低含液管道内气液两相流动特性的数值研究

基于管内气液两相流动理论,建立了低含液管道两相流动数学模型,对管路内气相流场、液滴空间分布进行了研究。结果表明:运用边界层网格与增强壁面函数相结合的方法,能够很好地模拟近壁处流场;水平管内液滴群主要集中在中下部区域;弯头内离心力促使液滴群向外侧运动;受上游弯头的影响,竖直管内存在一对涡核,沿流动方向,竖直管右侧液滴群浓度逐渐下降,液滴群分布范围变大,有向左侧运动的行为。     

内循环生物流化床反应器流体力学特性的数值模拟

首先采用气、液两相模型对7组结构参数的反应器进行模拟计算,然后根据计算结果选择了一组较优的结构参数进行气、液、固3相的数值模拟计算.结果表明,通过数值模拟方法对内循环生物流化床反应器流体力学特性进行计算可获得优化的反应器结构参数;明确了循环挡板的长度及位置对反应器内液相流场分布的影响较为显著的事实;同时指出固相颗粒的加入对反应器内液相流速的分布几乎没有影响,固相含率较高的区域在反应器升流区.     

钻井用浮箍结构冲蚀安全优化数值模拟研究

针对固井过程中套管用浮箍、浮鞋等附件频频发生失效事故,开展固井浮箍、浮鞋冲蚀优化的数值模拟研究。通过建立浮箍流场CFD有限元模型,定量模拟研究不同阀芯开度下含有固相颗粒的多相流对浮箍阀体的冲蚀速率,建立了冲蚀速率与固相颗粒含量、固相颗粒大小、阀芯开启度的关系曲线。结果表明:弹簧式浮箍在开启高度L大于或等于40mm,舌板式浮箍在阀板开启角度大于50°时,能使其冲蚀速率显著减小。     

基于CFD的三相内循环生物流化床操作参数影响的分析

建立了气-液-固三相内循环流化床的数学模型,验证了流体力学CFD模拟技术应用于气、液、固三相流化床操作中的可行性,探讨了表观气速和固体装载率等操作参数对气含率以及液体循环速率的影响,结果表明,随着固体装载率的增大,气含率先增大后减小,在13%处取得最大值。当表观气速在0~0.05 m/s时,气含率随着表观气速的增大而增大,在0.05 m/s处达到最大值,表观气速大于0.05 m/s时,气含率不再随着表观气速的增大而增大,而是基本保持不变。液体循环速率随固体装载率的增大而减小,随表观气速的增大而增大。在以气含率、液体循环速率作为约束条件的情况下,流化床反应器的最佳固体装载速率为13%,最佳表观气速为0.05 m/s。     

基于CFD的内构件强化内循环流化床流场结构分析

针对流化床内部流体结构的复杂性和缺乏有效放大设计理论的问题,以漏斗型导流内构件强化的内循环流化床的气液运动为研究对象,利用欧拉-欧拉双流体模型构建了能描述其复杂流动的CFD数学模型,通过宏观流场、气含率分布、液体速度分布解析内构件对气液混合传质的作用原理.数值模拟结果表明:双流体模型能较好地揭示流化床内气液流场结构,流...     

桨叶埋深与液面高度对JBR内气-液混合影响的数值模拟

为了获得软锰矿浆烟气脱硫工艺的最佳运行工况,应用计算流体动力学(CFD)方法对其吸收设备——喷射鼓泡反应器(JBR)内气液两相流动进行了三维数值模拟.在FLUENT软件中采用标准k-ε湍流模型与Eulerian多相流模型模拟了喷射鼓泡反应器内流场和气液分散特性,并应用气含率方差的概念定量描述气相的分散程度.着重考虑了上桨埋深和液面高度对整体气含率与气含率方差的影响,并对气含率方差与上桨上下含气区高度比R的关系进行了分析.结果表明,流场的重要特征与前人的类似实验结果和数值模拟结果一致.上桨埋深与液面高度对JBR内整体气含率和气相的分布具有显著影响.整体气含率随上桨埋深的增加而减小,而随着液面高度的增加,整体气含率先增大后减小.气含率方差随上桨埋深的增加而增大,随高度比R的增大而减小.综合分析认为液面高度取260～280 mm为宜,以R约为2确定上桨埋深.     

旋/直复合流化对脱硫塔内粘壁问题的影响

采用激光相位多普勒颗粒分析仪(3D-PDA)测试了新型内旋/直复合流化方式下循环流化床烟气脱硫塔内与粘壁有关的气-液-固三相参数,试验证明:旋/直复合流化能够提高塔中下部特别是近壁处的气固切向速度及气固间相对切向滑移速度,增强扰动,同时提高脱硫塔中下部特别是近壁处的固体颗粒浓度,有利于促进液滴或含湿颗粒的高效利用和快速干燥,减轻粘壁;旋/直复合流化下液滴在塔内的分布变化也证明旋流风对促进液滴干燥、减轻粘壁的积极作用;旋流风量的增加对近壁处液滴的干燥速度及固体颗粒浓度的影响表明,旋流风量占总流量的16%左右合适。     

大管径真空排水技术在雨水泵站中的应用与数值分析

针对传统雨水泵站存在的问题,介绍了大管径真空排水技术在雨水泵站应用中的独特优势及具体实施方法。为研究其排水过程中的流态分布、流体动力学性能,建立了典型管道的数值模型,采用κ-ξ紊流模型及Vof方法,对其进行了非稳态数值模拟,分析了两相流在大管径管道充水过程中的气液流动特性。结果表明:大管径排水过程中存在分层流、气泡流及波浪流,并在弯管附近出现短暂集气现象;液相在倾斜管路中有短暂流速停滞现象,随着压差的推进,最终在管道中形成液相满管流。     

基于碳氮平衡模型评价厨余垃圾厌氧消化工程

以典型厨余垃圾厌氧消化工程为研究对象,使用碳氮平衡全流程模型计算,分析比较了碳氮物质流模型计算结果与采样实测数据;通过碳氮在固液气三相的全流程分配,评价工程实际运行效能.结果表明,实测数据与模拟结果比较,显示碳氮物质流在厌氧产气部分拟合效果较好（拟合优度0.88）,但在固液分离组件环节存在显著缺陷.通过优化消化液含固率（TS）与固液分离分配比的关系,改进了模型的固液分离组件,从而提高了沼液和沼渣含固率的模拟效果,拟合优度分别提高至0.97和0.82;通过嵌入实际产气程度（R_BMP）,提出并应用了一种基于碳氮平衡模型的评估方法,可判别厌氧消化反应器运行状况.     

卡鲁塞尔氧化沟液-固两相流动混合物模型与两相水力特性模拟

采用CFD数值计算的方法研究了卡鲁塞尔氧化沟工艺的污水-污泥两相水力特性.将污泥沉降模型进行湍流影响修正后与两相湍流混合物模型耦合,建立了氧化沟液固两相湍流混合物模型,实现了垂向上液固两相运动的分离;利用计算流体软件Fluent对工业规模污水厂氯化沟的污水-污泥两相流速进行模拟,结果表明,两相流混合物模型较好地揭示了氧化沟内混合液流场和污泥的分布情况,污泥浓度与流速呈负相关.     

序批式反应器内多尺度三相流动的数值模拟

提出1个混合模型来数值模拟序批式反应器内气-液-固三相的多尺度流动.该混合模型采用Level Set方法模拟曝气气泡的运动,应用离散颗粒方法处理活性污泥固体的运动,运用体积平均的Navier-Stokes方程描述液相的流动.模型考虑了颗粒-气泡、颗粒-流体以及气泡-流体之间的相互作用.通过模拟反应器内曝气气泡生成、上升以及污泥沉淀的动态过程,检验了模型的可行性.流动结构的模拟结果显示,在反应器中污泥与污水均有明显的环流特征.气泡与颗粒相互作用引起的气泡破碎行为会导致反应器内大量小气泡的生成以及污泥颗粒的弥散.反应器内这些流体动力学特征使得污泥与污水达到充分混合,有利于生物降解处理.     

气液固多相流对法兰接缝处的腐蚀行为研究

目的揭示不同条件下法兰接缝处的腐蚀速率。方法基于流动动力学数值模拟软件,分析法兰接缝处的流场变化、不同因素的电化学腐蚀速率和冲刷腐蚀速率。结果在文中的研究条件下,随着接缝深度的增加,法兰接缝处的流速分布分为0～0.6 mm和0.6～5 mm两个阶段,在法兰接缝表面均存在明显的压力梯度层和温度梯度层。同时随着固体杂质质量流量的增大,法兰处腐蚀速率呈直线增大,当其质量流量大于4kg/s时,其腐蚀速率达到最大值;而含砂流体流速与腐蚀速率基本符合正态分布规律。结论对于气液固多相流条件下法兰处的腐蚀,主要是由于电化学腐蚀和冲刷腐蚀相互作用产生的,并且其冲刷腐蚀速率远远大于电化学腐蚀速率。     

基于CFD的渗滤液输运管道结垢特性的数值模拟

为缓解垃圾渗滤液输运对管道的结垢影响,设计了渗滤液浸置管材的结垢实验,以实验数据驱动计算流体动力学建模,模拟了渗滤液在直管和90°弯管中的结垢变化趋势,探究了不同管型中垢物的沉积变化特征,分析了温度、流速、管壁粗糙度、垢物粒径等因素对垢物沉积的影响。结果表明：渗滤液输运管道垢物中无机垢和有机垢的占比分别为75.6%和24.4%,垢物晶体成分主要是CaCO₃,伴有少量NaCl;垢物沉积量与温度呈正相关,与流速、污垢粒径呈负相关,壁面粗糙度对沉积量影响相对较小;直管和90°弯管2种管型内垢物在多个影响因素作用下的平均沉积率分别为1.26%和7.45%,90°弯管内垢物沉积量显著大于直管。该研究结果可为渗滤液输运管路系统设计与优化提供科学依据。     

河湾路基侵蚀机理与防治措施

着重对河湾路基侵蚀机理进行了理论分析与试验研究。通过对弯道环流的形成，发展特性以及凹岸路基边坡泥沙运动规律及对路基侵蚀试验成果进行分析，发现凹岸路基的侵蚀主要是由河湾水流对路基边坡的淘刷以及路基的崩塌而引起，并提出了各种抵抗河湾路基侵蚀的防治措施。     

内循环流化床光催化反应器的数值模拟与结构优化

设计了一种新型三相内循环流化床光催化反应器并采用气、液两相模拟方法对其进行了结构优化.依据模拟结果,明确了挡板的位置、长度、底部曝气面积等因素对反应器流体行为的影响.结果表明,最优反应器升、降流区横截面积比为1:1,挡板距反应器底部的距离为0.175m,挡板顶部与沉降区底部持平,底部曝气面积为升流区面积的1.2倍.将该反应器进行三相数值模拟,模拟结果表明,固相催化剂在反应器内能够很好地流化,反应器内无明显的死区,其固液分界面低于气液分界面,沉降区能够发挥很好的固液分离效果.     

室内密闭与通风空间气溶胶扩散特性

由于气溶胶具有传播病毒的特性,室内密闭与通风空间的气溶胶扩散特性具有重要的研究意义。针对密闭空间、人体模型进行等比例建模、数值仿真计算,获取气溶胶颗粒瞬态传播途径与范围。并采用Realizable k-ε湍流模型、DPM（离散项模型）开展两相瞬态计算。结果表明:打喷嚏、咳嗽等呼出条件下,大直径颗粒降沉,小直径颗粒将随气流传播到2 m外人体头部区域。由于人体体温高于室内环境温度,在体表附近将出现热羽流现象,气溶胶颗粒将随其向上流动,并在顶部随环流向下运动。通过稳态通风方案仿真研究,发现在前侧、左侧、右侧（相对与门）3种通风方案中,左侧与右侧通风均在人体模型下方出现2个回流涡,占据中央区域的涡流将造成颗粒在此停留。前侧通风方案中64.8%的颗粒随气流流出,左侧方案占59.3%次之,而右侧通风的颗粒流出效果较差,占46.9%。因此,3种方案中,前侧通风方案效果最佳。可为有人员在室内时,室内空间通风方式的选取,以及减少室内呼吸气溶胶颗粒物提供参考。     

好氧污泥絮体与厌氧颗粒污泥的剪切稳定性分析

通过标准的剪切实验装置检测了好氧污泥絮体和厌氧颗粒污泥在不同剪切条件下剥离的分散胶体浓度的变化.结果表明,厌氧颗粒污泥的剪切敏感性(KSS)比好氧活性污泥高1个数量级,证明了好氧活性污泥的剪切稳定性更好.好氧活性污泥絮体在剪切下剥离的分散胶体平衡浓度(md,∞)分别随着污泥悬浊液的固体浓度(mT)和剪切强度(G)的增加而增加.AE模型的模拟结果显示,好氧活性污泥絮体样品1在剪切作用下粘附-剥离的平衡常数(Km)比样品2的高,相应的DG0adh/RT值更小,证明其在剪切作用下的粘附过程更易发生.修正AE模型可以更好地模拟不同剪切强度下污泥絮体上分散胶体的剥离过程,其不仅能够给出未施加剪切的稳定状态时因布朗运动而导致的分散胶体浓度,而且能确定与污泥絮体上分散胶体的剥离能量相关的DH/R值.模拟结果表明,好氧活性污泥絮体样品1上分散胶体的剥离需要更多的能量,剪切强度的升高对样品2的影响更加明显.活性污泥剪切稳定性的差异证明了其与污泥结构、性质以及污水处理厂运行效果之间的关系比较复杂.