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涡流装置固相冲洗特性三维多相流动数值模拟

更新时间:2009-03-28

discrete phase particle trajectory tracking model;double R particle distribution;

numerical simulation

近年来,随着城市数量、规模及人口的迅速扩张,污水的排放量日益增大,生活污水排放量超过了工业污水排放量[1].为了实现污水的快速排放,中国相继建成投产了一批大型污水处理厂和相对密集的城市排污管网[2-3].但是,污水的物理、化学成分极其复杂,且含有大量污物,包括不同大小尺度的泥沙类和悬浮纤维类物质,是一种液固两相流动.

随着计算机和计算流体力学的发展,数值模拟已经成为流体机械研究的主要方法,因此大量的国内外研究人员通过单独地采用数值模拟方法、数值模拟和试验相结合的方法、理论公式计算的方法对流体机械内部流动特性、内部流场分布、结构优化进行研究.

杨凌波等[4]分别采用Euler-Euler和Euler-Lagrange (即Euler-DPM模型)两相流模型对离心式纸浆泵进行了数值模拟,预测泵的磨损,并且得出磨损预测公式.周凌九等[5]采用CFD的方法分析了不同的固体颗粒直径、固相初始体积分数及流量比等参数对射流泵液固两相射流的湍射流场及射流泵基本特性的影响.周大庆等[6]采用VOF气液两相流模型与Relizable k-ε湍流模型相结合的方法,研究了轴流泵机组起动过程中外特性参数和机组流道内流态的瞬变特性.SUN等[7]采用拉格朗日粒子轨迹追踪模型(DPM模型)、重整化群湍流模型(RNG k-ε)、颗粒壁面碰撞模型,对经过一段直管后连接的90°弯管内的气固两相流进行数值模拟,分析了颗粒流的运动及颗粒流沉积.LI等 [8]采用欧拉-欧拉-欧拉三流体方法,对气泡柱内气-液-固三相流动动力学进行了三维时间相关数值模拟研究,建立了气-液-固三相流的数学模型,讨论了数值格式(壁面边界条件、动量离散格式和时间步长)的影响.VAKAMALLA等[9]使用计算流体动力学(CFD)技术研究了一组潜在的水力旋流器设计用于细粒分类.NARASIMHA等[10]、崔宝玲等[11]通过CFD方法,采用 RNG k-ε湍流模型进行数值模拟并结合试验对150 mm 口径的旋进旋涡流量计进行了研究.任国哲等[12]分别采用DPM方法和VOF方法建立了完整的数学模型,并对轴承腔内的两相流动进行了非稳态的数值模拟, 从而获得了不同转速情况下内壁面油膜厚度和滑油体积分数的动态变化过程.综上所述,目前采用数值模拟的方法研究流体机械的内部流动特性和性能的研究已经相当成熟.

为了确定这些参数,必须把颗粒数据拟合成Rosin-Rammler 指数方程形式.采用Matlab软件对表1中的排列数据根据式(1),(2)进行数据拟合,得到平均粒径为125 μm,分布指数n=1.977 444.然后在Fluent中的DPM模型中选择Rosin-Rammler,输入平均直径分布指数n、颗粒密度、颗粒质量流量即可.

⑥在面向公众时要做好针对性的沟通,在城市交通中的用户是不同的,用户有着不同的用户需求,这就说明在城市交通建设时要用不同的沟通方式,通过有针对性的沟通尽量满足不同用户的需求。

1 物理模型

文中研究的涡流控制装置,主要包括前后盖板、蜗壳型腔体、进出口,涡流控制装置其模型示意图如图1所示.

  

图1 研究对象结构示意图

 

Fig.1 Research object structure diagram

模型开口基本高度h为230 mm,蜗壳结构直径D为460 mm,宽度L为150 mm.为了充分研究涡流截流装置的内部流动特性和旋流截流降低淤积的能力,对其进行多相流动数值模拟,分析涡流装置的去污原理.

2 数值模拟

2.1 网格划分

(2)系统本身有用户数据库,需要用户申请或注册后将用户信息导入认证系统数据库,且功能模块较多,有用户信息泄露的安全隐患,后期维护工作量较大。

  

图2 网格划分示意图

 

Fig.2 Schematic diagram of meshing

2.2 计算方法

研究对象物理模型的数值模拟方法,主要采用计算流体动力学软件Fluent软件[13-14]进行数值计算.选用组分湍流模型(RNG k-ε)、欧拉两相流动模型VOF模型进行初始流场模拟,待到气液旋流流场稳定后,加入离散相颗粒轨道追踪模型(DPM).计算过程中,主要考虑离心力、曳力和重力,由于其他附加力如压力梯度力、 虚假质量力升力等与前者相比数量级小,故文中不予考虑[15].数值计算中,颗粒为沙子,密度为2 650 kg/m3,质量流量为6.55 kg/s;液体为水,密度为998.2 kg/m3,进口速度为2 m/s.

ZHOU Lingjiu, YUAN Lingli. Performance of liquid-solid two-phase flow in jet pump by LES[J]. Journal of drainage and irrigation machinery engineering, 2012, 30(5):522-526. (in Chinese)

(1)在偏好表达上 文献[9]研究了得分偏好信息下的双边匹配问题,文献[12]考虑了语言偏好信息下的双边匹配问题,二者均未考虑匹配主体的心理行为因素。本文针对具有得分和语言两种形式偏好信息的双边匹配问题,考虑了匹配主体的心理行为因素,提出一种基于前景理论的双边匹配方法。与文献[9,12]的方法相比,一方面本文将基于单一形式偏好信息的双边匹配模型拓展到多种形式情形,发展和完善了双边匹配理论;另一方面在实际匹配决策中,匹配主体是有限理性的,即匹配主体并非总是追求效用最大化,而表现为参照依赖和损失规避等,本文通过引入前景理论来描述匹配主体的心理行为,更加符合实际匹配情况。

 

表1 颗粒数量和质量的分布Tab.1 Count and mass distribution of particles

  

Se/μmM/%d/μmYd/%0~100.05100.9510~500.10500.5850~1000.351000.50100~1500.301500.20150~2000.152000.05200~2500.102500

由于管道入口的固相颗粒,不同粒径的颗粒质量不同,所以不能采用一般的粒子质量线性分布来描述,使用颗粒直径 Rosin-Rammler 分布来定义颗粒尺寸分布.在这个方法里,所有的颗粒尺寸范围被划分为离散的尺寸值,每个尺寸组由组射流源中的单个颗粒流所代表,对于文中颗粒物分布有:Rosin-Rammler 分布假定在颗粒直径d与大于此直径的颗粒的质量分数Yd之间存在指数关系,则可表示为

 

(1)

 

(2)

截流比例η为出口质量流量与进口质量流量的比值,包含涡流装置与分流管线2个部分作用的截流流量之和.图8为数值模拟计算稳定时,且t为50,100,150 s时的截流比例.从图中可以看出,数值模拟计算稳定后,涡流截流装置的截流比例基本不发生变化,保持在0.38左右,这说明涡流截流装置具有稳定的截流比例,因此其旋流冲洗能量也具有稳定性,可以为自适应清污提供新的可选方案.

2.2 在232携带者配偶人群中,电话随访自诉大部分表现为听力正常(含1例基因型为GJB2基因c.109G>A纯合患者),有2例患者自诉为弱听,基因型分别为GJB2基因c.109G>A纯合、GJB2基因c.235delC复合c.109G>A。在232例携带者配偶检测结果中,以GJB2基因的c.109G>A、c.235delC、和SLC26A4基因IVS7-2A>G突变为主(详见表2)。

因此,文中采用数值模拟的方法,研究自行设计的涡流装置的内部流动特性,分析内部颗粒运动轨迹,揭示旋流截流机理,从而说明其能够对管道进行冲洗,降低管路中固相颗粒的含量,起到自动清理污水杂质堆积的作用.

2.3 边界条件设置

流体进口采用速度进口(velocity-inlet),速度为2 m/s,进口全部为水,介质水的密度为998.2 kg/m3,黏度为1.005 0×10-3 Pa·s;流体出口采用压力出口,直接接大气;空气密度为1.205 kg/m3,黏度为1.81×10-5 Pa·s.气液两相稳定后,设置DPM模型,颗粒为沙子,密度为2 650 kg/m3,质量流量为6.55 kg/s;涡流控制装置入口处采用交界面interface进行定义,数值计算时间步长为0.01 s,计算收敛残差为10-6,速度压力耦合采用 PISO 算法.集水井是连通大气的,集水井中的水满流后会自动溢出,集水井液面可以自由升降.非定常计算的Courant数在20以内变化,满足计算要求.

3 计算结果与分析

3.1 流场中固相速度分布

图3为不同颗粒密度数下,固相颗粒的速度分布,图中vp为流体速度.从图中可以看出,在没有经过涡流装置时,在集水井之前的管路中,颗粒速度分布均匀,速度分布密集度很大.在集水井中,颗粒速度分布极其不均匀,且在某些区域甚至为0.当颗粒进入集水井中,经过涡流装置(红色矩形区域)时,颗粒速度增加,颗粒速度分布出现螺旋线特性(集水井后面管道中的曲线),速度分布密集度降低,这有利于颗粒的快速流动.这些现象说明,涡流装置的存在,使得颗粒从流体获得了更高的速度,同时涡流装置产生的旋转流动,具有旋流冲洗能力,使颗粒以旋流方式离开管路,降低了堵塞排水管路的可能性.

  

图3 流场中固相速度分布

 

Fig.3 Solid-phase velocity distribution in flow field

图中的数值分别指在相同时间下,不同数量的密集程度,显示的是稠密程度.

没有充分的调动社会资源或者调动后没有达到效果,很大一部分原因是因为企业没有严格的实行标准化,没有给对方相对准确的信息,最重要还要相信别人、信赖别人,这就给国内企业如何提出严格标准,给予了很大的挑战。

3.2 流场中固相粒径分布

图4为不同颗粒密度数下,固相颗粒的粒径分布图.从图中可以看出,颗粒粒径的分布与颗粒速度分布基本一致,颗粒速度为0的位置,将不会存在颗粒.这就说明,颗粒粒径的分布由颗粒的速度决定.涡流装置的存在使颗粒粒径主要集中分布在集水井中,且下游管道中颗粒粒径分布明显少于上游管道,颗粒粒径的分布也具有螺旋特性,这说明涡流装置的旋流特性具有很好的旋流冲洗能力,有利于清洗管路中的污染物质.图中的数值分别指在相同时间下,不同数量的密集程度,显示的是稠密程度.图中dp为颗粒粒径.

  

图4 流场中固相粒径分布

 

Fig.4 Solid-phase particle size distribution in flow field

3.3 进出口截面颗粒粒径分布

ZHOU Daqing, LIU Yuefei. Numerical simulation of axial pump unit startup process using VOF model[J]. Journal of drainage and irrigation machinery enginee-ring, 2016,34(4):307-312. (in Chinese)

  

图5 进出口截面颗粒粒径分布

 

Fig.5 Particle size distribution of inlet and outlet cross sections

3.4 流体相速度分布

为了更加清楚地揭示涡流装置的旋流特性和旋流冲洗能力,从流体相的速度对其进行分析.图6为流场内部三维空间在同一平面上投影的流体速度投影分布,采用流体的流线表示速度,图中vf为流体速度.图7为涡流装置内部中心截面上的速度分布.

  

图6 流场内部中心截面上的速度分布

 

Fig.6 Velocity distribution on the center of flow field

  

图7 涡流装置内部中心截面上的速度分布

 

Fig.7 Speed distribution on cross-section of vortex

 

device internal center

从图6可以看出,涡流装置的存在使集水井中产生了大小不同的涡流,涡流装置及其延伸的管道内产生了旋流.涡流的存在降低了流体速度,使流体动能损失;因此,在涡流存在的地方,颗粒无法到达,降低了颗粒含量,这与颗粒速度分布相一致.涡流装置产生的高速旋流则增加了颗粒的动能,使其快速运动,所以会对下游管道起到旋流冲洗的作用.

根据研究对象的实际尺寸,利用三维建模软件SolidWorks对涡流控制装置的内部流道进行三维实体建模.为了保证来流和装置后流动充分发展,使流动更加接近真实值,分别将集水井前后的管道延长为进出口管道直径的5倍和10倍.利用GAMBIT软件对内部流道进行网格划分,网格划分结果如图2所示,图中D1为流体进口直径,D2为流体出口直径.

从图7可以看出,在涡流装置内部整个截面上产生了围绕某一中心的偏心旋流.其中心速度小,向外速度增加,靠近壁面处又开始减小.这说明偏心旋流的存在使颗粒在进入涡流装置后也以旋流的方式被带出,降低了管道中的颗粒含量.

3.5 截流比例

式中:为平均直径;n为分布指数.

  

图8 截流比例

 

Fig.8 Cut-off ratio

4 结 论

通过RNG k-ε湍流模型、气液两相欧拉模型和离散相颗粒轨迹追踪模型,对涡流装置内三维多相流动特性进行了数值模拟,分析了Rosin-Rammler 分布下颗粒在管路中的速度分布、粒径分布、流体相的流场与颗粒运动之间的关系以及涡流装置的截流比例,得到结论如下:

1) 涡流装置的存在,影响了管路中颗粒的运动规律.在集水井前面管道中,颗粒运动分布均匀;在集水井中时,颗粒分布极不均匀,且在某些区域甚至为0;在进入涡流装置后及其管道中,颗粒分布出现螺旋线特性,分布密集度降低,这有利于颗粒的快速流动.

通过上述问题的分析,我们意识到在企业当中战略管理与项目管理耦合的重要性和必要性,因为当企业中战略管理与项目管理深入耦合以后,将会为企业自身提供更加优越的发展条件,对实现企业的可持续发展提供保障基础。但是,在当前社会中竞争压力太过激烈,企业中的相关管理人员一定要帮助和引导企业选择一条正确的发展道路并且将企业的发展目标和发展措施相互结合起来,努力让企业在竞争压力太过激烈的社会中有着主动地位,再通过强调企业战略管理与项目管理耦合需要具有策略性、互动性、共生性以及关联性来为企业的可持续发展提供更加优质的发展条件。

2) 涡流装置的存在使集水井中产生了大小不同的涡流,涡流装置及其延伸的管道内产生了旋涡.降低了流体速度,使得流体动能损失.因此,在涡流存在的地方,颗粒无法到达,降低了颗粒含量,这与颗粒速度分布相一致.涡流装置产生的高速旋流,增加了颗粒的动能,使其快速运动,所以会对下游管道起到旋流冲洗的作用.

3) 涡流装置具有较好的截流特性,稳定后的截流量在35%以上,但是其结构设计需保证出口截面面积大于等于进口截面面积,这主要是为了防止堵塞,因此,可以将其用于合流制管路系统中截流去污.

参考文献(References)

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根据矿用自卸车的运行特点及国家试验标准[12-13]设置本次试验,并按照矿用自卸车在矿区常用的运行速度,试验车速分别选择10,20,30,40 km/h 4种.路面激励向上传递到驾驶室时,座椅悬置系统是最终的减振装置,且座椅面直接与人体接触,此处的振动能量将会直接作用到人体.故本次对驾驶室平顺性研究,主要集中在驾驶室座椅处的测点上(座椅坐垫处),试验条件如表1所示.

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( ) 11.If_____ calls, tell_____ I’ll come back soon.

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毛氏“文缘世降”说意识到了文学与时代之间存在联系,并且注意到文学的发展与时代的变化并不是同步的,“元未亡而已见南曲”,便是这种不同步的表现之一。但将这种联系必然化绝对化,是不可取的。实际上,时代的变化只是影响文学的一个因素,并不是其决定性因素,文学自身的发展规律才是最根本的因素。这种文学发展观多少带有一种厚古薄今的意味,早在《庄子·外物》中就有:“夫尊古而卑今,学者之流也”,厚古薄今由来已久。这并不是对自身的一种妄自菲薄,而是虚心的反思自身的不足,希望自身的文学成就不至于落于古人之后,带有一种文学复古的意味。正是在这种意识的促使下,毛氏提出了另一文学主张“稽古日新”,主张向古人学习。

[ 5 ] 周凌九, 袁玲丽. 射流泵液固两相流特性三维大涡模拟[J]. 排灌机械工程学报, 2012, 30(5):522-526.

先算VOF模型,这是因为文中的涡流装置在初始状态时整个流场充满了空气,这是符合实际条件的.随着液相水的进入,气相空气将会被排出及少量溶解于水中,当液相水进入涡流装置后会产生高速的旋流,与此同时会在涡流装置中心产生偏心低压带,起到旋流截流作用.在偏心低压带处产生螺旋型的空化现象,需要首先进行VOF模型计算.通过前期的试算,如不先进行VOF模型计算,将不会有螺旋型的空化现象,不会产生旋流,而文中研究的涡流装置就是希望利用旋流将固相颗粒带走.颗粒浓度分布如表1所示,表中d为理想粒径;Yd为直径大于d的颗粒质量分数;Se为粒径区间;M为质量分数.

[ 6 ] 周大庆, 刘跃飞. 基于 VOF 模型的轴流泵机组起动过程数值模拟[J]. 排灌机械工程学报, 2016, 34(4):307-312.

图5为不同颗粒密度数下,固相颗粒在管道进口截面和出口截面上的颗粒粒径分布.从图中可以看出,出口截面上的颗粒粒径明显少于进口截面上的颗粒粒径,这说明涡流截流的存在使从下游管道中流出的颗粒数减少,有利于降低污染物在管道中的堆积.图中的数值分别指在相同时间下,不同数量的密集程度,显示的是稠密程度.

基础组给予患者得宝松肌肉注射,剂量1 ml,连续治疗3周[3]。联合组患者给予得宝松与套管针联合治疗;得宝松治疗方法同基础组,套管针治疗方法:患者最痛点,以该点上7㎝左右位置作为进针位置,消毒,沿着水平方向进针,进针毕,不锈钢针芯抽出,皮下留置塑料软套管,并将软套管用胶布固定,留置24小时后,拔出塑料软套管。套管针治疗根据患者病灶范围而定,适量加刺数针[4-5]。

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对预测模型正负样本比例、特征量、算法核心参数进行调优,针对性提高预测结果的正确率及预测精度。整体调优参数如下:

REN Guozhe, LIU Zhenxia, ZHAO Jingyu, et al. Motion of wall oil film with consideration of oil-gas coupled heat and mass transfer in bearing chamber[J]. Aeronautical computing technique, 2016, 46(1):11-15. (in Chinese)

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(2)融通仓模式(存货类)-运营阶段供应链金融。以仓单模式为对象进行分析。供应链中参与的对象主要有金融机构、资金需求方、第三方物流。前两者同样是借贷关系,金融机构负责提供资金完成融资,整体看三者的关系都可以视为合作关系。

[15] SABBAGH R, LIPSEET M G, KOCH C R, et al. An experimental investigation on hydrocyclone underflow pumping[J]. Powder technology, 2016, 305:99-108.

随着粉丝社群的壮大,社群中出现了明显的“阶层化”和社群法则。粉丝社群的阶层,可依据粉丝影响力的大小,分为“大大”和“小透明”两类。粉丝社群中的“大大”一般包括三类:

 
马光飞,吴燕明,方勇,李超,郑寓,章蕾
《排灌机械工程学报》2018年第04期文献

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