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非均相流模型在气液两相流动计算中的应用及评价

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北京理工大学学报 2014年第7期34卷 685-690页

作者：王国玉白泽宇黄彪北京理工大学机械与车辆学院北京100081

为评价非均相流模型在气液两相流动计算中的应用,分别采用均相与非均相多相流模型,对方腔通气和平板通气模型的气液两相流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比.结果表明:相比均相流模型,非均相流模型能较准确计算气相的受力,预测... 详细信息

为评价非均相流模型在气液两相流动计算中的应用,分别采用均相与非均相多相流模型,对方腔通气和平板通气模型的气液两相流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比.结果表明:相比均相流模型,非均相流模型能较准确计算气相的受力,预测气相的非定常流动过程,所得结果能较精确捕捉方腔中气泡束的周期性摆动和平板上方气泡的周期性断裂、上漂现象;非均相流模型能较好地预测速度场分布,同时能更好地预测压力场的非定常性变化.

关键词：非均相流模型气液两相流多相流模型数值计算

非均相流模型在非定常空化流动计算中的应用及评价

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船舶力学 2013年第11期17卷 1221-1228页

作者：白泽宇王国玉黄彪北京理工大学机械与车辆学院北京100081

文章评价了非均相流模型在非定常空化流动中的应用。分别采用均相流和非均相流模型,对绕水翼的非定常空化流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比。结果表明:相比常用的均相流模型,由于考虑了相间作用,应用非均相流模型计算得到的... 详细信息

文章评价了非均相流模型在非定常空化流动中的应用。分别采用均相流和非均相流模型,对绕水翼的非定常空化流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比。结果表明:相比常用的均相流模型,由于考虑了相间作用,应用非均相流模型计算得到的结果可以较好地预测附着空穴非定常发展过程,精确捕捉到反向射流的发展和更清晰的水汽界面;非均相流模型能较好地模拟大尺度空泡团的周期性脱落,同时能更好预测流体动力特性的非定常变化。

关键词：非均相流模型空化流动数值计算

基于Eulerian-Eulerian模型的轴流泵气液两相流动数值分析

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排灌机械工程学报 2018年第6期36卷 472-478页

作者：唐苑峰袁建平司乔瑞张克玉陆荣江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为研究轴流泵在气液两相流条件下的内部流动特性,以1台比转数为1 500的模型泵为研究对象,基于Eulerian-Eulerian非均相流模型,以空气和水为工作介质,进行了多种流量下不同进口含气率的定常数值计算,分析了不同气液两相工况下模型泵外特... 详细信息

为研究轴流泵在气液两相流条件下的内部流动特性,以1台比转数为1 500的模型泵为研究对象,基于Eulerian-Eulerian非均相流模型,以空气和水为工作介质,进行了多种流量下不同进口含气率的定常数值计算,分析了不同气液两相工况下模型泵外特性变化情况,并通过叶轮内压力、气相分布以及气液两相速度分布情况探究气液两相在轴流泵内流动规律.计算结果表明:在水气混合工况下,此轴流泵的扬程和效率随着含气率的增加呈现逐渐下降的趋势;相同含气率下,压力面压力大于吸力面压力,从轮毂到轮缘,压力呈现增大的趋势,叶轮表面的气体主要集中在叶片的吸力面,随着流量的增加,压力最高点逐渐趋近于轮缘附近,压力面的气体逐渐增多,吸力面的气体逐渐减少,压力面的气体主要聚积在进水边,并有向轮缘移动的趋势;相同流量下,气体还是主要集中在叶轮的吸力面,随着含气率的增加,压力面最大压力区域有从进水边向轮缘中间区域移动的趋势,吸力面的气体有沿着进口向出口运动的趋势.另外,随着流量的增加,气液相的速度随之增加,在靠近轮毂的区域出现了明显的流动分离现象.

关键词：轴流泵两相流动非均相流模型内部流动数值模拟

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绕圆盘空化流动的拉格朗日拟序结构分析

兵工学报 2014年第3期35卷 362-370页

作者：白泽宇王国玉吴钦黄彪北京理工大学机械与车辆学院北京100081

基于有限时间Lyapunov指数(FTLE)和拉格朗日拟序结构(LCS)对绕圆盘空化器非定常空化流动机理进行了分析。数值计算中采用了能准确反映气液两相相间作用的非均相流模型,通过与实验结果的对比,验证了计算结果的可靠性。分析结果表明:FTLE... 详细信息

基于有限时间Lyapunov指数(FTLE)和拉格朗日拟序结构(LCS)对绕圆盘空化器非定常空化流动机理进行了分析。数值计算中采用了能准确反映气液两相相间作用的非均相流模型,通过与实验结果的对比,验证了计算结果的可靠性。分析结果表明:FTLE场中出现两种LCS——平直LCS和环状LCS,平直LCS反映了圆盘对流体运动的阻碍作用,环状LCS准确捕捉了圆盘后部大尺度涡旋结构的边界及涡心的位置;随着空穴尺度增大,涡旋结构得到加强,分布更为集中;反向射流强度的周期性变化是造成空穴和涡旋结构周期性变化和运动的原因,反向射流强度增大使得圆盘后端面出现低FTLE值区域,该区域与轴截面上的流线起始点存在对应关系。

关键词：流体力学拉格朗日拟序结构有限时间Lyapunov指数非均相流模型空化流动

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轴流泵固液两相数值模拟及磨损特性研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2015年第3期43卷 32-36页

作者：林鹏刘梅清燕浩吴远为武汉大学动力与机械学院湖北武汉430072

为研究轴流泵输送含沙水时过流部件的磨损情况,基于ANSYS CFX软件,应用非均相流模型和粒子模型,对轴流泵内固液两相流场进行数值模拟.重点分析了过流部件壁面处固相体积分数分布、固相滑移速度、体积分数分布及滑移速度与过流部件磨损... 详细信息

为研究轴流泵输送含沙水时过流部件的磨损情况,基于ANSYS CFX软件,应用非均相流模型和粒子模型,对轴流泵内固液两相流场进行数值模拟.重点分析了过流部件壁面处固相体积分数分布、固相滑移速度、体积分数分布及滑移速度与过流部件磨损的关系.结果表明:固相颗粒主要集中于叶片头部和叶片工作面,导致了叶片工作面磨损速度大于背面,并以进口头部的磨损破坏最为显著;固相滑移速度方向的不同,造成了叶片头部和叶片表面磨损类型的不同;固相滑移速度大的地方,固相体积分数较大,过流部件的磨损较为严重;在相同固相体积分数下,叶片工作面固相滑移速度大于背面;在叶片表面的同一部位,固相滑移速度均随着固相体积分数和颗粒直径的增大而增大,大颗粒对过流部件的磨损更为严重.

关键词：轴流泵粒子模型非均相流模型滑移速度固液两相磨损特性

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高速潜水轴流泵固液两相流及磨损特性研究

流体机械 2022年第4期50卷 78-84页

作者：曹卫东张洋杰郝福合江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013 济宁安泰矿山设备制造有限公司山东济宁272300

为探讨高速潜水轴流泵输送含沙水时叶轮的磨损情况,采用Particle非均相流模型和Finnie磨损模型对高速潜水轴流泵内固液两相流进行数值模拟,揭示了不同流量和颗粒直径条件下高速潜水轴流泵叶轮流道内的两相流动规律。结果表明:在叶片压... 详细信息

为探讨高速潜水轴流泵输送含沙水时叶轮的磨损情况,采用Particle非均相流模型和Finnie磨损模型对高速潜水轴流泵内固液两相流进行数值模拟,揭示了不同流量和颗粒直径条件下高速潜水轴流泵叶轮流道内的两相流动规律。结果表明:在叶片压力面上,固相颗粒主要集中于出口处和靠近轮毂处;在叶片吸力面上,固相颗粒主要集中在进口处;随着流量的增大,在压力面上,固相颗粒分布范围有所减小,但是固相体积分数相对提高,导致磨损程度也相应的增大;在叶片压力面中间流线处,流量为400 m^(3)/h时,叶片进口和出口附近固相体积分数较大,其中叶片出口附近达到最大为26%;在轮毂流线处,叶片进口的固相体积分数在流量为300 m^(3)/h时最大,为20.6%,叶片出口附近的固相体积分数在流量为400 m^(3)/h时最大,为41.1%;随着固相颗粒粒径的增大,颗粒运动速度从23.80 m/s增大至24.89 m/s,运动轨迹向轮缘处靠近,叶片压力面出口处、轮毂处以及吸力面进口处磨损明显增大。

关键词：高速潜水轴流泵非均相流模型固液两相流磨损特性

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大型轴流泵泥沙磨损特性研究

润滑与密封 2019年第9期44卷 89-95页

作者：林鹏刘和云胡东刘梅清王舒赵文胜湖南人文科技学院能源与机电工程学院湖南娄底417000 武汉大学动力与机械学院湖北武汉430072

为探讨大型轴流泵的泥沙磨损特性,采用非均相流模型、Particle模型和Tabakoff磨损模型和滑移壁面边界条件,研究泥沙在轴流泵内部的流动规律及磨损机制。结果表明:叶片头部及叶片工作面的泥沙体积分数和磨损率最大,导致叶片头部、工作面... 详细信息

为探讨大型轴流泵的泥沙磨损特性,采用非均相流模型、Particle模型和Tabakoff磨损模型和滑移壁面边界条件,研究泥沙在轴流泵内部的流动规律及磨损机制。结果表明:叶片头部及叶片工作面的泥沙体积分数和磨损率最大,导致叶片头部、工作面磨损速度和程度大于背面;粒径对泥沙的运动轨迹有显著影响,而含沙量的改变对泥沙的运动轨迹影响不大;颗粒在叶轮中的运动速度与粒径呈正相关关系,粒径大的沙粒向叶片工作面运动的趋势更为明显,说明粒径为影响泥沙运动轨迹的一个主要因素,含沙量为一个次要因素;随着泥沙粒径的增大,磨损率范围增大,磨损强度也相应增大,随着含沙量的增大,叶轮内各处磨损率均增大,说明粒径和含沙量均是加快轴流泵磨损的重要因素。

关键词：轴流泵非均相流模型 Particle模型磨损率磨损特性

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复杂多相流动的数值模拟与分析

复杂多相流动的数值模拟与分析

作者：白泽宇北京理工大学

学位级别：硕士

多相流动是指在同一流动体系中，同时存在多种介质的复杂流动现象。空化现象和通气两相流是水动力学问题中常见的多相流动现象，两者均属于气/汽-液两相流动，涉及到复杂的相间作用力及相界面的形成、发展、脉动和破裂等非定常流动现象... 详细信息

多相流动是指在同一流动体系中，同时存在多种介质的复杂流动现象。空化现象和通气两相流是水动力学问题中常见的多相流动现象，两者均属于气/汽-液两相流动，涉及到复杂的相间作用力及相界面的形成、发展、脉动和破裂等非定常流动现象，其在水力机械、水下发射、航空航天、化学生产等诸多领域均有广泛的应用。本文针对非定常空化流动及通气气液两相流动，发展了一套多相流动数值计算方法，通过与实验数据的对比评价了其适用性，并采用基于有限时间李雅普诺夫指数（FTLE）场的拉格朗日拟序结构（LCS），结合欧拉体系分析方法对绕圆盘空化流动及方腔通气两相流动的流场结构和流动机理进行了分析。本文的主要研究成果如下：1）发展了一套适用于空化流动及通气两相流动的数值计算方法。该方法基于RANS模型，耦合了能准确反应相间作用力及相间质量输运过程的非均相流模型，结合Level Set界面处理方法以精确捕捉相界面的运动，控制方程通过标准k-ε湍流模型封闭，采用Kubota空化模型描述相间质量传输;2）评价了非均相流模型在空化流动及通气两相流动计算中的适用性。基于非均相流模型的多相流动数值计算方法对于空化流动及通气两相流动均具有良好的适用性。在非定常空化流动的计算中，非均相流模型能够捕捉到水翼周围大尺度空泡团的周期性脱落及附着空穴区域的纯气相区域;在通气两相流动的计算中，非均相流模型能准确预测平板上方气泡的周期性断裂、上漂现象，计算平板模型中气液两相界面的表面张力，从而更准确模拟气相的非定常流动特性。3）采用以有限时间李雅普诺夫指数（FTLE）和拉格朗日拟序结构（LCS）分析为主的拉格朗日体系分析方法，结合Q分布等欧拉体系分析方法，对绕圆盘空化流动及方腔通气两相流动进行了分析。FTLE场反映了流场中相邻质点之间的分离程度， LCS则将流场划分为运动特性不同的区域。在空化流动的分析中，LCS能识别出圆盘前段运动受阻碍的流体流道，且对空穴区域涡旋结构的识别效果明显好于Q判据;在方腔通气两相流动中，LCS能捕捉到主流区与回流区的交界面，以及气泡束两侧的大尺度涡旋结构。在绕圆盘非定常空化流动中，随着空穴尺度的增大，涡旋结构得到加强，且涡旋结构的尺度减小，分布范围更加集中;反向射流强度的周期性变化是造成空穴周期性膨胀收缩和涡旋结构周期性变化和运动;支杆附近绕流存在明显的三维效应。在方腔通气气液两相流动中，流动过程包括气泡束形成阶段和气泡束摆动阶段。在第一阶段，气体在水中形成气泡束，气泡束两侧液相流体中形成对称涡旋结构;在第二阶段，气泡束出现周期性摆动，伴随其摆动，自由液面处的两个涡旋结构沿着气泡束的左右两侧交替向方腔底部运动。

关键词：空化流动通气两相流动非均相流模型拉格朗日拟序结构有限时间李雅普诺夫指数