２３ｕＩ），其中μ为湍流黏度，Ｐａ·ｓ；Ｉ为单元张量．１．３　扩散模型泄漏的天然气在土壤孔隙中的流动为湍流流动，属于中等复杂流动，本文选用ＲＮＧ（Ｒｅｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎｇｒｏｕｐ，重整化群）ｋ－ε模型进行求解，该模型适用于模拟复杂度适中的流动现象，可有效预测天然气在土壤中的流动［１７－１８］．标准ｋ－ε模型对高Ｒｅ（雷诺数）的湍流流动有较好的模拟效果，ＲＮＧｋ－ε模型在标准ｋ－ε模型基础上变形，对低Ｒｅ流动也有较好的模拟效果，完善了标准ｋ－ε模型对个别复杂流动模拟不精确的不足．２　数值模拟及结果分析２．１　泄漏的天然气在土壤中扩散特点分析当泄漏孔直径为２０ｍｍ，泄漏孔位于管道上方，管道压力为０．２５ＭＰａ，埋深为１．９ｍ时，设置地表温度为２９８Ｋ，底部温度为２９２Ｋ，模拟天然气管道在土壤中泄漏扩散过程．不同扩散时间下，泄漏孔附近土壤中天然气质量分数分布如图２所示．由图２可知，管道泄漏孔附近甲烷质量分数不断增大，甲烷由泄漏孔向土壤中不断扩散，泄漏孔周围形成甲烷高质量分数区域．模拟结果表明：埋地天然气管道在发生泄漏后，泄漏的甲烷首先接触土壤，扩散至多孔介质间隙，甲烷穿过泄漏孔垂直于地面呈轴对称分布，由高质量分数区向低质量分数区扩散；在管道左右两侧土壤中，甲烷质量分数的分布特点一致，符合现实情况；随着泄漏时间的增加，甲烷扩散范围越大．图２　不同扩散时间下泄漏孔附近的甲烷质量分数分布７３矿业工程研究２０２４年第３９卷天然气泄漏过程中泄漏孔附近土壤的温度变化如图３所示．由图３可知，当埋地天然气管道发生泄漏时，泄漏的天然气引起管道周围土壤温度发生变化，泄漏孔附近土壤的温度上升，从泄漏孔处向四周温度逐渐降低，管道周围土壤温度等值线呈球形分布．图３　不同扩散时间下泄漏孔附近土壤的温度分布２．２　影响因素分析２．２．１　管道入口压力天然气管道中的气体压力随管道所处地理位置和输送距离等因素而发生变化，本节模拟埋地天然气管道在管道入口不同压力下发生泄漏时，天然气在土壤中的扩散状况．设置管道入口压力为０．１，０．２，０．３，０．４，０．５，０．６ＭＰａ，统一设置其他边界条件：天然气管道直径为２００ｍｍ，泄漏孔直径为２０ｍｍ，管道埋地深度为１．９ｍ，土壤孔隙率为０．４５．在管道入口不同压力下，泄漏时间为６０ｓ时，泄漏的甲烷质量分数分布如图４所示．由图４可知，管道入口压力较小时，管道内部与土壤区域的压力梯度较小，甲烷气体泄漏扩散缓慢．相同时间内，随着管道入口压力的增大，甲烷扩散越快，甲烷扩散距离越远．图４　管道入口不同压力下泄漏孔附近的甲烷质量分数分布２．２．２　泄漏孔尺寸模拟泄漏孔直径为１０，１５，２０，２５ｍｍ情况下埋地天然气管道泄漏状况，统一设置其余边界条件．图５为不同泄漏孔尺寸下天然气泄漏６０ｓ时泄漏孔附近甲烷质量分数的分布变化．由图５可知，相同时间内，泄漏孔孔径越大，甲烷质量分数增长越快，同一区域内甲烷质量分数越高，甲烷扩散距离越远．８３第１期郭逸文，等：基于ＦＬＵＥＮＴ的埋地天然气管道泄漏数值模拟图５　不同泄漏孔尺寸下泄漏孔附近的甲烷质量分数分布２．２．３　泄漏孔位置模拟泄漏孔位置分别在管道正上方、管道正下方以及管道侧面（左侧）时埋地天然气管道泄漏状况，统一设置其余边界条件．图６为不同位置的泄漏孔在泄漏发生６０ｓ时孔附近的甲烷质量分数分布图．由图６可知，泄漏孔位于管道正下方时甲烷的扩散范围比泄漏孔位于管道正上方和侧面时小，这是因为泄漏孔位于管道正下方时，泄漏天然气的初速度朝下，而甲烷密度比空气密度小，两者相互作用使得泄漏孔位于管道正下方时甲烷的扩散速度减慢．图６　不同位置泄漏孔附近的甲烷质量分数分布３　结论１）埋地天然气管道发生泄漏后，管道周围温度发生变化，温度等值线呈球形分布．２）埋地天然气管道发生泄漏时，泄漏的天然气主要是呈球状扩散．３）管道入口压力及泄漏孔尺寸增加，天然气扩散范围及泄漏量增大．４）管道周围的温度及甲烷质量分数的变化可作为埋地天然气管道泄漏孔定位的依据．参考文献：［１］朱庆杰，赵晨，陈艳华，等．埋地天然气管道泄漏的影响因素及保护措施［Ｊ］．环境工程学报，２０１８，１２（２）：４１７－４２０．［２］王玮，沈功田，任吉林，等．在用埋地管道泄漏监测与检测技术综述［Ｊ］．中国特种设备安全，２００９，２５（９）：５５－５８．［３］李又绿，姚安林，李永杰．天然气管道泄漏扩散模型研究［Ｊ］．天然气工业，２００４，２４（８）：１０２－１０４．［４］ＭＯＨＡＮＭ，ＰＡＮＷＡＲＴＳ，ＳＩＮＧＨＭＰ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｅｎｓｅｇａｓｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｅｍｅｒｇｅｎｃｙｐｒｅｐａｒｅｄｎｅｓｓ［Ｊ］．ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，１９９５，２９（１６）：２０７５－２０８７．［５］ＫＨＲＩＳＴＥＮＫＯＹＡ，ＴＯＭＩＬＩＮＶＰ，ＲＹＡＺＨＳＫＩＨＶＩ．Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｎｏｎｓｔａｔｉｏｎａｒｙｒｅｇｉｍｅｏｆｇａｓｅｏｕｓｈｙｄｒｏｇｅｎ９３矿业工程研究２０２４年第３９卷ｏｕｔｆｌｏｗｆｒｏｍｖｅｒｔｉｃａｌｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｏａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｇｅｎＥｎｅｒｇｙ，１９９９，２４（１２）：１１７１－１１７６．［６］ＯＫＡＭＯＴＯＨ，ＧＯＭＩＹ．Ｅｍｐｉｒｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｄｉｆｆｕｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｌｅａｋｅｄｇａｓｉｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｏｓｓＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎｉｎｔｈｅＰｒｏｃｅｓｓＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，２０１１，２４（５）：５３１－５４０．［７］李朝阳，马贵阳，徐柳．架空及埋地天然气管道泄漏扩散数值研究［Ｊ］．中国安全生产科学技术，２０１１，７（７）：６６－６９．［８］刘爱华，陈柯，黄检，等．土壤－大气中燃气泄漏扩散规律研究［Ｊ］．中国安全科学学报，２０１８，２８（３）：３１－３７．［９］黄雪驰，马贵阳，王锡钰，等．基于稳定风场的埋地天然气管道泄漏数值模拟［Ｊ］．中国安全生产科学技术，２０１６，１２（１）：９６－１０１．［１０］王江萍，韩路．基于Ｆｌｕｅｎｔ的天然气管道泄漏传质传热研究［Ｊ］．西安石油大学学报（自然科学版），２０２０，３５（５）：１０８－１１５．［１１］常欢，谭羽非，王雪梅，等．城市直埋燃气管道泄漏沿土壤扩散模拟研究［Ｊ］．煤气与热力，２０２０，４０（１１）：２８－３４．［１２］李鹤，封辉，池强．埋地天然气管道泄漏温度场模拟［Ｊ］．山东化工，２０２１，５０（５）：１４５－１４９．［１３］罗涛，马海峰，胡坤，等．埋地燃气管道泄漏气体扩散机理分析［Ｊ］．应用力学学报，２０２１，３８（６）：２４０５－２４１０．［１４］刘敏鸿，刘成良，翁韦强，等．基于ＣＦＤ埋地燃气管道泄漏三维数值模拟［Ｊ］．煤气与热力，２０２２，４２（５）：１１－１５．［１５］葛岚，吴明，赵玲，等．埋地天然气管道泄漏扩散数值模拟［Ｊ］．辽宁石油化工大学学报，２０１４，３４（５）：１９－２２．［１６］韩策，吴明，赵梁，等．基于ＦＬＵＥＮＴ的架空天然气管道泄漏数值模拟［Ｊ］．辽宁石油化工大学学报，２０１４，３４（６）：３０－３４．［１７］王向阳，杜美萍，汪彤，等．埋地燃气管道泄漏扩散过程数值模拟［Ｊ］．中国安全科学学报，２０１８，２８（２）：４５－５０．［１８］韩路．埋地天然气管道泄漏扩散的数值模拟研究［Ｄ］．西安：西安石油大学，２０２０．０４。

微通道内单相及气液两相流动换热数值模拟研究进展综述

摘要：随着科技的发展，微电子设备的散热量越来越大，传统换热器将难以满足其散热需求。微通道散热是一种新型的高效换热技术，其结构紧凑、换热性能突出、运行安全可靠的特点引起国内外学术界和工业界的广泛关注。试验技术存在对换热装置加工工艺和测量仪器精度的高要求，成本高、准备周期长；数值模拟技术成本低、计算周期短，探索微通道内单相和气液两相流动换热特性更为便捷，其优势也日益突显。详细介绍了针对微通道换热器的传热流动数值模拟研究方法，对比分析了包含ＬＢＭ模拟方法和ＶＯＦ气液两相流模型在内的典型数值方法，并总结了数值模拟在微通道单相换热特性、气液两相换热特性和临界热流密度方面的研究进展。关键词：微通道换热器；数值模拟；单相流；气液两相流；临界热流中图分类号：ＴＨ４９；ＴＱ０５１．５；ＴＱ０２１．３文献标志码：Ｂ
０引言
微通道换热器的工程背景来源于２０世纪８０年代高密度电子器件的冷却和２０世纪９０年代出现的微电子机械系统的传热问题。随着能源问题的日渐突显，各国的经济发展与微小器件的发展息息相关，换热设备在满足热交换要求的前提下，需要向缩小体积的方向优化，以节约更多空间和能源［１］。随着微型换热设备的出现和普及，微尺度传热问题也成为换热器试验和数值模拟研究的重点。Ｔｕｃｋｅｒｍａｎ等［２］提出了如图１所示的微通道换热器，通过多个细微通道内的介质流动带走电子芯片积聚的热量，成功地解决了随着科技发展、芯片集成度越来越高带来的高热流密度散热问题。孙淑风等［３］研究了液氮在尺寸为０．５５～１．５ｍｍ的微通道中流动沸腾的传热效果，发现狭窄通道的强制对流沸腾换热对沸腾换热具有强化作用，其中，液氮在狭窄通道形状为弦月型的传热系数是常规尺寸管道的３～５倍，随着狭窄的间隙尺寸的减少，换热系数也得到提高。综上所述，微通道换热因其体积小、换热效率高、耐压性能强等特点被认为是最有发展前景的高热流密度散热技术之一。

渐缩-突扩流道水力特性研究

灌水器在滴灌系统中属于关键部件，灌水器的流道形式影响着其内部的水流情况和消能效果。
Ｇｌａａｄ等 …认为，流道的形式构造、尺寸和材料性能
行了研究，得到了流道内各结构参数对流量和流态
一
大小对灌水器性能的影响。张琴等依据灌水器
内的流线，将矩形迷宫流道结构优化成圆弧形，使它
的水力性能得到了提高。孟桂祥等利用流线型
流道对传统的迷宫流道进行结构优化，改变其中的水流流态，提高了灌水器的消能效果。李云开等设计了新型的分型流道结构灌水器，分型流道水流大部分呈紊流状态，消能效果较好。郭霖等 ¨ 采用
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２— ５６３４．２０１７．０２．０１２
渐缩一突扩流道水力特性研究
仵峰，董晓爽。，吴玉博，马地，冯雪芳，
（１．华北水利水电大学水利学院，河南郑州４５００４５；２．河南省节水农业重点实验室，河南郑州４５００４６）
均匀设计的试验方法，对三角形的迷宫流道进行模
种新途径，采用ＣＦＤ进行模拟，耗时短、成本低，

板式换热器内纳米流体单边流动与对角流动强化传热模拟

板式换热器内纳米流体单边流动与对角流动强化传热模拟孙斌;张冠男【摘要】对纳米流体在板式换热器内单边流动和对角流动时的传热性能进行了三维数值模拟计算,得到了传热工质的温度、换热系数和流场的空间分布,分析了其压降与流速的关系.结果表明,纳米流体可以提高板式换热器的性能,其中以纳米流体作为冷流体单边流动时板式换热器的换热性能和降压效果最佳.【期刊名称】《化工机械》【年(卷),期】2015(042)003【总页数】5页(P404-408)【关键词】板式换热器;纳米流体;单边流动;对角流动;换热性能;压降【作者】孙斌;张冠男【作者单位】东北电力大学能源与动力工程学院;东北电力大学能源与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ051.5符号说明h——换热系数，W/(m2·K)；K——导热系数，W/(m2·K)；Δp——压降，kPa；T——温度，K；v——进口速度，m/s；V——流量，m3/h；φ——流体体积浓度，%；μ——动力粘度，Pa·s；ρ——流体密度，kg/m3；下标：d——对角流动；f——基液；m——纳米流体混合液；n——纳米粒子；u——单边流动；w——纯水。

板式换热器是一种新型、高效、紧凑的热交换器，它具有传热系数高、对数平均温差大、占地面积小、质量轻、价格低廉、易清洗及易改变换热面积等优点。

随着板式换热器的快速发展，其换热性能越来越高，在压力和温度不太高的换热场合中已逐步替代管壳式换热器，并广泛应用于石油、化工及制冷等领域中。

目前，对板式换热器性能的研究主要体现在提高传热效果和降低压降两个方面。

Charre O等利用Fluent软件对板式换热器内部的温度场、速度场和压力场进行数值模拟[1～3]。

Fernandes C S 等对板式换热器内部通道进行分析，发现改变流道的几何形状能提高换热器的传热性能[4]。

梁欣等利用Fluent软件对不同尺寸的双波纹板式换热器的流场进行了模拟，经过分析对比得到换热效果最佳时双波纹板的形状[5]。

摇摆作用下矩形流道内单相流动与换热数值模拟

动的过程中；摆、量和温度波动三者之间存在相位差；摆周期减小和最大摇摆角度增加都会使波摇流摇
动幅度增加。模拟得到的结论与已发表文献结论相吻合。若将系统关于摇摆轴心对称布置，可降低则摇摆造成的参数波动。关键词：摆；相流动；动；量源项；值模拟；Ｆ摇单波动数ＵＤ
ｆｏｒｔｎｄｔｍｐｅａｕｒｌｅａｅａｏｕｈｅｓａｉｎａｙｖａｕｔｓｎｏｉｌｗａｅａｅｒｔｅｆｕｕｔｒｎｄｔｔｔｏｒｌｅｗｉｈｉｕｓｄ，ａｄｔｎｈｅ
ｆｕｔａｉｎｐｒｄｃｉｃｄｓｗｉｈｏｌｇｐｒｏ．Ｔｈｅｔｅｕｏｌｗａｅａｄｌｃｕｔｏｅｉｏｎｉｅｔｔｅｒｌｎｅｉｄｏｈｉｅｘｒｍｍｆｆｏｒｔｎ
ｅｐｒｅｔｌｅｕｔｎｔｅｒｌａｅｉｅａｕｅ．ｘｅｉｎａｓｌｓｉｈｅｅｓｄｌｒｔｒｓｍｒｔ
Ｋｅｒ：ｒｌｉｇ；ｓｎｅｐｈｓｌｗ；ｆｕｔｔｏｙｗｏｄｓｏｌｎｉｇｌ— ａｅｆｏｌｃｕａｉｎ；ｍｏｅｕｓｕｒｅｔｒ；ｎｕｅｉａｍｎｔｍｏｃｅｍｍｒｃｌ
ａｄｔｎｉｅｔｏｃｓＴｈｄｉｉｎｌｉｅｔａｆｒｅｒｄｅｏｔｅｓｕｃｅｍｆｄｉｉａｎｒｉｆｒｅ．ｏＩａｅａｄｔｏａｎｒｉｏｃｓｗｅｅａｄｄｔｈｏｒｅｔｒｏｍｏｅｔｍｑａｉｎｔｒｕｈＵｓｒＤｅｉｅｎｔｎ（ｍｎｕｅｕｔｈｏｇｅｆｄＦｕｃｉｏｎｏＵＤＦ．Ｔｈｅｕｔｈｗｈｔｔｅ）ｅｒｓｌｓｓｏｔａ，ｈ

泵站正向进水结构流场特性多目标优化研究

２０２４年２月水利学报ＳＨＵＩＬＩＸＵＥＢＡＯ第５５卷　第２期文章编号：０５５９－９３５０（２０２４）０２－０１６７－１２收稿日期：２０２３－０９－０６基金项目：中原科技创新领军人才支持计划项目（２０４２００５１００４８）；浙江省基础公益研究计划项目（ＬＺＪＷＤ２２Ｅ０９０００１）；浙江省重点研发计划项目（２０２１Ｃ０３０１９）；宁夏回族自治区水利科技项目（ＧＫＧＫ－ＫＹ－２０２３－００２）作者简介：徐存东（１９７２－），博士，教授，主要从事水工结构优化设计和耐久性研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｃｕｎｄｏｎｇ＠１２６．ｃｏｍ通信作者：胡小萌（２００１－），硕士生，主要从事水利工程研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：１０６２３４３９６１＠ｑｑ．ｃｏｍ泵站正向进水结构流场特性多目标优化研究徐存东１，２，胡小萌２，王荣荣３，王　鑫２，田俊姣２（１．浙江水利水电学院，浙江杭州　３１００１８；２．华北水利水电大学水利学院，河南郑州　４５００４６；３．河南大学土木建筑学院，河南开封　４７５００４）摘要：为提高引黄灌区水源含沙提水泵站进水结构流场稳定性，对泵站原型（泥沙淤积前）进水结构设计参数进行耦合协同优化。

选取甘肃省景电灌区典型正向进水泵站为研究对象，确定流场特性评价指标与进水结构设计参数，基于仿真智能算法（ＰＳＯ－ＢＰＮＮ）和多岛遗传算法（ＭＩＧＡ）构建ＰＳＯ－ＢＰＮＮ－ＭＩＧＡ耦合优化模型，通过Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ－ε湍流模型耦合考虑相间滑移的Ｍｉｘｔｕｒｅ多相流模型对最优方案进行模拟。

由耦合优化模型得到的最优设计方案（ＯＰＴ）为：扩散角θ＝２６．３０°、总宽度Ｂ＝２６．４６ｍ、底部纵坡ｉ＝１∶２．３、悬空高度Ｃ＝１．０５ｍ、淹没深度ｈｓ＝１．３８ｍ、后壁距Ｔ＝０．５７ｍ；ＯＰＴ方案评价指标预测值和计算值的偏差率均在１０．００％以内；ＯＰＴ方案下泵站进水结构内未出现明显旋涡回流区，泥沙淤积强度和淤积范围明显减少、水流流速较小、流线较为均匀。

气垫防磨叶栅内固体颗粒运动特性的数值模拟

气垫防磨叶栅内固体颗粒运动特性的数值模拟
徐寿臣;张敏;潘海浪
【期刊名称】《东北电力大学学报》
【年(卷),期】2004(024)006
【摘要】以气垫叶栅作为研究对象,从含尘风机气-固两相流动的规律出发,采用SIMPLE算法,结合标准k-ε紊流模型、壁面函数法,利用适体坐标系下的通用控制方程,编制相应的计算程序.在不同的主流与射流速度比、不同的缝隙数和缝隙宽度等条件下,计算了固体颗粒在气垫作用下的运动情况.计算结果表明,气垫阻碍了粒子与壁面的撞击几率,在理论上论证了气垫防磨的可行性.
【总页数】4页(P52-55)
【作者】徐寿臣;张敏;潘海浪
【作者单位】国家电网公司高级培训中心,北京,100085;吉林市工程节能评价事务所,吉林,吉林,132011;吉林市热电厂,吉林,吉林,132021
【正文语种】中文
【中图分类】O353.4
【相关文献】
1.气垫防磨叶栅内气体流动特性的实验研究 [J], 郭婷婷;徐忠;李少华;王国徽
2.气垫防磨叶栅内固体颗粒的运动特性 [J], 郭婷婷;徐忠;李少华;王国徽
3.内构件对CFB-FGD塔内固体颗粒径向运动特性影响实验研究 [J], 李少华;张庆喆;王虎;马文娥
4.深海采矿扬矿泵内固体颗粒运动特性数值模拟 [J], 余淑琦;罗荣昌;曹斌;夏建新
5.突扩圆管内液-固两相流固体颗粒运动特性的DPM数值模拟 [J], 李国美;王跃社;亢力强
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非对称突扩通道流动特性的数值模拟

非对称突扩通道流动特性的数值模拟刘圣琬;李春光;吕岁菊【摘要】Two-dimensional steady laminar flow model is setup to simulate the flow in an unsymmetrical sudden expansion channel.The finite volume method,which is a high performance conservation method,is used to complete discretion of the control equations,and absolute stability of mixed format is selected.The SIMPLE algorithm based on staggered grid is used for flow field numerical computation,and formation variation law of back-flow area is found.Research shows that the flow in an unsymmetrical sudden expansion channel is influenced by Reynolds number and geometrical shape.%针对非对称突扩通道的流动,建立了平面二维不可压稳态层流数学模型,采用守恒性能高的有限体积法对控制方程进行离散,并选用绝对稳定的混合格式,利用交错网格下的SIMPLE算法进行流场数值计算,得到了回流区形态的变化规律.研究表明,非对称突扩通道流动受雷诺数和几何形状的影响.【期刊名称】《宁夏工程技术》【年(卷),期】2012(011)002【总页数】4页(P151-153,157)【关键词】非对称突扩;数值模拟;有限体积法;流线【作者】刘圣琬;李春光;吕岁菊【作者单位】宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司,宁夏银川750004;北方民族大学数值计算与工程应用研究所,宁夏银川750021;北方民族大学数值计算与工程应用研究所,宁夏银川750021【正文语种】中文【中图分类】TV131.21实际工程中边界突然扩大的流动是一种常见的流动现象，例如，流过丁坝、港口、压力泻水洞平板闸门及其他水工建筑物的水流，突然扩大的管道流动等等.当流体进入突然扩大的结构处时会发生边界层分离现象[1]，此时在突扩结构处产生流体空白区，一部分流体会倒流回来填充空白区，这样在突扩通道内产生流向相反的两种流体，即而形成旋涡.在旋涡处会出现压力下降和能量损失现象，局部区域可能产生旋涡空化，造成两侧边墙严重的空蚀破坏，以致突然坍塌[2].目前，一些学者对对称突扩通道的流动进行了研究[2-3]，而对于非对称突扩通道流动的研究较少.本文对非对称突扩通道流动进行了数值模拟，研究了旋涡随雷诺数、偏心度和突扩比三者的变化规律.1 数学模型及数值方法1.1 数学模型本模型为平面二维非对称突扩区域不可压稳态层流模型，如图1所示.平均速度为u0的来流在一个较细的通道内经充分发展后，流入一个较粗的通道（左边比右边窄），其上下游通道都足够长，以使来流和出口处的流动都得到充分发展.引入突扩比E=D/d，偏心度N=s/D和雷诺数Re=u0d/ν(ν为运动黏度).E和N决定突扩管形状，Re决定流态.其流动控制方程为[4]图1 非对称突扩通道流动的物理模型式中：ρ为密度；u和v为速度矢量在x和y方向的分量；P为压强.其边界条件为[5]式中：u和v为速度矢量在x和y方向的分量.1.2 数值方法本文采用守恒性能高的有限体积法对控制方程进行离散，对流项选用绝对稳定的混合格式（当|Pe|<2时，使用具有二阶精度的中心差分格式；当|Pe|≥2时，使用具有一阶精度但考虑流动方向的一阶迎风格式），扩散项选用中心差分格式，利用交错网格下的SIMPLE算法进行流场数值计算，详细参见文献[6-7].2 计算结果及分析本文分别对3类工况进行了数值模拟，得到了回流区的形态随雷诺数、偏心度和突扩比三者的变化规律.2.1 回流区形态随雷诺数的变化规律取E=2.5，N=0.1，Re=50~550，所得的流线图如图2所示，回流区相对长度如表1所示.图3~4分别为图2a左突扩边回流区局部速度矢量图和流线图.图2 不同雷诺数下的流线图图3 回流区局部速度矢量图表1 不同雷诺数下回流区的长度注：Ll（或Lr）为左（或右）突扩边所有旋涡下端到进口距离的最大值，即回流区长度（表2、表3中注释相同）.Re比值550 11.40 8.95 Ll/D Lr/D 50 0.73 1.72 100 1.01 2.75 150 4.52 3.13 162 4.78 3.10 200 4.71 2.55 225 4.60 6.05 350 4.35 7.72 500 10.27 8.90图4 回流区局部流线图为了描述方便，现引入上涡、下涡和双心窝3个概念.其中上涡是上端在入口处的单心涡，其形态为锥状；下涡是上端不在入口处的单心涡，其形态为盘状；双心涡是内部套有两小涡的旋涡，其形态为勺状或眼镜状.回流区流线为螺线型.在窄突扩边，Re=50~100时，只有一个上涡；Re=150~162时，有一个上涡和一个下涡；Re=200~550时，有一个勺状双心涡.在宽突扩边，Re=50~200时，有一个上涡；Re=225~350时，有一个上涡和一个下涡；Re=500~550时，有一个眼镜状双心涡.当Re=50~100或Re=225~350时，窄突扩边的回流区长度比宽突扩边小；当Re=150~200或Re=500~550时，宽突扩边的回流区长度比窄突扩边小.2.2 回流区形态随偏心度的变化规律取E=2.5，Re=200，N=0~0.30，所得流线图如图5所示，回流区相对长度如表2所示.N=0时为对称突扩通道，两侧涡对称；N≠0时为非对称突扩通道，两侧涡不对称. 在窄突扩边，N=0时，有一个上涡；N=0.06~0.10时，有一个双心涡；N=0.14~0.22时，有一个上涡和一个下涡；N=0.26~0.30时，有一个下涡.在宽突扩边只有一个上涡.图5 不同偏心度下的流线图表2 不同偏心度下回流区的长度比值N 0 Lt/D Lr/D 5.22 5.22 0.02 5.10 5.40 0.06 5.11 2.98 0.1 5.16 2.90 0.14 5.13 2.91 0.18 5.12 2.99 0.22 5.29 3.35 0.26 5.69 4.12 0.3 5.76 5.31当N=0.02时，窄突扩边的回流区长度比宽突扩边小；当N=0.06~0.30时，宽突扩边的回流区长度比窄突扩边小.2.3 回流区形态随突扩比的变化规律取 Re=200，N=0.1，E=1.7~3.6，所得流线图如图6所示，回流区相对长度如表3所示.图6 不同突扩比下的流线图表3 不同突扩比下回流区的长度E比值Ll/D Lr/D 1.7 0.47 2.45 1.8 0.69 2.83 1.9 3.42 3.17 2.1 4.53 3.18 2.3 5.01 3.03 2.5 5.16 2.90 2.8 4.30 6.03 3.1 3.97 6.44 3.6 4.17 6.84在窄突扩边，E=1.7~1.8时，只有一个上涡；E=1.9~2.1时，有一个上涡和一个下涡；E=2.3~3.6时，有一个勺状双心涡.在宽突扩边，E=1.7~2.5时，只有一个上涡；E=2.8时，有一个上涡和一个下涡；E=3.1~3.6时，有一个眼镜状双心涡. 当E=1.7~1.8或E=2.8~3.6时，窄突扩边的回流区长度比宽突扩边小；当E=1.9~2.5时，宽突扩边的回流区长度比窄突扩边小.3 结论本文用有限体积法对非对称突扩流动进行了数值模拟，所得的结果符合物理规律[8].非对称突扩通道回流区流线为螺线型，其形态有：一个上涡、一个下涡、一个上涡和一个下涡、一个双心涡（在窄突扩边为勺状，在宽突扩边为眼镜状）.回流区的形态随雷诺数、偏心度和突扩比三者的变化而变化.主要结论如下：(1)回流区形态随雷诺数的变化规律.在窄（或宽）突扩边随着雷诺数的增大，回流区形态变化规律：一个上涡、一个上涡和一个下涡、一个双心涡.相同性质转折点的雷诺数窄突扩边小于宽突扩边.随着雷诺数的增大，宽突扩边与窄突扩边回流区长度的相对大小交替变化.(2)回流区形态随偏心度的变化规律.在宽突扩边只有一个上涡.在窄突扩边随着偏心度的增大，回流区形态变化规律：一个上涡、一个双心涡、一个上涡和一个下涡、一个下涡.随着偏心度的增大，宽突扩边与窄突扩边回流区长度的相对大小交替变化.(3)回流区形态随突扩比的变化规律.在窄（或宽）突扩边随着突扩比的增大，回流区形态变化规律：一个上涡、一个上涡和一个下涡、一个双心涡.相同性质转折点的突扩比窄突扩边小于宽突扩边.随着突扩比的增大，宽突扩边与窄突扩边回流区长度的相对大小交替变化.【相关文献】[1] 谢振华，宋存义.工程流体力学[M].北京：冶金工业出版社，2007：86-87.[2] 支道枢，哈焕文,张健.管道突扩水流流场的数值模拟[J].水利学报,1986(11)：43-50.[3] 王小华，鞠硕华,朱文芳.突扩管流的数值模拟[J].低温建筑技术,2003(1)：59-60.[4]VERSTEEG H K,MALALASEKERA W.An introduction to computational fluid dynamics:The finite volume method[M].New York:Wiley,1995:10-40.[5]王福军.计算流体力学分析——CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004:145.[6] 陶文铨.数值传热学[M].2版.西安：西安交通大学出版社，2001：136-298.[7] 帕坦卡S V.传热与流体流动的数值计算[M].北京：科学出版社，1980：130-151.[8] 李炜，徐孝平.水力学[M].武汉：武汉水利电力大学出版社，2000：128-132.。

倾斜式双导叶扩散器气动特性的数值模拟

倾斜式双导叶扩散器气动特性的数值模拟朱崎峰;薛东东;常昆鹏【摘要】采用ICEM CFD软件对某型含导叶的60°倾斜式扩散器模型进行结构化网格划分,利用计算流体动力学软件CFX对其在不同进口流速下的流场进行数值模拟,并通过实例对计算方法进行验证.根据数值模拟结果,分析了扩散器内流场速度分布与局部阻力、压力恢复系数和扩散效率之间的关系,为扩散器气动性能优化设计提供参考.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2017(039)012【总页数】4页(P77-80)【关键词】倾斜式扩散器;气动特性;结构化网格;数值模拟【作者】朱崎峰;薛东东;常昆鹏【作者单位】河南理工大学机械与动力工程学院,焦作 454000;河南理工大学机械与动力工程学院,焦作 454000;河南理工大学机械与动力工程学院,焦作 454000【正文语种】中文【中图分类】TD7260 引言扩散器是指矿井主扇风机出口处外接的具有一定长度、断面逐渐扩大的附属装置。

它通过流道截面的逐渐扩大，减小出口处的气流速度（出口动压），将部分动压转变为通风机静压，回收风机出口的动能损失，减小能量损失，从而提高矿井通风机的运行效率。

工程实践表明，主扇通风机扩散器能够回收风机出口动能的30%～80%[1]。

扩散器的通风阻力是影响其能量回收效率的主要因素，阻力越小，回收效率越高；而扩散器的通风阻力与其几何结构等相关。

为减小扩散器的通风阻力、提高其回收效率，国内外学者已经利用数值计算和实验相结合的方法从扩散角、弯道形状、断面扩大系数等方面做了许多工作[2～7]。

潘地林等利用数值模拟的方法研究了平面扩散器和锥形扩散器在不同工况下的扩散性能，给出了两种结构型式扩散器的适用场合及结构参数的选择原则[2]；修东亮利用fluent软件模拟了轴流式通风机所用两种结构型式扩散器的内部流动，分析了它们的运行效率[3]；戴巨川等采用粒子群优化算法对矿用对旋式轴流通风机扩散器进行了结构参数的多目标优化设计[4]；陈世强提出了双切流线型扩散器，并数值计算方法和实验方法对该型扩散器进行了结构参数的优化[5]。

超临界参数CO2在倾斜管内对流换热数值模拟

超临界参数CO2在倾斜管内对流换热数值模拟
杨传勇;徐进良;王晓东;张伟
【期刊名称】《热力发电》
【年(卷),期】2013(042)001
【摘要】对倾角为30°的倾斜圆管内超临界参数CO2的对流换热过程进行数值模拟,分析了管壁热流量和入口质量流量对换热特性的影响.利用相对二次流动能定量表示二次流大小,得到了壁温和传热系数周向分布规律以及上母线传热系数、摩擦系数和相对二次流动能K沿管道的分布规律.模拟结果表明,上母线壁温高于下母线,顶部周向壁面温度高于底部,壁面热流量对上母线的传热系数、摩擦系数和相对二次流动能影响较小,入口质量流量对其影响较大.
【总页数】10页(P26-35)
【作者】杨传勇;徐进良;王晓东;张伟
【作者单位】能源的安全与清洁利用北京市重点实验室,北京 102206;新能源电力系统国家重点实验室,北京 102206;低品位能源多相流与传热北京市重点实验室,北京 102206;新能源电力系统国家重点实验室,北京 102206
【正文语种】中文
【中图分类】TK124
【相关文献】
1.微细管内超临界CO2对流换热研究 [J], 杨凤叶;刘敏珊;刘彤;刘遵超
2.D型管内超临界CO2对流换热 [J], 张丽娜;刘敏珊;董其伍
3.超临界压力CO2在垂直管内对流换热数值模拟 [J], 李志辉;姜培学
4.超临界压力下CO2在螺旋管内的混合对流换热 [J], 王淑香;张伟;牛志愿;徐进良
5.超临界CO2水平螺旋管内对流换热的数值模拟 [J], 崔海亭;刘思文;王少政
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覆冰导线临界融冰电流数值模拟分析

覆冰导线临界融冰电流数值模拟分析王一各;朱永灿;赵隆【摘要】A numerical simulation method based on ANSYS-FLUENT software was used to calculate critical deicing current and influence of environmental conditions, icing layer types and ice thickness was discussed. Shear stress transport (SST) model in the k-omega turbulence model was adopted to analyze flow field around the icing conductor by simulation. Result indicates the environmental temperature is higher, critical deicing current is smaller. And, the environmental air velocity is higher, critical deicing current is larger. In addition, heat conductivity coefficient of the icing layer is large, critical deicing current is larger. When ice thickness is less than 25 mm, ice is thicker, critical deicing current is larger. The error between simulation result and experimental result is less than 10% , which proves that this numerical simulation method can predict critical deicing current value.%使用基于ANSYS-FLUENT软件的数值模拟方法计算临界融冰电流,并探究环境条件、冰层类型和冰体厚度对其影响;采用k-omega湍流模型中的切应力输运(shear stress transport, SST)模型对覆冰导线周围流场进行仿真分析,结果表明:环境温度越高,临界融冰电流越小;环境风速越高,临界融冰电流越大;冰层导热系数越大,临界融冰电流越大;在冰体厚度小于25 mm时,冰体越厚,临界融冰电流越大.仿真结果与实验结果误差小于10%,故数值模拟方法可以预测临界融冰电流值.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2017(030)005【总页数】5页(P96-100)【关键词】输电线路;覆冰;融冰;临界电流;数值模拟【作者】王一各;朱永灿;赵隆【作者单位】西安工程大学电子信息学院,陕西西安 710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安 710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安 710048【正文语种】中文【中图分类】TM7522.5覆冰作为一种常见的自然情况，会引起输电线路载荷增加、张力不平衡、舞动等问题，诱发大面积倒塔、闪络跳闸等严重事故，对架空输电线路安全可靠运行构成严重威胁。