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螺旋管气液两相流数值模拟

王志国  
【摘要】: 螺旋管是一种在动力、化工、石油和核工业中都有广泛应用的空间曲线管。受离心力和重力的影响,螺旋管的流场比较复杂。 按照计算流体力学理论,建立了描述螺旋管常温绝热两相流动的两流体模型。支配气液两相流动的基本方程包括分相的连续方程和考虑了曳力、虚拟质量力、升力和湍流分散力等界面力的动量方程,液相湍流模型采用重整化群κ-ε模式,近壁面低雷诺数区采用壁面函数处理。 结合Level Set方法对立式螺旋管内浮力气泡的变形和运动过程进行了数值模拟。计算过程将气泡内部作为计算区域,界面处采用局部平均,避免了计算过程对气泡形状的反复而复杂的修正,同时获得了更加精确的界面形状。 采用自由网格和几何多重网格求解器对卧式螺旋管两相流流场进行了稳态模拟。模拟表明,卧式螺旋管内的两相流截面含气率的分布随螺旋周角的增大呈三角函数规律分布,当体积流量增大时,由于湍流分散力的作用,螺旋管内局部含气率的分布趋于均匀。


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