垂直上升管内气液两相搅拌流数值模拟

发布时间：2023-11-30 18:28

　　搅拌流是垂直上升管内随气体速度增大出现在段塞流与环状流之间的一种复杂流型。又被称为乳沫状流、准环状流,不同学者的研究以及不同的名称也说明了这种流型特征的复杂性。搅拌流液相不规则的上下振荡运动会引起压力或者其他物理参数的脉动,其不稳定性所引发的突变可能会使动力系统、生产运行系统中管道或其他部件达到极限状态而产生破坏,大量参考资料显示,对气液搅拌流的研究具有重要的实际意义和理论价值。本文建立三维几何模型,基于欧拉与VOF结合的多相流模型,采用RNG k-ε湍流模型,通过Fluent软件对垂直上升管内气液两相搅拌流进行了数值模拟。模拟观察到特定监测面处面平均含气率、面平均压力曲线均以快速上升快速下降的形式出现周期性波动,并且两者的变化具有对应关系,其根本原因为管内液体结构的周期性通过。数值计算结果表明面平均含气率随表观气速的增大而增大、随表观液速的增大而减小;面平均压力随表观气速的增大而减小、随表观液速的增大而增大。通过云图还观察、分析了监测面处搅拌流特征流型出现过程中气液两相在结构上的变化、液体结构的循环过程。此外,观察到搅拌流PDF概率密度曲线单峰、宽尾的特点。最后,通过速度矢量图分析流...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究意义及工程背景
    1.2 国内外研究现状及评述
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 技术路线
第二章 垂直上升管内气液两相流型及搅拌流转化机理
    2.1 垂直上升管内两相流型
        2.1.1 气液两相流流型分类
        2.1.2 油水两相流流型分类
        2.1.3 流型识别方法
    2.2 两相流主要流动参数
        2.2.1 两相流的速度场参数
        2.2.2 两相流的相份额参数
    2.3 常见段塞流-搅拌流转化机理模型简述
    2.4 流型的影响因素
        2.4.1 管道直径的影响
        2.4.2 管道角度的影响
        2.4.3 介质粘度的影响
    2.5 本章小结
第三章 垂直上升管内气液两相搅拌流的数值模拟方法
    3.1 CFD基本理论与方法
        3.1.1 控制方程
        3.1.2 湍流模型
    3.2 CFD软件介绍
    3.3 多相流模型
    3.4 计算域与方程的离散
        3.4.1 离散化概述
        3.4.2 通用控制方程的离散
    3.5 模型建立及网格划分
        3.5.1 几何模型建立
        3.5.2 网格划分
        3.5.3 网格独立性验证
    3.6 本章小结
第四章 垂直上升管内气液两相搅拌流数值模拟
    4.1 Fluent求解器的设置
        4.1.1 求解器及运行环境的选取
        4.1.2 计算模型的选取
        4.1.3 求解器控制参数的设置
    4.2 Fluent模型的验证
    4.3 截面平均含气率曲线分析
    4.4 本章小结
第五章 垂直上升管内气液两相搅拌流数值模拟分析
    5.1 截面平均含气率曲线综合对比与分析
    5.2 搅拌流特征流型出现过程及液体结构的循环
        5.2.1 三维结构相图
        5.2.2 监测面处气液两相的相图变化
        5.2.3 液体结构的循环
    5.3 Fluent模拟与实验数据、含气率计算模型的对比
    5.4 PDF概率密度函数
    5.5 流场分析
    5.6 监测面压力分析
        5.6.1 监测面平均压力变化曲线
        5.6.2 监测面平均压力变化曲线综合对比
        5.6.3 监测面压力变化云图分析
    5.7 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间参加科研情况及获得的学术成果



本文编号：3868998