《氣液兩相管流鈍體繞流CFD數值模擬與機理研究》是依託天津大學，由孫宏軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：氣液兩相管流鈍體繞流CFD數值模擬與機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫宏軍
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氣液兩相流流場中的鈍體繞流的研究工作開展較晚，成果還不足以支撐相關領域的套用，本申請針對氣液兩相管流的鈍體繞流開展研究，以壓電感測器獲得漩渦壓力場的頻譜信息為視點，研究氣液渦街的穩定性條件，構建三維氣液漩渦的計算流體動力學模型，充分利用完備的實驗裝置，通過實驗和流體動力學模擬計算相互印證的方法，對氣液管流鈍體繞流的計算流體動力學方法進行探索，進而分析漩渦脫落機理，為在其它條件下的氣液兩相流鈍體繞流流體動力學模擬計算和分析提供可借鑑的方法。研究的結果將為工質傳熱過程的研究、工業設備機械結構防振設計，氣液兩相流測量提供更深入的借鑑依據。
結題摘要
氣液兩相流流場中的鈍體繞流的研究工作是工質傳熱過程、工業設備機械結構防振設計、氣液兩相流測量中的重要借鑑對象，本項目針對氣液兩相管流的鈍體繞流開展研究，通過實驗和流體動力學模擬計算相互印證的方法，對氣液管流鈍體繞流的計算流體動力學方法進行探索，分析漩渦脫落機理。研究通過本學科的三相流實驗裝置上開展對稱流場的垂直上升管流和不對稱流場水平管流的大量實驗（針對垂直上升管流的鈍體繞流實驗，完成了液為連續相和氣為連續相的兩大類實驗，其中液為連續相完成了不同水流量下(6-10m3/h)不同體積含氣率(0-24%)實流實驗，氣為連續相完成了不同氣流量下（71-178 m3/h）不同體積含水率（0-2%）實流實驗。針對水平管流，完成了不同水流量(2-10m3/h)不同體積含氣率（0-30%）實流實驗。）採集經過安裝位置最佳化的壓電感測器獲得漩渦壓力場的時域信息，離線運用時域、頻域和時頻分析的手段辨識流場中的特徵信息，確定了鈍體繞流在不同流型下的漩渦發生穩定條件（對稱垂直上升管流液為連續相條件下渦街發生的穩定條件是氣相體積含率小於15%，氣為連續相條件下是液相體積含率小於0.6%；水平管液為連續相條件下渦街發生的穩定條件是氣相體積含率小於15%），同時也能借用該類信號實現流型的辨識。為了更深入的分析漩渦穩定條件的機理和流型的影響的狀況，補充由於電信號採集受限的影響，我們採用計算流體動力學的數值模擬方法針對實驗條件下的管流情況進行仿真計算，比對純水、純氣和空管兩相流仿真與實流實驗的誤差，分析模型的可信度。在此基礎上，選擇合適的仿真條件對氣液兩相流進行CFD仿真，結合流型特徵摸索出適用於不同流態下的CFD模型（垂直上升管液為連續相LES湍流模型+VOF兩相流模型，氣為連續相 湍流模型+ VOF兩相流模型，水平管流 湍流模型+ VOF兩相流模型），分析了漩渦耗散機理，及體積含氣率變化對漩渦脫落以及脈動升力的影響，數值模擬與實流實驗的脈動頻率誤差小於7%。分析證明氣液兩相流的漩渦耗散機理一方面與單相流類似，另外，由於兩相流體運動的隨機性比單相流強，某一相流量不變時，另一相體積含率的增加會使流體受擾動的程度加大，從而嚴重影響了漩渦穩定性。比對實驗結果，數值仿真的結果範圍寬，也印證了感測器的識別範圍受限的結論。本項目建立了初步的氣液兩相流鈍體繞流的基礎模型，形成了相關領域初步的理論體系。
