基于Mixture模型的乙醇汽油割嘴气液两相流模拟
基于LabVIEW与MATLAB混合编程的气液两相流测量软件开发
基于LabVIEW与MATLAB混合编程的气液两相流测量软件开发牛佳乐;邢兰昌;华陈权;耿艳峰;石文博【摘要】测量气液两相流量需要实时获取大量的数据和快速求解复杂的计算模型,单独采用LabVIEW或者MATLAB对其测量软件进行开发效率较低.为了高效地开发功能强大的虚拟仪器软件,应用动态链接库技术实现了LabVIEW与MATLAB的混合编程,在此基础上开发了用于气液两相流组合测量装置的软件,解决了气液两相流参数测量系统需要进行大量数据实时采集、处理、显示、保存以及复杂多相流模型求解等问题.该软件开发方法适用于对人机交互界面、数据采集、仪器控制和数值计算同时具有较高要求的场合,可广泛应用于实验室和实际生产系统.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2018(037)009【总页数】6页(P110-115)【关键词】混合编程;动态链接库;软件开发;气液两相流;流量测量【作者】牛佳乐;邢兰昌;华陈权;耿艳峰;石文博【作者单位】中国石油大学(华东)信息与控制工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)信息与控制工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)信息与控制工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)信息与控制工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)信息与控制工程学院,山东青岛266580【正文语种】中文【中图分类】TP319;TH814;TE9780 引言LabVIEW作为一种虚拟仪器开发软件，在数据采集、仪器控制、界面开发等方面具有简单直观、易于理解、应用范围广等特点，但是当面对需要进行大量数据运算处理以及复杂控制算法等应用时，有限的控件和函数会大大限制其适用范围[1-2]。
MATLAB作为一种工程计算语言，具有编程效率高、可扩充性强、移植性好等特点，但其界面开发能力较弱，并且在数据采集与通信、软硬件接口等方面应用中都较为繁琐[2-4]。
因此，实现两者的混合编程，充分发挥出各自的优点、互补不足，能够显著提高编程效率，开发出功能更为强大的虚拟仪器软件。
气液两相流的数值模拟研究
气液两相流的数值模拟研究一、前言气液两相流在化工、石油、医药、环境等领域有着广泛的应用。
受复杂流体力学问题和实验难度大的限制，气液两相流的数值模拟成为研究的主要手段之一。
本篇文章将探讨气液两相流数值模拟的现状和发展方向。
二、气液两相流模型气液两相流的数值模拟是指通过计算机数值模拟方法对气液两相流的过程进行计算预测的过程，模型选择和建立是数值模拟的关键环节之一。
1.流体动力学模型流体动力学模型主要考虑流场的宏观特性，流体视为连续介质，方程组包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等方程。
此模型适用于微尺度气泡和液滴数较少的情况。
2.多相流动模型多相流动模型将气液两相作为两种不同的物理介质，其流动是非连续性的，不同于单相流动模型，需要考虑多个相之间流动的交互作用。
常用的多相流动模型有界面追踪法、Euler-Euler方法、Euler-Lagrange方法等。
3.离散元模型离散元模型主要考虑颗粒间相互作用，颗粒被视为刚体，通过颗粒间作用力学来描述粒子移动、碰撞、断裂等运动过程。
此模型适用于凝聚、粘附、颗粒运动较多的气液两相流。
三、气液两相流数值模拟方法气液两相流的数值模拟方法有多种，以下为常用的数值模拟方法。
1.有限体积法有限体积法将流场分为小的控制体，以格子中心的物理量来表示流场特征，并通过有限差分方式离散处理控制体边界，二次精度和高精度的算法可以在模拟气液两相流时减少精度误差。
2.有限元法有限元法将计算区域分解为无限小的单元，用连续物理场的试验函数来描述流场，通过离散计算相邻单元之间的交互作用来求解流场。
此方法适用于多物理场耦合问题。
3.格子Boltzmann方法格子Boltzmann方法将流体粒子离散在格子上，通过Boltzmann方程来描述流体的运动，通过背反演逆过程将宏观流场转换为微观状态，再根据微观状态模拟宏观流场，其有优秀的高精度和高效性能，但对于多相流有一定局限。
四、气液两相流数值模拟的进展气液两相流数值模拟在几十年的发展中，已经得到了较大的进展，但仍有一些问题亟待解决。
基于Fluent的油气两相射流仿真分析
基于Fluent的油气两相射流仿真分析牛鹏;孙启国;吕洪波【摘要】Based on the theories of two-phase flow, cylindrical nozzle models of three different outlets are established. Simulation a-nalysis of annular two-phase jet flow of the nozzle Is calculated by Fluent and two-phase velocity graphs of the nozzle are got from simulation results. Considering the oil-gas lubrication's requirements of rolling bearing, the results show that outlet diameter's optimal value is about 2mm in this model, because the continuous oil jet droplets and the moderate velocity can fulfil the better lubricate condition in this case. This conclusion provides the basis for choosing and optimizing the nozzle in oil-gas lubrication system.%基于两相流基本理论,建立了三种不同出口直径的圆柱形喷嘴模型,通过Fluent流体分析软件对喷嘴环状两相射流进行了仿真计算.分析仿真结果得出了喷嘴油气两相速度分布,并结合油气润滑条件下滚动轴承对油气两项速度的要求,比较仿真结果得出文中模型条件下,喷嘴出口直径在2mm附近时,射流油滴连续,速度适中,能够较好的满足润滑条件,为油气润滑系统中喷嘴的选择和优化提供了依据.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2013(042)002【总页数】3页(P91-93)【关键词】喷嘴;油气两相射流;出口速度【作者】牛鹏;孙启国;吕洪波【作者单位】北方工业大学机电工程学院,北京100144【正文语种】中文【中图分类】TP391.9油气润滑是一种新型的润滑技术，它具有单相流体润滑无可比拟的优越性，现今已经广泛应用于高温、重载、高速、极低速以及有冷却水和脏物侵入润滑点的恶劣工况条件的场合［1］。
气液两相流混合动力系统的建模与仿真
气液两相流混合动力系统的建模与仿真随着工业、交通、农业等领域的不断发展，人们对能源的需求也越来越大。
同时，环保意识也不断增强，对石油、煤炭等传统能源的使用也受到了限制。
因此，气液两相流混合动力系统成为了一种备受关注的新型动力方案。
气液两相流混合动力系统是指利用气体和液体混合的方式产生能量的系统，如天然气和液化石油气（LPG）混合使用。
这种系统的优点在于，相对于传统的燃油，它具有更高的能源利用效率，更少的污染排放，并且气体和液体之间的转换过程也更为方便灵活。
然而，在气液两相流混合动力系统的研发过程中，涉及到很多涉及到复杂的物理规律和动力学变化的问题，如喷雾过程、稳定性、燃烧特性等等。
建立合理的数学模型，并通过计算机仿真来研究这些问题，成为了气液两相流混合动力系统研究的重点之一。
首先，建立气液两相流混合动力系统的数学模型，需要考虑到多个因素，如气体和液体的流体力学特性、喷嘴和燃烧室的结构参数、燃油的配比和温度等。
对于不同的气液混合物，需要建立相应的数学模型，如天然气和液化石油气的混合模型、甲醇和空气的混合模型等。
其次，需要在建立模型的基础上，进行计算机仿真。
仿真过程需要对模型进行参数设置、物理过程模拟以及数据处理。
如对气液两相流的细节进行模拟，包括喷嘴流量、喷雾过程、汽化过程、燃烧过程等等。
以及对数据进行收集和处理，以便进行更加精确和可靠的研究和推论。
在气液两相流混合动力系统的建模和仿真研究中，需要注意以下几点：1.建模的准确性：建模的准确性是模型能否相对精准反映物理过程和现象的重要标准。
因此，在建模前需要充分考虑涉及到的参数和因素，尽量减少建模的误差。
2.仿真的精度：仿真的结果需要尽量精确，以保证对于研究的准确性和有效性。
为此，在仿真过程中需要选择合适的计算方法和仿真软件，进行适当的互动调整，以达到更合理的仿真结果。
3.仿真的重复性：在同样的条件下进行多次仿真，比较结果的差异，以检验模型和仿真方法的可靠性和稳定性。
Fluent教程案例7-油水两相流动数值模拟
实验七油水两相流弯管流动模拟-混合物模型弯管被广泛应用于石化、热能动力、给排水等工程领域的流体输送，其内部流体与管壁的相对运动将产生一定程度的振动而使管迫系统动力失稳，严重时会给系统运行带来灾难性的毁坏.而现今原油集输管线中普遍为油水两相流，流动复杂，且通过弯管时由于固壁的突变，使得流动特性更为复杂.因此，研究水平弯管内油水两相流的速度、压力分布等流动特性，不仅能够为安全输运、流动控制等提供依据. 还可为管线防腐、节能降耗措施选取等提供依据.混合物模型（Mixlure 模型）典型的应用包括低质量载荷的粒子负载流、气泡流、沉降旋风分离器等，混合模型也可以用于没有离散相相对速度的均匀多相流。
一、实例概述选取某输油管道工程管径600mm的90°水平弯管道，弯径比为3，并在弯管前后各取5m直管段进行建模，其几何模型如图所示。
为精确比较流体流经弯管过程中的流场变化，可截取图所示的5个截面进行辅助分析。
弯管进出口的压差为800Pa，油流含水率为20%。
2500500018002500600二、模型建立1.启动GAMBIT，选择圆面生成面板的Plane为ZX，输入半径Radius为0.3，生成圆面，如图所示。
2.移动圆面，选择圆面，Move在Global下的x栏输入1.8，完成该面的移动操作。
3.选取面，Angle栏输入-90，Axis选择为（0,0,0）→（0,0,1），生成弯管主体，如图。
4.在Create Real Cylinder面板的Height栏输入5，在Radius1栏输入0.3，选择AxisLocation 为Positive X，生成沿x方向的5m直管段，如图所示。
5.同方法，改变Axis Location为Positive Y生成沿y方向的5m直管段，如图所示。
6.将直管段移动至正确位置，执行Volume面板中的Move/Copy命令，选中沿y轴的直管段，在x栏输入1.8，即向x轴正向平移1.8。
气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模拟研究
２０１８年１０月第４６卷第１９期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＯｃｔ ２０１８Ｖｏｌ ４６Ｎｏ １９ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１８ １９ ０３０收稿日期：２０１７－０４－２８基金项目：山西省自然科学基金项目（２０１４０３２１０１４⁃０２）；太原理工大学校基金（１２０５⁃０４０２０２０２）作者简介：刘邱祖（１９８３ ），男，博士，讲师，主要研究方向为机械工程㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｑｉｕｚｕ＠１２６ ｃｏｍ㊂通信作者：刘燕萍，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｐｌｉｕ１２３＠１２６ ｃｏｍ㊂气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模拟研究刘邱祖，李洪喜，刘燕萍（太原理工大学机械工程学院，山西太原０３００２４）摘要：为了提高超声喷嘴的雾化效率，以同轴射流的气液混合两相为介质，结合气泡雾化和超声雾化的优势，建立气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模型，研究不同含气率下内部流场云图和气相分布情况㊂结果得到：喷嘴流体速度呈层状分布，在喷嘴出口附近出现涡旋，在涡旋交界处流体速度达到最大，越靠近谐振腔内部速度越小；在喷嘴内部气泡呈块状分布，随着流体流动，渐渐地开始聚集；考虑到喷嘴内部流体的湍流扰动效果，确定气相工质体积为２０％ ３０％较为合适；进口含气率越大，Ｙ轴方向上的含气率越大，喷嘴Ｘ轴线方向上含气率略高于近壁面处，在Ｘ轴和壁面之间的含气率最少㊂关键词：雾化喷嘴；超声；气液两相；流场中图分类号：ＴＫ２６３ ４㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀文章编号：１００１－３８８１（２０１８）１９－１２２－３ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦｌｏｗＦｉｅｌｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＮｏｚｚｌｅｗｉｔｈＧａｓ⁃ｌｉｑｕｉｄＴｗｏＰｈａｓｅＣｏａｘｉａｌＴｙｐｅＬＩＵＱｉｕｚｕ，ＬＩＨｏｎｇｘｉ，ＬＩＵＹａｎｐｉｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＴａｉｙｕａｎＳｈａｎｘｉ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｔｏｍｉｚｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓｐｒａｙｎｏｚｚｌｅ，ｍａｋｉｎｇｃｏａｘｉａｌｊｅｔｇａｓ⁃ｌｉｑｕｉｄｍｉｘｉｎｇｔｗｏ⁃ｐｈａｓｅａｓｍｅｄｉｕｍ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｅｆｆｅｒｖｅｓｃｅｎｔａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｇａｓ⁃ｌｉｑｕｉｄｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｔｈｅｃｏａｘｉａｌｔｙｐｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｎｏｚｚｌｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄｃｌｏｕｄｃｈａｒｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇａｓｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｇａｓｐｈａｓｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｎｏｚｚｌｅｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｌａｙｅｒｅｄ，ｔｈｅｒｅｉｓｖｏｒｔｅｘｎｅａｒｔｈｅｎｏｚｚｌｅｅｘｉｔ；ａｔｔｈｅｊｕｎｃｔｉｏｎｏｆｖｏｒｔｅｘ，ｔｈｅｆｌｕｉｄｖｅｌｏｃｉｔｙｒｅａｃｈｅｓｍａｘｉｍｕｍ；ｔｈｅｃｌｏｓｅｒｔｏｃａｖｉｔｙｉｎｔｅｒｎａｌ，ｔｈｅｓｍａｌｌｅｒｔｈｅｖｅｌｏｃｉ⁃ｔｙｉｓ；ｔｈｅｂｕｂｂｌｅｉｎｓｉｄｅｔｈｅｎｏｚｚｌｅｉｓａｍａｓｓｉｖｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｔｈｅｙｂｅｇｉｎｔｏｇａｔｈｅｒｓｌｏｗｌｙｗｉｔｈｆｌｕｉｄｆｌｏｗｉｎｇ；ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｆｌｕｉｄｔｕｒｂｕ⁃ｌｅｎｃｅｅｆｆｅｃｔｉｎｎｏｚｚｌｅｉｎｔｅｒｎａｌ，ｔｈｅｇａｓｐｈａｓｅｗｏｒｋｉｎｇｍｅｄｉｕｍｖｏｌｕｍｅｉｓｍｏｒｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｗｉｔｈｉｎ２０％ ３０％；ｔｈｅｍｏｒｅｔｈｅｉｎｌｅｔｇａｓｖｏｌ⁃ｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｉｓ，ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｇａｓｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｎＹａｘｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｓ；ｔｈｅｇａｓｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｎＸａｘｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｓｓｌｉｇｈｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｎｅａｒｔｈｅｗａｌｌｏｆｔｈｅｎｏｚｚｌｅ，ｔｈｅｇａｓｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｉｓｌｅａｓｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＸａｘｉｓａｎｄｗａｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｔｏｍｉｚｉｎｇｎｏｚｚｌｅ；Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；Ｇａｓ⁃ｌｉｑｕｉｄｔｗｏｐｈａｓｅ；Ｆｌｏｗｆｉｅｌｄ０㊀前言科技的发展引入气液两相喷嘴，它通过液相和气相之间的相对运动来提高喷嘴内部的湍流效果，即利用气流的冲击力将液体破碎成小液滴［１－２］㊂气泡雾化机制研究的关键是理清气泡对内部水流的影响㊂毛传林等［３］利用ＦＬＵＥＮＴ软件，对二次雾化过程进行了模拟，分析了沿喷嘴轴向的液滴粒径分布规律㊂黎国保等［４］在综合考虑液滴破碎及相互碰撞的基础上，针对该形式的喷嘴建立了二次射流喷射模型，仿真结果显示二次射流空气雾化效果要优于一次射流雾化效果㊂李振祥等［５］在模拟过程中分析了Ｗｅｂｅｒ数㊁液体和气体雷诺数以及气液密度比对液滴破碎的影响㊂但在气水雾化过程中，存在着气体能量损失高和用气量大的问题㊂最近的研究发现，雾化过程会受到声音的影响㊂ＳＵＪＩＴＨ［６］针对声音对于雾化的影响进行了一些理论和实验研究，得到由于液相和气相之间的相对运动，声场的存在可以增强液滴之间的传热和传质㊂ＫＡＲＬＳＥＮ等［７］针对声辐射力对单个小球形物质在黏度和传热适中的流场中的作用进行了理论分析，指出在不同尺寸的物质中声辐射力有不同信号变化㊂作者利用哈特曼流体声波发生器原理建立超声激振喷嘴雾化模型，模拟研究喷嘴内部的流场，分析喷距和碰撞壁角度对喷嘴出水口速度的影响，并确定了最佳的参数范围［８］㊂在此基础上，以气液混合两相同轴为介质，结合气泡雾化和超声雾化的优势，建立气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模型，研究不同含气率下内部流场云图和气相分布情况，为认清喷嘴内部湍流情况以及优化结构参数奠定基础㊂１㊀超声气液两相喷嘴模型建立超声速雾化喷嘴是一种流体动力式超声波发生器，主要利用喷嘴射出的高速射流在谐振腔内产生很强的激波，激波经过谐振腔产生超声，利用超声将液滴雾化㊂液体中加入气相工质后会提高喷嘴的射流速度，进而可以提高谐振腔内产生激波的强度，提高液滴的雾化效果㊂同时，气相工质在喷嘴内腔中随着流体运动，在斜壁上破碎，提高了内腔的湍流扰动，增大了液滴之间碰撞时的能量，部分气相工质会随着液相工质从喷嘴喷出，在喷出时会再一次对液滴进行破碎雾化，并且提高其射流速度㊂在喷嘴进口和喷嘴之间设置了Ｘ＝７ｍｍ和Ｘ＝１５ｍｍ的两个截面，目的是分析气相工质在喷嘴内变化情况；在喷嘴和喷嘴的出口设置了相应的监测点，去监测其速度变化㊂喷嘴工作示意图如图１所示㊂图１㊀喷嘴工作示意图利用ＩＣＥＭ软件对喷嘴的流体域即计算域进行建模并且进行非结构化网格划分，研究重点是喷嘴内腔和谐振腔内部流场，所以对这两个区域进行加密处理，使数值模拟结果与真实情况接近㊂喷嘴模型计算域网格划分如图２所示㊂图２㊀网格划分图２㊀喷嘴内部云图仿真结果与分析图３给出了超声喷嘴进口压力为１ＭＰａ的速度分布云图和速度矢量图，可以看出：喷嘴流体速度呈现层状分布的特点㊂这是由于流体具有黏性，使近壁处流体速度减慢，与内侧流体形成速度差，导致速度呈现层状分布㊂注意到在喷嘴出口附近出现了涡旋，在涡旋交界处流体速度达到了最大值㊂这是由于喷嘴出口较小，流体喷出受到阻碍作用，加上斜壁和谐振腔特殊结构原因，使速度呈现出内侧小㊁外侧大的涡旋形状㊂图３㊀喷嘴速度分布云图和矢量图㊀㊀气相分布云图可以清晰地描绘出气泡在喷嘴内部的形成㊁破裂以及气泡的分布情况㊂以液体作为雾化工质，气相作为将进一步提高液体雾化能力的工质，图４给出了喷嘴进口压力为１ＭＰａ条件下不同含气率下气相分布云图㊂可以看出：在喷嘴内部气泡是呈现块状分布，在喷嘴进口处气泡较小，随着流体流动，渐渐地气泡开始聚集，形成体积较大一些的气泡，当气泡运动到喷嘴渐缩结构处时，气泡会因为结构的原因有一个短暂停留的时间，这样会造成气泡聚集，再随着液相工质的运动，在喷嘴口挤压，随着液相喷出进入到喷嘴内腔中；气泡分布在整个内腔中，由于气泡的存在，液相工质湍流扰动会大幅提高，这样液相工质在雾化时的效果将大幅提高㊂由于气相体积分数的不同，喷嘴内气泡含量也相差较多，当气相工质体积为１０％时气泡含量明显少于气相工质体积为２０％和３０％时的情况，这样相应地湍流扰动也会小于气相含量较多时的情况，所以气相工质体积在２０％ ３０％之间喷嘴内部气泡含量较为合适，更加有利于喷嘴内部湍流扰动㊂㊃３２１㊃第１９期刘邱祖等：气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模拟研究㊀㊀㊀图４㊀不同含气率下气相分布云图３㊀含气率对喷嘴内部气泡分布的影响图５为选取的距离喷嘴分别为Ｘ＝７ｍｍ和１５ｍｍ截面上沿Ｙ轴方向气相体积分数情况，通过对比发现：由于进口含气率的不同，相应地Ｙ轴方向上的含气率也不同，进口含气率越大，Ｙ轴方向上的含气率越大㊂对比Ｘ＝７ｍｍ和Ｘ＝１５ｍｍ时Ｙ方向的含气率发现，都在遵循着一个基本规律，喷嘴Ｘ轴线方向上含气率最大，其次为贴近喷嘴壁面，最后在Ｘ轴和壁面之间的含气率最少㊂出现这种现象原因是，由于液相和气相为不相容的两种工质，而气相容易在轴向处和壁面处发生聚集，所以会导致气相在Ｙ轴方向呈现两边多中间少的Ｗ形状的分布㊂图５㊀Ｘ＝７ｍｍ和１５ｍｍ截面沿Ｙ轴方向气相体积分数分布４㊀结论（１）建立气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模型，研究得到喷嘴流体速度呈现层状分布的特点，在喷嘴出口附近出现了涡旋，在涡旋交界处流体速度达到了最大值，越靠近谐振腔内部速度越小㊂（２）在喷嘴内部气泡呈现块状分布，在喷嘴进口处气泡较小，随着流体流动，渐渐地气泡开始聚集，形成体积较大一些的气泡㊂考虑到喷嘴内部流体的湍流扰动效果，确定气相工质体积在２０％ ３０％之间是较为合适的㊂（３）进口含气率越大，Ｙ轴方向上的含气率越大，喷嘴Ｘ轴线方向上含气率略高于近壁面处，在Ｘ轴和壁面之间的含气率最少㊂参考文献：［１］汪朝晖，廖振方，游细桥．新型气溶性射流喷嘴设计与数值模拟［Ｊ］．应用基础与工程科学学报，２０１４（３）：６１６－６２４．ＷＡＮＧＺＨ，ＬＩＡＯＺＦ，ＹＯＵＸＱ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＮｏｖｅｌＡｅｒｏｓｏｌＪｅｔｓＮｏｚｚｌｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢａｓｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４（３）：６１６－６２４．［２］刘阳阳，何国强，魏祥庚，等．内直外旋气液同轴式喷嘴流量及雾化特性［Ｊ］．推进技术，２０１６，３７（７）：１２８０－１２８６．ＬＩＵＹＹ，ＨＥＧＱ，ＷＥＩＸＧ，ｅｔａｌ．ＦｌｏｗＲａｔｅａｎｄＳｐｒａｙＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＧａｓＣｅｎｔｅｒｅｄＳｗｉｒｌＧａｓ⁃ｌｉｑｕｉｄＣｏａｘｉａｌＩｎ⁃ｊｅｃｔｏｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６，３７（７）：１２８０－１２８６．［３］毛传林，钱丽娟．气泡雾化喷嘴雾化射流场性能仿真［Ｊ］．计算机仿真，２０１３，３０（９）：２０３－２０６．ＭＡＯＣＬ，ＱＩＡＮＬＪ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｐｒａｙＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＥｆｆｅｒｖｅｓｃｅｎｔＡｔｏｍｉｚｅｒ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２０１３，３０（９）：２０３－２０６．［４］黎国保，曾子元，邓斌．一种空气雾化喷嘴的仿真研究［Ｊ］．舰船电子工程，２０１１，３１（５）：１２８－１３０．ＬＩＧＢ，ＺＥＮＧＺＹ，ＤＥＮＧＢ．ＡｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｎＡｉｒＢｌａｓｔＡｔｏｍｉｚｅｒ［Ｊ］．ＳｈｉｐＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎ⁃ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，３１（５）：１２８－１３０．［５］李振祥，郭志辉，车俊龙，等．一种强剪切空气雾化喷嘴的流场和喷雾［Ｊ］．航空动力学报，２０１４，２９（１１）：２７０４－２７０９．ＬＩＺＸ，ＧＵＯＺＨ，ＣＨＥＪＬ，ｅｔａｌ．ＦｌｏｗＦｉｅｌｄａｎｄＳｐｒａｙｏｆａＨｉｇｈＳｈｅａｒＡｉｒ⁃ｂｌａｓｔＮｏｚｚｌｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｏｗｅｒ，２０１４，２９（１１）：２７０４－２７０９．［６］ＳＵＪＩＴＨＲＩ．ＡｎＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆＳｐｒａｙｓｗｉｔｈＡｃｏｕｓｔｉｃＦｉｅｌｄｓ［Ｊ］．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎＦｌｕｉｄｓ，２００５，３８（５）：５７６－５８７．［７］ＫＡＲＬＳＥＮＪＴ，ＢＲＵＵＳＨ．ＦｏｒｃｅｓＡｃｔｉｎｇｏｎａＳｍａｌｌＰａｒｔｉ⁃ｃｌｅｉｎａｎＡｃｏｕｓｔｉｃａｌＦｉｅｌｄｉｎａＴｈｅｒｍｏ⁃ｖｉｓｃｏｕｓＦｌｕｉｄ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＥ，２０１５．［８］李洪喜，刘邱祖，刘燕萍，等．基于ＣＦＤ的超声激振喷嘴雾化特性数值模拟研究［Ｊ］．真空科学与技术学报，２０１７（１）：１１３－１１７．ＬＩＨＸ，ＬＩＵＱＺ，ＬＩＵＹＰ，ｅｔａｌ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＡｔｏｍｉｚａｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＶｉｂｒａｔｉｏｎＮｏｚｚｌｅＢａｓｅｄｏｎＣＦＤ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＶａｃｕｕｍＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１７（１）：１１３－１１７．（责任编辑：张艳君）㊃４２１㊃机床与液压第４６卷。
基于CHEMKIN的乙醇汽油HCCI燃烧模拟研究Word版
基于CHEMKIN的乙醇汽油HCCI燃烧模拟研究陈飞 1434422（汽车学院，同济大学）摘要：HCCI作为内燃机新型燃烧方式，具有高效、低排放的巨大燃烧优势，为发动机性能的提高提供了广阔的前景。
乙醇是一种高辛烷值的含氧燃料，因此乙醇汽油燃烧时发动机可在较高压缩比下工作。
本文基于化学反应模拟软件CHEMKIN，模拟添加乙醇的汽油燃烧过程，分别讨论了进气温度、压缩比、转速、过量空气系数、进气压力和不同乙醇添加比例对乙醇汽油HCCI 燃烧的影响。
关键词：乙醇汽油，HCCI，CHEMKIN，燃烧模拟1.引言随着环境污染不断加剧和废气排放法规的日益严格，对于内燃机研究领域，寻找新型的清洁替代燃料和发动机燃烧方式成为了日益紧迫的一项任务。
HCCI是一种以往复式汽油机为基础的一种新型燃烧模式，是汽油机的一种压燃方式。
它是一种具有显著优势的发动机燃烧方式。
HCCI发动机利用的是均质混合气，但它不同于常规汽油机的单点点火方式，它通过提高压缩比、采用废气再循环、进气加温和增压等手段提高缸内混合气的温度和压力，促使混合气压缩自燃，在缸内形成多点火核,有效维持了着火燃烧的稳定性，并减少了火焰传播距离和燃烧持续期。
这种燃烧方式既具有传统柴油机燃料利用率高的优点，又具有传统汽油机有害排放低的优点。
在降低油耗和排放方面具有巨大潜力。
HCCI发动机的燃烧温度低，能大幅度降低xNO排放，并且由于燃烧周期短，大部分燃烧集中在上止点附近，提高了发动机的热效率。
醇类作为代用燃料目前以参杂方式居多，即将甲醇或乙醇按一定比例加入到汽油中形成混合燃料。
乙醇常温常压下是一种无色、透明、有香味、易挥发的可燃液体。
乙醇分子中含氧量为34.8%，含氧量高，热值低，汽化潜热大，抗爆性好，因此乙醇作为燃料可以减少燃烧过程中产生的碳烟和NOx排放，同时可以获得良好的雾化效果，使燃烧更充分，热效率更高。
乙醇的热值（26.9MJ/Kg）比汽油低，但含氧量比汽油大，含乙醇10%的汽油含氧量可达5%，完全燃烧所需空气量仅为汽油的61%。
气液两相流的数值模拟与优化设计
气液两相流的数值模拟与优化设计一、引言气液两相流是工程中常见的多相流现象，其在化工、石油、能源等领域具有重要作用。
为了减少试验研究的成本和时间，在计算机科学技术的支持下，数值模拟逐渐成为了研究气液两相流的有效手段。
本文将介绍气液两相流的数值模拟方法，并探讨其在优化设计中的应用。
二、气液两相流的数值模拟方法气液两相流的数值模拟方法可以分为欧拉方法和拉格朗日方法。
1.欧拉方法：在欧拉方法中，将气体和液体视为一个连续的介质，通过求解守恒方程来计算气液两相流的运动状态。
欧拉方法紧耦合，可用于复杂的多相流体系模拟，但其对流体的宏观特性的表示较弱，并不能很好地描述流场的微观特性。
2.拉格朗日方法：在拉格朗日方法中，将每个颗粒视为一个独立的物体，通过求解运动方程来计算气液两相流的运动状态。
拉格朗日方法强调流场的微观特性，并适用于研究颗粒的运动学问题，但其较难处理复杂的多相流体系模拟。
三、气液两相流数值模拟的优化设计应用气液两相流数值模拟可用于优化设计，包括以下方面：1.应用数值模拟分析气液两相流过程的物理规律，预测气液两相流在不同工况下的流动特性，从而优化流场设计，提高效率和性能。
2.通过数值模拟研究气液两相流变化规律，提高设备运行可靠性和安全性。
3.应用数值模拟分析气液两相流过程的化学反应，探讨反应机理，优化反应器设计，提高反应效率和稳定性。
四、气液两相流数值模拟在化工行业优化设计中的实例通过气液两相流数值模拟，可以优化化工行业中的化学反应器设计。
一例是优化稀有金属催化反应器中液固气三相流的分布，提高反应效率和稳定性。
在该例中，利用拉格朗日方法模拟反应器内单一球形粒子的运动规律，建立了数学模型。
通过模拟分析，发现粒子的径向分布在反应器底部峰值，而体积分布在靠近反应器顶部。
优化设计中，采用多孔涂层技术，将液体布散到球形粒子表面，将气体分布到多孔涂层内部，从而提高了反应器内的质量传递效率和反应效率，实现了优化设计。
气液两相流模拟技术与应用研究
气液两相流模拟技术与应用研究气液两相流模拟技术是一项重要的技术，它可以模拟气液两相在流动过程中的复杂动态行为。
气液两相流模拟技术可以有效地解决液体和气体的交互作用问题，对于理解多相流动的本质和优化气液两相流的运行过程具有重要的意义。
气液两相流模拟技术的研究和应用，可以为许多领域的工程应用提供极大的帮助。
一、气液两相流模拟技术的发展历程气液两相流模拟技术的发展历程可以追溯到20世纪初。
在二战期间，俄罗斯工程师Dmitrii Ivanovich Basilevsky开发了一种气泡流模型，用于研究气泡流的振荡、悬浮和腐蚀等问题。
20世纪60年代初，Roy et al.建立了气泡流的空化理论，建立气泡流的数学模型。
20世纪70年代，Rodi和Patera等学者考虑如何处理液体粘性、气泡的大小、形状和气泡的互相作用等因素。
随着计算机技术及其算法的不断发展，气液两相流的数值模拟方法逐渐成为气液两相流研究领域的热点，对计算流体动力学的发展起到了推动作用。
二、气液两相流模拟技术的研究方法气液两相流模拟技术主要有两种方法：基于物理模型的方法和基于计算机计算的方法。
基于物理模型的方法包括实验研究和数学模型的建立，而基于计算机计算的方法包括计算流体力学方法和分子动力学方法。
数学模型是气液两相流模拟的重要方法之一，不仅可以定量描述气液两相流的动力学过程，而且可以优化气液两相流的运行。
数学模型通常分为连续介质模型和离散介质模型两种。
连续介质模型是以质量、能量、动量传递方程式为基础，利用高维数学方程组来描述气液两相流的动态行为，在模拟复杂流体动力学问题时，常常用流体动力学（CFD）技术。
离散介质模型则是将气液两相流视为由不同粒子组成的“离散介质”，方法包括分子动力学（MD）、蒙特卡罗方法（MC）、离散元素法等。
三、气液两相流模拟技术在工程中的应用气液两相流模拟技术在工程中有着广泛应用。
以下是其中的几个例子：1、燃烧领域：气液两相流模拟技术可用于模拟燃料喷射、燃烧和烟气排放等过程，优化燃烧器的设计，提高燃烧效率和降低环境污染。
气液两相流场的数值模拟与分析
气液两相流场的数值模拟与分析气液两相流是目前工业领域中非常常见的一种流动模式，特别是在石油、化工、生物、医药等领域，几乎都会遇到气液两相流。
气液两相流在工业生产中的应用非常广泛，但同时也会存在一些问题，比如管道堵塞、设备损坏、能耗增加等。
因此，对气液两相流的数值模拟与分析有着非常重要的意义。
一、气液两相流的数值模拟方法气液两相流场一般采用计算流体力学方法进行数值模拟，其中最常用的方法是欧拉-拉格朗日方法、欧拉-欧拉方法和欧拉-多相方法。
欧拉-拉格朗日方法（EL）是以分离相流为前提，将气相和液相视为两个单独的相，对气相和液相的流动状态单独求解。
该方法适用于高浓度的悬浮液。
该方法的优点在于其计算过程简单，且准确度较高。
欧拉-欧拉方法是将气液两相视为一体，即在同一时刻同一空间位置内同时解压气相和液相连续性方程和运动方程。
该方法适用于气液界面位置变化较大的情况。
但是，由于欧拉-欧拉方法1参数较多，复杂度较高，所以在实际应用中选择性较少。
欧拉-多相方法（Eulerian Multi-Fluid Method）是欧拉-拉格朗日方法和欧拉-欧拉方法的综合，是一种介于两者之间的方法。
在欧拉-多相方法中，对于气液两相的流动过程采用不同的方程组来描述并单独求解。
如果在模拟过程中需要考虑气液相互作用、气泡合并、气泡破裂等情况时，欧拉-多相方法则会是比较好的选择。
二、气液两相流场数值模拟的挑战和解决方案对气液两相流场进行数值模拟时，会遇到多种挑战，例如气液两相流相行为的非线性、气液相界面上的微观结构复杂等问题都需要考虑。
在现实过程中，气液两相流场的实际情况往往会比较复杂，具有不确定性和非线性等特点。
这给气液两相流场的数值模拟带来了很大的难度。
针对以上的问题，一些新的数值模拟方法也陆续出现。
例如流域耗散模型，可以克服水平分辨率不高时产生的分裂和合并等误差，以达到更高的计算精度。
除此之外，还有一些基于机器学习算法的气液两相流场模拟方法也逐渐发展起来。
气液两相流动的数值模拟及优化
气液两相流动的数值模拟及优化气液两相流是指以气体和液体为基本流态的双相流动。
它在化工、石油、食品、环保、海洋等工业领域都有着广泛的应用。
然而，由于气体和液体的物理特性存在巨大差异，二者间的相互作用机理非常复杂，使得气液两相流的研究和优化变得非常复杂。
为了更好地掌握气液两相流的流动规律和优化方法，数值模拟已成为了研究气液两相流的重要手段之一。
一、气液两相流的数值模拟数值模拟是利用计算机对流体运动进行模拟的过程。
对于气液两相流，其流动过程较为复杂，主要体现在以下几个方面：1. 两相界面与相互作用由于气体和液体的物理性质差异巨大，二者在接触面产生了两相界面。
而且，两相之间的相互作用将使得两相之内的运动耗散能量，并导致流动现象的不稳定。
在数值模拟中，需要通过界面跟踪和动态网格剖分等方法来模拟两相界面和相互作用的影响。
2. 相变和凝结在气液两相流过程中，由于双相流态的物理性质差异，可能会产生相变和凝结现象，例如水蒸气在被冷却时会转化成水滴，而气泡在合并时也会释放出蒸汽。
为了精确模拟相变和凝结的过程，需要研究物质的传递机制和热力学特性。
3. 浊度和泡沫气液两相流中常常会出现较强的浊度和泡沫现象，这大大增加了数值模拟的复杂性。
对于浊度问题，需要借助散射、反射和透过光线的特性来研究颗粒的行为。
对于泡沫问题，需要建立虚拟的界面来模拟气孔的形成和气泡的形态变化。
基于上述特点，气液两相流的数值模拟方法又可以分为欧拉模拟和拉格朗日模拟两种方法。
欧拉模拟是一种基于控制方程的数值模拟方法，主要着眼于气液两相流的宏观特性，例如密度、速度和压力等参数。
在建立数学模型时，欧拉模拟将液体和气体混合视为一个介质，使用相应的控制方程来描述两相混合流动的宏观特性。
欧拉模拟虽然模拟效率高，但无法精确模拟相变、凝结等微观过程，因此在处理复杂气液两相流时表现出的不足较多。
拉格朗日模拟则是一种基于粒子法的数值模拟方法。
该方法将液体和气体视为无数不同的小球，根据它们各自的质心、半径和速度等参数，建立一个模拟系统。
喷油嘴喷孔内气液两相流动的三维模拟
喷油嘴喷孔内气液两相流动的三维模拟田春霞;王启航;张克文;张松涛【摘要】应用AvL FIRE软件,对5孔喷油器采用液体挤压研磨前后状态进行了二相流的三维流动计算.在喷油器针阀最大升程条件下,针对不同进口压力方案进行了两种喷油器的对比分析.计算结果表明:液体挤压研磨喷油器喷孔入口的圆角,有效地抑制了气穴的生成,从而提高了喷油器的流量系数.【期刊名称】《柴油机设计与制造》【年(卷),期】2008(015)003【总页数】7页(P10-15,20)【关键词】喷油嘴;液体研磨;两相流数值模拟【作者】田春霞;王启航;张克文;张松涛【作者单位】大连职业技术学院,辽宁大连,116033;中国一汽解放公司大连柴油机分公司,辽宁大连116022;中国一汽解放公司大连柴油机分公司,辽宁大连116022;中国一汽解放公司大连柴油机分公司,辽宁大连116022【正文语种】中文【中图分类】TK4喷油系统、进气系统和燃烧室是影响柴油机燃烧过程和发动机性能的三要素，喷油系统是重要因素之一。
喷油器是柴油机喷油系统中实现燃油喷射的重要部件，喷油嘴作为燃油喷入气缸的最后环节，其性能直接影响柴油机的燃烧过程。
喷油嘴内部流动是一个十分复杂的气液两相流动问题。
燃油喷射时最高压力可达100~200 MPa，而最低压力可小于大气压，这会产生空穴，即低于该温度下的燃油饱和压力而形成气泡的现象，气泡的产生和破裂，会引起穴蚀，而且会造成供油不稳定，从而影响柴油机的整机性能。
要完全消除气泡是困难的，一般主要以控制不产生穴蚀损坏并尽量减少气泡产生为原则。
消除气泡的办法，通常使燃油系统在喷油结束后，高压油管内具有一定的剩余压力，将防止气泡的形成。
但过高的残余压力，会引起二次喷射。
高速流动和大的流动变向会导致局部压力突然降到相应的饱和蒸汽压力下，从而产生气泡，影响正常的燃油喷射。
对于多孔式喷油嘴，结构参数确定后，除了喷油嘴针阀升程影响流量外，喷孔、压力室和油道的加工状况及其表面质量也会影响喷油器的流量。
基于机器学习模型的气液两相流流型识别技术研究
采输技术DOI ：10.3969/j.issn.1001-2206.2023.06.011基于机器学习模型的气液两相流流型识别技术研究王云辉1，王丹丹1，王彬2，崔洁3，宋玲3，梁昌晶11.中国石油华北油田公司第一采油厂，河北任丘0625522.华北油田巴彦勘探开发分公司，内蒙古巴彦淖尔0150003.中国石油华北油田公司勘探开发研究院，河北任丘062552摘要：为实现上倾管段气液两相流流型的智能识别，利用室内环道实验装置进行了两相流实验，采集了不同倾角下的流型压差信号，通过3层小波包分解和重构对子序列的能量谱信息进行了提取，并联合气相表观流速、液相表观流速和管道倾角等信息共同作为输入变量，流型信息作为输出变量，采用经BAS 算法优化的PNN 模型进行样本的训练和预测，并与文献中的流型图进行了对比。
结果表明，实验中共观察到分层波浪流、气泡流、段塞流、环状流等4种流型，提取到的8个能量谱信息可体现流型在时频域上的非线性特征；本文模型在流型边界处的识别准确率较高，总体识别准确率为94.16%，其中分层波浪流的识别率可达到100%。
研究结果可为井筒及地面系统的流动保障提供理论基础。
关键词：机器学习；气液两相流；上倾管；流型；识别；概率神经网络Research on gas-liquid two-phase flow pattern identification technology based on machine learning modelWANG Yunhui 1,WANG Dandan 1,WANG Bin 2,CUI Jie 3,SONG Ling 3,LIANG Changjing 11.No.1Oil Production Plant of Huabei Oilfield Company,CNPC,Renqiu 062552,China2.Bayan Exploartion and Development Branch of PetroChina Huabei Oilfield Company,Bayannur 015000,China3.Exploration and Development Research Institute,PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu 062552,ChinaAbstract：In order to intelligently identify the gas-liquid two-phase flow pattern in updip pipe section,the gas-liquid two-phase flow experiment,with an indoor loop experimental device,was carried out to collect flow pattern pressure difference signals at different inclination angles;the energy spectrum information of sub-sequence was extracted through three-layer wavelet packet decomposition and reconstruction.Having designated the apparent gas-phase velocity,apparent liquid-phase velocity and pipeline inclination angle as input variables,and the flow pattern as output variable,a BAS algorithm-optimized PNN model was adopted to train and predict the samples,which was compared with the flow patterns in literature.The results show that four flow patterns,yered wave flow,bubble flow,slug flow and annular flow are observed,and the information of the eight energy spectra extracted can reflect the nonlinear characteristics of the flow pattern in time-frequency domain.In this paper,the model exhibits a high identification accuracy on the flow pattern boundary,with an overall identification accuracy at 94.16%,including a 100%-identification rate of layered wave flow.The research results can provide a theoretical basis for flow assurance of wellbore and surface systems.Keywords：machine learning;gas-liquid two-phase flow;updip pipe;flow pattern;identification;probabilistic neural network随着现代工业的发展，气液两相流普遍存在于石油化工、油气储运、航空航天、动力工程等领域[1-2]。
基于Mixture模型的叶片式抛送装置内气固两相流模拟
第29卷第22期农业工程学报 V ol.29 No.22 50 2013年11月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Nov. 2013基于Mixture模型的叶片式抛送装置内气固两相流模拟翟之平1，杨忠义2，高博1，李健啸1（1. 内蒙古工业大学机械学院，呼和浩特市 010051；2. 内蒙古工业大学教务处，呼和浩特市 010051）摘要：为了揭示叶片式抛送装置抛送物料时内部气流和物料复杂的流动特性以优化设计和指导运用，应用计算流体力学软件Fluent中的Mixture多相流模型、标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法，对抛送装置内气固两相流动进行了数值模拟，并将计算结果与抛送装置内物料运动的高速摄像试验结果进行了比较，物料速度的模拟值和高速摄像实测值基本吻合。
在分析了物料运动规律基础上，对其叶片数、进料速度以及物料体积浓度的不同变化作了对比模拟。
研究结果表明：数值模型可预测叶片式抛送装置的输送性能以及最佳喂入量；4叶片较3和5叶片更有利于抛送；进料速度对物料在叶轮区的体积分布规律影响较大，在最佳喂入量范围内，进料速度越大，出口处物料浓度越大，抛离速度也越大，装置输送性能越好；超过此范围时，随进料速度增大，进料口处物料浓度增大而出口处物料浓度减小，装置极易堵塞；进料口物料体积浓度的变化只影响抛送叶轮内以及圆形外壳出口区域的物料体积浓度，而对其物料速度分布规律及速度大小影响不大。
该研究可为叶片式抛送装置工作参数优化提供参考。
关键词：数值模拟，叶片，抛送装置，气固两相流，Mixture模型doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.22.006中图分类号：TH232 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2013)-22-0050-09翟之平，杨忠义，高 博，等. 基于Mixture模型的叶片式抛送装置内气固两相流模拟[J]. 农业工程学报，2013，29(22)：50－58.Zhai Zhiping, Yang Zhongyi, Gao Bo, et al. Simulation of solid-gas two-phase flow in an impeller blower based on Mixture model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(22): 50－58. (in Chinese with English abstract)0 引 言叶片式抛送装置依靠高速旋转叶片产生的机械离心力和高速气流的综合作用抛送物料。
基于气液两相流模型的电解加工多场耦合仿真
基于气液两相流模型的电解加工多场耦合仿真周小超;陈远龙;侯亭波;王壮壮【摘要】针对电解加工产生的气泡影响加工精度的问题,引入Euler-Euler双流体模型对电解加工中气液两相流场进行描述,并耦合电场和温度场相关模型,分析了工具阴极、工件阳极表面气泡率、温度、电导率和电流密度的分布规律;通过调整加工电压、入口压力和出口压力,对工件阳极表面气泡率和电流密度分布进行仿真优化.仿真结果表明:在流速相同的条件下,减小加工电压、增加出口压力能够改善电导率分布,使阳极表面电流密度分布更加均匀.实验结果表明:仿真得到的阳极表面电流密度分布与工件轮廓高度误差分布吻合;采用优化后参数加工出的工件轮廓精度得到提高.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2019(030)010【总页数】7页(P1135-1141)【关键词】气液两相流;电解加工;气泡率;耦合仿真【作者】周小超;陈远龙;侯亭波;王壮壮【作者单位】合肥工业大学机械工程学院,合肥,230009;皖西学院机械与车辆工程学院,六安,237012;合肥工业大学机械工程学院,合肥,230009;合肥工业大学机械工程学院,合肥,230009;合肥工业大学机械工程学院,合肥,230009【正文语种】中文【中图分类】TG6620 引言电解加工是以电化学阳极溶解原理去除材料实现成形加工的一种方法，具有高效率、高表面质量、无残余应力、无表面再铸层、阴极无损耗等独特优势，主要应用于航空、航天、兵器等工业领域[1-2]。
电解液流场直接影响电解加工的稳定性和加工质量[3]，电解液的气泡率、温度、压力、流速等因素影响加工间隙的大小和均匀性[1]。
因此，对电解加工中极间流场进行精确描述有助于提高电解加工过程的稳定性和加工质量。
国内外对电解加工中的气泡开展了一系列研究。
SHIMASAKI等[4]通过导电透明电极直接观察电解加工间隙，得出了电解液沸腾的条件，阐明了发生放电与间隙气泡率之间的关系；CHANG等[5]用两相流数值模型对流场进行仿真，指出电极形状曲率大小决定模型的选择；FAN等[6]通过对测量信号的分析，判断气液两相流的形态；秦鹏等[7]对钛合金材料在不同含气率下的加工特性进行了研究，指出含气率的增大会使材料去除率下降；SOKOLICHIN等[8]基于气体和液体之间的压力与阻力差，对气液两相流进行了建模，仿真得到气泡的分散情况；陈嘉瑶[9]对不同磁场下流场中液相流速和气泡的分布情况进行了仿真，指出在低流速时，气泡呈搅拌状分布。
基于气液两相流数值模拟混合器优化设计
基于气液两相流数值模拟混合器优化设计李斌; 董静【期刊名称】《《哈尔滨商业大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(035)006【总页数】8页(P727-734)【关键词】PHB; 气液传质; 混合器; 生物反应器; 优化设计; 数值模拟【作者】李斌; 董静【作者单位】哈尔滨商业大学轻工学院哈尔滨150028【正文语种】中文【中图分类】Q81提高气液传质效率是优化设计生物反应器的重点研究方向，为提高气液传质，有很多生物反应器的改进都着眼于气液传质的提高，比如机械搅拌式生物反应器的改进有提升浆式生物反应器、双圆通筛搅拌式生物反应器、泡床式搅拌生物反应器、脉冲式生物反应器固定化化酶搅拌生物反应器等；气升式反应器的研究也有很多进展，2003年Fu等设计了多空筛导流筒生物反应器，螺旋导流筒生物反应器、外循环生物反应器和螺旋管光照气升式生物反应器等相继出现[1～5].这些生物反应器从不同的角度提高生物生产的效率，随着反应器结构的不断进展和生物培养过程的不断发展，生物反应器不断地更新，反应器生物加工的效率不断提高[6-9].生物反应器合理设计直接涉及到生物生产的效率问题.就在甲烷氧化菌细胞内生物催化合成聚β羟基丁酸酯的过程而言，水平管式循环生物反应器的生物反应器结构参数优化设计具有重要的意义.因为操作灵活，较好的质量和热的传递，适宜的气体分散和明确的循环流动，气体和液体在循环阶段有良好的混合，提供了良好的气液传质.水平管式生物反应器的特点是压缩气体注入量低，停留时间较长，操作设计简单，可以良好的实现气体分离，安装方便[10].循环管式生物反应器的工作原理见图1.该水平管式生物反应器包括：两个常水平段，垂直上升段和垂直下降段，顶部的分离器和一个U形管，和一个液体泵和混合元件，将气体和液体混合到一起.细胞积累发生在整个反应器内，经过混合元件之后，气体和液体有了很好的混合效果，提高气液传质.垂直上升段和垂直下降段的浓度差异不足以使液相循环，所以液体泵的作用是提供使气液循环的驱动力.甲烷和氧气被射入水平段，摄入点在混合元件前，距离点由数值仿真模拟确定.混合原件段的长度和混合原件的结构设计也需要进一步的数值仿真模拟.图1 水平管式生物反应器的原理图(单位：cm)本文主要研究混合元件的结构优化和设计，促进气液两相流传质效率的原理之一，可以通过优化设计设备结构，改善两相流流动状态和接触，设备和内部构件的变化只改善两相流的混合效果，减少液相返混效应[11-13].文丘里效应表现在受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比.而由伯努利定律知流速的增大伴随流体压力的降低，即常见的文丘里现象.通俗地讲，这种效应是指在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用.利用这种效应可以制作出文氏管.本文主要通过Fluent数值模拟观察甲烷和水两相流的状态，优化设计水平段的结构参数.水平段的基本结构见图2.图2 水平段文丘里管的基本结构(单位：cm)1 数学模型本文选用多相流模型模拟甲烷-水的混合，采用欧拉-欧拉方法研究该两相流，在Fluent中，基于欧拉方法的有三种：VOF模型、Mixture模型和欧拉模型[14-15].因为在流动状态中有相混合，且两相速度不同，所以选用Mixture模型，混合模型允许相间穿插，相间允许有速度滑移.两相的连续性方程：其中：是第k相的平均速度，αk为第k相的体积分数，ρm为第k相的密度.混合动量方程为：其中：n是相数，g是重力加速度，是体积力，μm是混合黏度，它的定义式为：是第二相k的漂移速度：p相对于主项q的滑移速度：同时，第p相的体积分数方程：表观的流速按照两入口的物料总体积流量V与流通面积A的比值来计算，即u=(Vin1+Vin2)/A对于不相溶两相，分散相的体积分数为分散相的体积流量与总体积流量的比值φ=Vx/VT.模拟过程考察不溶的水-甲烷两相混合程度，30 ℃甲烷的密度0.717g/L，运动黏度17.071(mm2/s).2 模拟结果和分析2.1 模拟工况边界条件设置中模型两进口为速度入口(velocity-inlet)，出口为压力出口(pressure-outlet)，根据甲烷氧化菌利用甲烷培养实验中确定甲烷速度范围，选择甲烷速度0.1 m/s，水的速度0.35 m/s.因为是气液两相流，所以考虑水的重力作用，操作条件是常温常压(模拟细胞生长环境).模拟时启动非定常模型，计算雷诺数其中：υ为流体的运动黏度，v为速度，d为直径.得Re≥2 000，所以选择k-ε标准型湍流计算模型，压力-速率的耦合采用SIMPLE 算法，并采用瞬态求解器进行迭代计算，计算时间步长120 s，总步数1 440步，使用残差作为监控器，当监控到各变量的残差达到10-4可视为已经收敛[15].网格化方法选用Automatic Method，流体力学模型，液体管径2.5、3、4 cm的网格化数分别是31 296、31 296、38 124.2.2 水平管直径大小的确定从图3中看出在文丘里管前端甲烷和水是分层状态，经过文丘里管后甲烷和水的混合效果较好，甲烷体积分数大概可以达到30%左右.这说明文丘里管有混合甲烷-水的作用.因为是二维模型，所以进行径向比较.本文先通过观察不同管径文丘里管前1 cm处甲烷体积分数，比较在没有文丘里管类似的促进气液传质元件的情况下，甲烷和水的混合效果如何.再观察不同管径文丘里管截至和文丘里管之后5 cm处的径向甲烷体积分数的对比，观察甲烷-水的混合效果.图3 2.5、3 cm和4 cm文丘里管管径模型甲烷体积分数云图从图4可以看出，2.5 cm管径出现甲烷的位置为1.5 cm处，3 cm管径出现甲烷能到达的位置为2 cm处，4 cm管径甲烷能到达的位置为2.75 cm处.说明管径越大，甲烷以及分数空段越大，说明在经过文丘里管前甲烷和水的混合随管径增大而减小.图4 2.5、3 cm和4 cm文丘里管前1 cm处径向甲烷体积分数如图5所示，2.5 cm管径甲烷可以到达位置0.75 cm处，提高30%，在2.25cm处甲烷体积分数达到最大37.5%.3 cm管径甲烷可以到达位置1 cm处，提高了33.3%，在2.5 cm处甲烷体积分数达到最大42.5%.4 cm管径甲烷可以达到位置1.5 cm处，提高了31.25%，在3.375 cm处甲烷体积分数达到最大36.5%.不难发现，甲烷和水在经过文丘里管后混合效果粗略认为均能提高30%，所以利用甲烷培养甲烷氧化菌时，优化反应器的设计中混合元件不可或缺.如果选择2.5 cm 管径的反应器，那么改变混合元件尺寸的可能性较小，反应器的体积也较小，不利于甲烷氧化菌的高密培养，所以3 cm是现有约束条件下最好的液体管径尺寸.图5 2.5、3 cm和4 cm文丘里管截至处甲烷体积分数如图6所示，2.5 cm管径在管顶端甲烷体积分数最高达37.5%.3 cm管径在2.5 cm处甲烷体积分数最高达42%.4 cm管径在3 cm处甲烷体积分数最高达35%.文丘里管后5 cm甲烷体积分数，虽然管径不同，但是甲烷体积分数基本不变，3 cm管径的甲烷体积分数最大，所以3 cm仍是现有约束条件下最好的液体管径尺寸.通过体积云图比较，甲烷的体积分数随时间推移逐渐趋于稳定.观察图7所示的出口处的体积分数，不难发现2.5、3 cm和4 cm管径的出口处甲烷体积分数最高分别是37.5%、38%和31%.不难发现，3 cm管径是现有约束条件下最佳选择.综上轴向和径向比较结果，3 cm管径是最佳液体管径.2.3 混合元件的几何结构确定混合元件得结构设计参数包括：进气口的距离，进相端的角度，细管管径的大小和长度，出口端的角度大小以及混合元件的个数.取气体入口距离范围0～10 cm，分别选取0、3、5 cm和10 cm来气液两相的体积分数云图和相同位置处甲烷体积分数的分布.图6 2.5、3 cm 和 4 cm文丘里管后5cm处甲烷体积分数图7 2.5 cm、3 cm和4 cm文丘里管出口处甲烷体积分数通过对比图8、9所示的甲烷体积分数云图，得出的结果是进口距离为5 cm和10 cm时，甲烷体积分数较高，只有有充足的甲烷气体才能实现较好的传质，所以排除进口距离0 cm和3 cm.通过对比曲线图的横轴坐标，明显可以看出气体入口距离5 cm时，甲烷可以扩散到2.5 cm高度，而进气口距离10 cm时，甲烷扩散不到2.5 cm高度.综上所述，进气口距离应该选择5 cm，但是更精确的进气口距离需要进一步的确定.图8 0、3、5 cm和10 cm气体入口距离文丘里管相同位置的甲烷体积分数曲线图图9 0、3、5 cm和10 cm气体入口距离文丘里管甲烷体积分数云图混合元件进相端角度变化范围定在30°～120°，分别取30°、60°、90°和120°观察甲烷体积分数和相同位置体积分数，确定具体角度.观察图10发现，30°的进相角模型最高点值最大，甲烷体积分数高达45%，但是下降率很大，呈直线下降.90°的进相角模型虽然最高点较低，但是从横坐标看，甲烷的最高点能到达2.5 cm，而30°的进相角模型最高点只能到达2 cm.120°的进相角模型最高点最低，但是出口的甲烷曲线图却较好.结合甲烷体积分数云图和湍动能分布图(见图11、12)，可以发现文丘里管进相角度30°、90°和120°模型甲烷体积分数云图和湍动能的分布图中，明显90°模型的湍动能分布较好，而且甲烷体积分数的云图分布较其他两个也较好.所以选择90°的进相模型.图10 进相角度30°、90°和120°文丘里管相同位置体积分数曲线分布图图11 进相角度30°、90°和120°文丘里管模型的甲烷体积分数云图图12 进相角度30°、90°和120°文丘里管模型的湍动能分布细管长度范围选择0～2 cm，分别取0、0.5、1、2观察甲烷的分布状况.细管高度选择0.5～3 cm范围，分别选取0.5、1、1.5、2、2.5和3 cm的模型观察甲烷的分布状况.如图13所示，可以明显看出当细管长度为1 cm时，甲烷的分布状态较好，反应器内体积分数也较大；反应器的细管部分直径为2 cm时，甲烷的体积分数较大，分布也较为稳定.和没有混合元件的生物反应器相比较，细管直径为2cm时生物反应器不会因为体积的适当减小而影响甲烷氧化菌细胞的培养和产量.细管高度增加湍动能减小，但是考虑到反应器体积，不能太小也不能太大，否则湍动能减小，不利于气液传质.如果生物反应器的细管直径继续增大会造成极端现象.综合比较甲烷体积分数和甲烷分布曲线图，选择1 cm长度的细管和直径为2 cm的生物反应器模型，更有利于促进气液传质.见图14.图13 细管长度0.5 cm和1 cm文丘里管模型相同位置甲烷分布曲线图和甲烷体积分数云图图14 细管直径0.5、1、1.5 cm和2 cm文丘里管模型的甲烷体积分数分布图局限于文丘里模型的结构参数，混合元件出口端角度的大小范围取4°～8°，比较随角度增大，甲烷分布状态和甲烷体积分数的变化.选择最合适的混合原件单元，最后模拟3个混合原件单元，数值模拟甲烷的分布状态和体积分数大小值的变化，确定生物反应器的最佳混合元件.从图15可知，随着角度的增大，甲烷的体积分数最大值降低，横坐标越向后移动，但是变化极其微小，均在0.017 5～0.02之间，虽然可以通过增加个数解决问题，但是纵坐标降低幅度较大.后端角度的增大可增加一定的湍能，观察后端角度6°、7°和8°模型的湍动能分布图，管道的后端位置有波动的湍动能现象，所以选择后端出口角度为7°的模型.反应器管径选择3 cm管径，混合原件单元的最终模型确定为进气口距离为5 cm，进口端的角度为90°，细管模型高度2 cm长度1 cm，出口相角度为7°.随混合元件的个数增加，甲烷和水的混合状态会更好，因为整个生物反应器的构建包括提供驱动力的液体泵和三个混合原件，鉴于生物反应器的长径比限制和上升与下降段的体积比限制，所以混合元件的个数最终确定在5个，混合效果图即甲烷相体积分数分布云图如图16所示.图15 后端角度6°、7°和8°文丘里管模型的甲烷体积分数分布曲线图和湍动能图图16 甲烷体积分数分布云图3 结语本文基于甲烷和水两相流对文丘里管式混合器进行数值模拟研究，涉及气液两相流的传质理论和数值模拟关键步骤.结果均通过计算机FLUENT数值模拟结果呈现，分析文丘里混合器内甲烷体积分数变化趋势和湍动能变化趋势.最终确定了适用于甲烷和水混合的水平管式循环生物反应器的管径，以及专用型文丘里混合器结构参数.为水平管式循环生物反应器的优化设计奠定了基础，为甲烷氧化菌的培养和PHB积累的工业化生产提供了理论基础.参考文献：【相关文献】[1] XIN J Y, ZHANG Y X, ZHANG S, et al. Methanol production from CO(2) by resting cells of the methanotrophic bacterium Methylosinus trichosporium IMV 3011[J]. J Basic Microb., 2007, 47: 426-435.[2] 林翔葳.一种新型生物可降解塑料—聚β-羟基丁酸酯[J].化工管理,2018(28):58-59.[3] 唐江伟,吴振强.新型生物反应器结构研究进展[J].中国生物工程杂志,2007(5):146-152.[4] 张妍. 混合过程的特性和放大效应的CFD模拟[D].青岛：中国海洋大学,2014.[5] YAZDIAN F, SHOJAOSADATI S A, NOSRATI M, et al.Study of geometry and operational conditions on mixing time, gas hold-up,mass transfer, flow regime and biomass production from natural gas in a hori-zontal tubular loop bioreactor[J]. Chem. Eng. Sci., 2009, 64:540-547.[6] 杨飞,闫媛媛.SK型静态混合器内流体流动与传热数值模拟[J].化工技术与开发,2013,42(6):46-48,62.[7] 盛弘,周明,余国琮.强化气液两相传质的研究进展[J].化学进展,2001(4):315-322.[8] 庞祥荣.基于CFD的二氧化氯气体混合器数值模拟与优化研究[D].青岛：青岛科技大学,2017.[9] 李晶. 典型生物反应器传质、混合的计算流体力学模拟研究[D]. 无锡：江南大学,2009.[10] 梁汝囡,窦远,吴德慧.机械搅拌式反应器的流体力学模拟研究[J].科技传播,2016,8(3):187-189.[11] 刘敏.气升式环流反应器数值模拟研究进展[J].洁净煤技术,2015,21(3):88-92.[12] 练以诚,靳海波.气升式内循环反应器的数值模拟和结构参数[J].过程工程学报,2012,12(4):541-549.[13] 卢小盼.生物流化床技术现状[J].轻工科技,2017,33(7):96-98.[14] 赵兰杰,郑振坤,张媛媛.微型生物反应器研究进展[J].化学与生物工程,2018,35(4):12-15.[15] JESUS, ROBERTO B,STEFANIA T,et al. Global-nonlinear stochastic dynamics of a class of two-state two-parameter non-isothermal continuous stirred tank reactors[J].Journal of Process Control,2018,72.。
气-液两相条件下柴油发动机喷油系统建模
气-液两相条件下柴油发动机喷油系统建模李汝宁;何勇灵;冯兴【摘要】In order to predict the injection rate more accurately, based on the gas bubble model, the model of diesel injection system, under gas-liquid two-phase condition was established. The parameter optimization of the diesel injection system model was realized using improved parallel genetic algorithms, fitness function was built based on the least square method, and the regression equations of unknown parameters were obtained with the mathematical method of regression analysis, and so the model of diesel injection system of parameter identification was carried out. Comparisons between simulation results and experimental data show that the model of diesel injection system under gas-liquid two-phase condition is feasible and effective.%为了更准确预测喷油系统的喷射规律,基于气泡模型,建立气-液两相条件下的柴油机喷油系统模型,构造基于最小二乘法的适应度函数,采用并行改进遗传算法实现了对柴油机喷油系统模型的参数辨识,并应用回归分析方法建立未知参数的回归方程,从而最终建立两相条件下的柴油机喷油系统模型.仿真结果与试验数据的比较表明建立的气-液两相条件下的柴油机喷油系统模型是可行的、有效的.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(044)002【总页数】6页(P558-563)【关键词】柴油机;喷油系统;气泡模型;遗传算法;参数辨识【作者】李汝宁;何勇灵;冯兴【作者单位】北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京,100191;北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京,100191;北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京,100191【正文语种】中文【中图分类】TK421+.4国内外众多的试验研究证明，柴油机喷油系统中的液力过程是复杂多变的气-液两相流动的过程[1-8]。
油水两相流超声测试机理仿真建模
油水两相流超声测试机理仿真建模邵一哲;谭超;董峰【摘要】To get effective informations of the flow parameters in the dual continuous oil-water two-phase flow, the ultrasonic testing mechanism of oil-water two-phase flow was studied by simulation modeling technique. By establishing a numerical simulation model which could reflect the actual flow condition, the influence of ultrasonic frequency and particle size on the ultrasonic propagation was discussed. The relationship between ultrasonic attenuation and oil phase content was analyzed and the mode of ultrasonic action was also analyzed. The results show that the simulation model can effectively describe the mechanism of ultrasonic testing in oil-water two-phase flow.%针对油水两相流双连续分散流动条件下流动参数的有效获取问题,采用仿真建模技术,对油水两相流超声测试机理进行研究.通过建立反映实际流动状况的数值仿真模型,讨论超声频率和离散相粒径尺度对超声传播的影响,分析双连续分散流中超声衰减与油相含率之间的关系和超声的作用方式.研究结果表明:所建立的仿真模型可有效描述油水两相流超声测试方法机理.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(049)004【总页数】8页(P987-994)【关键词】油水两相流;双连续分散流;超声测试;有限元仿真;传播机理【作者】邵一哲;谭超;董峰【作者单位】天津大学电气自动化与信息工程学院,天津市过程检测与控制重点实验室,天津,300072;天津大学电气自动化与信息工程学院,天津市过程检测与控制重点实验室,天津,300072;天津大学电气自动化与信息工程学院,天津市过程检测与控制重点实验室,天津,300072【正文语种】中文【中图分类】O359;TP271+.3油水两相流在石油的开采、运输等过程中广泛存在。
气液两相节流数值模拟
Mine Engineering 矿山工程, 2016, 4(1), 24-29Published Online January 2016 in Hans. /journal/me/10.12677/me.2016.41005Numerical Simulation of Gas-LiquidTwo-Phase Flow in Throttling ProcessDesheng LiuThe Petroleum Exploration & Production Research Institute, SINOPEC (PERRIS), BeijingReceived: Jul. 14th, 2015; accepted: Jan. 26th, 2016; published: Jan. 29th, 2016Copyright © 2016 by author and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractIn this paper, a simplified physical model at the throttle choke is established based on the Fluent Software. The flow properties of gas-liquid two-phase flow at the throttle nozzle are studied. As a result, the pressure and the temperature at the entrance of the throttle nozzle decrease sharply and then achieve a balance through the energy attenuation. The total variation trend is reduced. It provides a theoretical foundation to prevent the hydrate formation.KeywordsGas-Liquid Two-Phase Flow, Restriction, CFD Simulation, Gas Hydrate气液两相节流数值模拟刘德生中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京收稿日期：2015年7月14日；录用日期：2016年1月26日；发布日期：2016年1月29日摘要本文研究气液两相流在节流嘴处的流动规律，利用Fluent计算流体动力学软件，对节流嘴附近的流体流动状况进行数值模拟。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第48 卷第 6 期V〇1.48N〇.6 2018 年6 月Electric Welding Machine Jun. 2018本文参考文献引用格式:孔维宾，蒋应田，梁平.基于Mixture模型的乙醇汽油割嘴气液两相流模拟[J].电焊机，2018,48(06): 118-122.靄于_鼸乙__顬喔气鱺麗纏流靈拟孔维宾，蒋应田，梁平(辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺113001)摘要:通过Mixture模型对专用割嘴的内部进行速度场和压力场数值模拟，分析割嘴内部流场的气液两相 流流动状态，以及速度和压力在各部位的变化情况，研究不同压力下的氧气流对乙醇汽油燃料的速度变化 以及在一定压力下的氧气流对不同速度的乙醇汽油雾化的影响情况。
分析流体外部两侧的静压强的欠膨 胀，认为欠膨胀射流有利于空气与液体燃料的混合。
模拟结果表明，增加气液混合物的速度差可以提高割 嘴出口处乙醇汽油的雾化程度，有利于充分燃烧。
关键词：火焰切割；气液两相流；Mixture模型；数值模拟中图分类号:TG481 文献标志码:A文章编号：1001-2303(2018)06-0118-05DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2018.06.24B a s e d o n fluent o f e t h a n o l fuel n o z z l e i n t e r n a l f l o w field o f t h e c o l d state s i m u l a t i o nKONG Weibin,JIANG Yingtian,LIANG ping(School of Mechanical Engineering,Liaoning Shihua University,Fushun 113001,China)Abstract：In th is paper,the velocity field an d p ressu re field n u m erical sim u latio n of th e special cu ttin g n o zzle are carried o u t b y M ix tu re m odel,the flo w sta te of gas-liquid tw o p h ase flo w in cu ttin g n o zzle is analyzed,and th e ch an ge of velocity an d p ressu re a t d ifferen t p o sitio n s a re an alyzed.T o stu d y th e effect of oxygen flo w at d ifferen t p ressu res o n th e sp eed ch an ge of eth an o l fuel an d th e effect of o xygen flo w u n d er certain p ressu re o n th e a to m iza tio n of eth a n o l gasolin e at d ifferen t speeds.B y an alyzin g th e u n d erexp an sio n of static p ressu re o n b o th sid es of th e fluid,it is con cluded th a t th e un der-expan sion jet is con du cive to th e m ixin g of air an d liqu id fuel. T h e sim u latio n resu lts sh o w th a t in creasin g th e sp eed d ifferen ce of gas-liquid m ix tu re can im p ro v e th e a to m iza tio n d egree of eth an ol- gasolin e a t th e o u tlet of th e n ozzle,w h ich is ben eficial to th e full co m b u stio n.Key words：flam e cutting;gas-liquid tw o p h ase flow;M ix tu re m odel;n u m erical sim u la tio n0 刖目火焰切割一直利用以乙炔为代表的气体燃料 作为能源载体。
乙炔在切割时容易发生安全事故，且生产成本高、切口背面易挂渣、正面易塌边等，因此探索出一种环境友好的清洁燃料代替氧-乙炔火 焰切割成为人们共同的目标[1-2]。
乙醇汽油是一种新收稿日期:2017-12-01基金项目：抚顺市科学技术计划项目（20091202)作者简介:孔维宾(1989-)，男，在读硕士，主要从事新型燃料火焰切割技术的研究。
E-mail: 1524235113@163.com。
通讯作者：蒋应田，E-mail f yt-72@。
窑118.耘造藻则蚤糟宰藻造凿蚤灶早^酝葬糟澡蚤灶藻型清洁燃料，以E10(乙醇含量10%)和E20(乙醇含 量20%)汽油醇燃料作为火焰切割燃料的技术应 用已有报道。
但是液体燃料的燃烧过程较气体燃料 更为复杂，主要是因为液体必须经过一定的雾化才 能充分燃烧，雾化效果越好，燃烧越充分。
因此，割 嘴的结构是液体燃料雾化的关键。
结构合理的切割 割嘴是影响液体燃料作为火焰切割发展的最主要 原因[m]，也是该技术研究的重点和难点。
由于割嘴内部空间狭小、结构复杂且喷出的气 液混合物速度快，难以用实验方法进行测试[5]。
因此，本研究利用CFD 模拟软件对结构改进后的丙烷焊接I艺孔维宾，等:基于Mixture模型的乙醇汽油割嘴气液两相流模拟第6期切割割嘴的内部流场进行数值模拟计算和分析讨 论，研究割嘴流场主要物理量的分布规律及进行火 焰切割的可行性，为今后工程实践应用提供理论参考问。
1数学模型1.1Mixture模型的建立Mixture模型是一种简化的多相流模型，求解的是混合物的动量方程，设定的相对速度描述离散 相。
它可以用于模拟各相有不同速度的多相流、有 强烈耦合的各向同性多相流以及各相以相同速度 运动的多相流。
其典型的应用包括低负荷的微粒 流、没有离散相相对速度的均匀多相流[7]。
由于割嘴 内部是轴对称图形，所以取割嘴的对称部分进行模 拟计算。
模型的三维图形、平面图形及模拟图形如 图1所示。
立体图b平面图图1燃料乙醇汽油割嘴模型模拟简化图1.2控制方程任何流动的物质都必须满足连续方程，即质量 守恒方程，该方程可以表示为:单位时间内流体微 元中质量的增加等于同一时间间隔内流人该微元 体的净质量，因此可以看作空间内不可压缩流体。
连续方程为d(pvx)垣d(pvY) +d(pvz) =〇⑴dx鄣y鄣z式中 z分别为速度矢量在X、、方向的分量；为密度。
质量守恒方程为鄣P I鄣(PM)I鄣(pv)I鄣(pw)=〇⑵鄣t鄣x鄣y鄣z式中p为密度；为时间，，、、w分别为速度矢量 在x、、方向的分量。
由于割嘴内部处于氧气与液体燃料混合状态，因此模拟计算采用Fluent软件中的Mixture模型。
而Mixture有标准模型和两相流模型两种。
对于标 准的K-着模型是个半经验公式，主要利用湍动能方 程K和扩散率方程着进行模拟计算，其公式如下Pk)■(p着滋)=C f L滋1 )'鄣^ ]+G k+Gb~P着着+SkO X j O k O X j-鄣~(P着）+-鄣鄣^(籽着滋1)=-鄣鄣一[(滋+ ^滋一]+鄣t d X i O X j鄣着O X jG1着-着一(G k+G3^Gh)—G2着~"lSk(3)式中P为流体密度；为流体动力粘度;Gi着、G2着、G3着为经验常数，分别为1.44、1.92、0.09;滓k、滓着取值为软件固定，分别为1.0和1.3[8]。
采用Mixture模型，由于混合模型可以模拟各相 具有不同流速的多相流，其基本假设是在短距离空 间尺度上的局部平衡，相间是强耦合。
而气液两相 之间相互贯穿，且没有全部充满割嘴的内腔。
混合模型的连续方程为(p m)+V •(p m v m)=rn(4)O t_ _ 移琢k p k V k式中V m为质量平均速度，，m=~^—；m为混P mn合后密度，，m=移琢k A，琢k为第二相的体积分数;mk=1为质量源的质量递质。
耘造藻糟贼则蚤糟宰Q造凿蚤灶早^酝葬糟澡蚤灶藻*119*焊接I 艺第48卷嚏辞搞：1.3边界条件燃料E 10的人口流速、人口直径、人口压力，混 合氧气人口流速、人口直径、氧气进口压力等如表 1所示，切割氧的速度与混合氧的速度相同，但进 口孔直径为4 mm 。
根据伯努利方程式：v 1S1=v 2S 2(5)1V ^+Zi =^L +z 2(6)pg 2gpg 2g^pv 2+P =C (P 〇)(7)式中 分别为进、出口速度;Si 、2分别为进、出口截面积;Pi 、P 2分别为进、出口压强；为材料密度;Zi 、Z 2分别为进、出口位能。
其出口第二相的体 积方程为吾(琢。
Pp)+V(W d r _p )(8)式中^为第二相;％为第二相体积分数;Pp 为第二 相密度；m 、、dr.p 分别为氧气和E 10进口速度。
下游 混合区长度62.5 mm ，通过计算燃料的流量为（1.6〜 3.0)x 1〇4kg/s ，氧气流量为(2.0〜lO k lO ^kg/s ，动力 粘度0.5Pa .s ，燃料密度750kg/m 3。
2计算结果及分析2.1割嘴腔内液滴速度场根据上述边界条件进行不同条件下的数值模 拟。
燃料流速为6.5m/s ，3种不同氧气流速的数值 模拟结果如图2所示。
在预混空间中雾滴速度沿y 轴负方向运动，3种氧气流速下的预混空间雾滴速 度场的分布十分相似。
割嘴出口雾滴流速分布曲线表1燃料E 10及氧气流参数燃料入口入口入口入口入口直径压力速度速度速度/m mP/MPa v 1/m*s"1v2/m*s_1v 3/m*s_1E10(E20)1.000.20 〜0.35 6.51013.5氧气0.750.30 耀 0.50187206266如图3所示。
气液混合体在通过气流槽时，速度矢 量逐渐减小到最小值，因此出口处的雾滴速度呈现 先减小后增大的现象。
这主要是因为当氧气与乙醇 汽油从各自的孔道喷人时，压力不同导致存在速度差，在经过混合腔时进行了相互耦合。