固液两相流中微对流强化的机理分析与数值模拟

2018年第37卷第3期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·913·化 工 进展固液两相声共振混合数值模拟张毅铭1，马宁2，王小鹏1，陈天宁1（1西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室，陕西 西安 710049；2西安近代化学研究所氟氮化工资源高效开发与利用国家重点实验室，陕西 西安 710065）摘要：声共振混合作为一种解决力/热敏感超细材料均匀分散混合问题的新方法，其技术特点是混合容器工作在共振状态下使用不超过200Hz 的振动产生低频声场促进混合。

本文采用气固液三相流模型对一种固体、一种液体在声共振混合容器中的混合过程进行建模。

固体颗粒与液体之间相互作用系数采用Gidaspow 公式。

采用固体颗粒体积分数标准偏差作为标准对混合均匀性进行了评价。

计算结果表明，在100g 振动加速度下容器中出现了体流现象，并初步计算了不同高宽比、不同激振参数条件下的混合特性，对计算结果进行了分析。

最后利用自搭建的声共振混合样机，分别在低固含量、高固含量条件下进行实验，记录混合过程中固体颗粒的运动轨迹。

实验结果初步验证了仿真模拟的正确性以及声共振样机的混合能力。

关键词：声共振混合；振动；多相流；混合；数值模拟中图分类号：TQ56 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）03–0913–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1292Simulation of resonant acoustic mixing of liquid-solid-phaseZHANG Yiming 1，MA Ning 2，WANG Xiaopeng 1，CHEN Tianning 1（1State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures ，Xi’an Jiaotong University ，Xi’an 710049，Shaanxi ，China ；2State Key Laboratory of Fluorine & Nitrogen Chemicals ，Xi’an Modern Chemistry Research Institute ，Xi’an 710065，Shaanxi ，China ）Abstract ：Resonance acoustic mixing is a new method to solve the problem of uniform dispersion of theforce/heat sensitive ultra-fine materials. The technical feature of this technology is that the mixing vessel is working in a resonant state and uses a vibration at a frequency less 200Hz to produce a low frequency sound field to promote mixing. In this paper ，a solid-liquid three-phase flow model was used to model the mixing process of a solid liquid in an acoustic resonant mixing vessel. The interaction coefficient between solid particles and liquid is Gidaspow's formula. The mixing uniformity was evaluated by using the standard deviation of the volume fraction of solid particles. The results showed that the bulk flow phenomenon occurred in the vessel with 100g vibration acceleration ，and the mixing characteristics under different aspect ratios and different excitation parameters were calculated. The calculation results were analyzed. Finally ，the experiments were carried out under low and high solid volume fractions ，and the tracks of solid particles in the mixing process were recorded. The experimental results verify the correctness of the simulation and the mixing ability of the resonant acoustic mixing prototype.Key words ：resonant acoustic mixing ；vibration ；multiphase flow ；mixing ；numerical simulation声共振混合方法作为一种新型的混合技术，其技术特点是混合容器工作在共振状态下，使用不超过200Hz 的振动使被混物料内部由于低频声效应 而产生体流[1]。

气固两相流动物理特性研究与数值模拟气固两相流动是指含有气体和固体粒子的流体在流动过程中发生的物理现象。

这种流体非常常见，在不同的地方都有着广泛的应用。

例如，化工过程中的颗粒流动，环境保护中的空气污染物传输，和粉体工业中的输送等等。

研究气固两相流动的物理特性可以帮助我们更好地理解这种流动现象，同时也可以为数值模拟提供更多的依据和支持。

在气固两相流动中，气体和固体粒子之间发生的作用是决定其物理特性的关键。

这种作用包括有效的碰撞和摩擦作用，使得固体粒子的热传导、传质、冲击与压损都得到了增强。

同时，固体粒子对气体的流动也产生了重要的影响，例如粘度、湍流、壁面涡等现象。

研究气固两相流动最常用的方法是数值模拟。

数值模拟通过建立数学模型和计算流体力学，可以预测气固两相流动中的各种物理特性，例如浓度分布、粒径分布、速度和温度等。

数值模拟可以提供一种快速、便捷、精确的方法，以研究气固两相流动中涉及的热力学特性和设计装置。

在研究气固两相流动中，最关键的问题是粒子间互相的作用。

这种作用是研究气固两相流动的难点之一。

实验数据采集方面，现有的实验仪器只能获得某些参数的平均值，而无法获得每个粒子的参数。

因此，大规模模拟方法被广泛应用，以便得到大规模模拟方法涉及到复杂的算法和数据结构，例如欧拉方法、拉格朗日方法和欧拉-拉格朗日耦合方法等等。

这些方法都有其各自的优点和缺点，应根据具体情况选择最合适的方法以获得最佳的研究效果。

另外，粒子间作用的力学特性是气固两相流动的另一个关键问题，这也是数值模拟的核心内容之一。

气固两相流动中，流体作用力主要是在固体颗粒表面产生的，而固体颗粒内部所受的作用力通常被忽略。

因此，理论计算中必须对粒子表面的作用力进行详细的描述，同时也需要对不同颗粒的表面特性进行准确控制。

在实现数值模拟之前，必须对气固两相流动中涉及的物理特性进行适当的参数设定，例如气固两相流动中的粗糙度系数、气流的湍流强度、粒子的摩擦系数等等。

液固两相流动力学特性的数值模拟与实验验证液固两相流动是一种复杂的物理现象，涉及到流体力学、传热学、传质学等多个学科的知识。

在工程领域中，对液固两相流动的研究具有重要的意义，例如在石油开采、化工过程中的气液流动、泡沫流动等方面。

本文将探讨液固两相流动力学特性的数值模拟与实验验证的相关研究。

一、数值模拟方法数值模拟是研究液固两相流动力学特性的常用方法之一。

在数值模拟中，通过建立数学模型，利用计算机进行数值计算，模拟液固两相流动的行为。

其中，最常用的方法是基于Navier-Stokes方程的求解。

通过将流体的连续性方程、动量方程和能量方程离散化，可以得到液固两相流动的数值解。

数值模拟方法的优势在于可以对复杂的流动过程进行模拟，得到详细的流动特性。

例如，在石油开采过程中，可以通过数值模拟来研究井底气液两相流动的规律，优化井筒结构，提高采油效率。

此外，在化工过程中，数值模拟也可以用来研究泡沫流动的特性，优化反应器的设计，提高反应效率。

二、实验验证方法实验验证是研究液固两相流动力学特性的另一种重要方法。

通过设计实验装置，观察和测量流动过程中的各种参数，可以得到实际的流动特性。

例如，在石油开采中，可以通过在实验室中模拟井底气液两相流动的条件，测量流速、压力等参数，验证数值模拟的结果。

此外，在化工过程中，也可以通过实验来研究泡沫流动的特性，观察泡沫的形态、稳定性等参数。

实验验证方法的优势在于可以直接观察和测量流动过程中的现象，得到真实可靠的数据。

通过与数值模拟结果进行对比，可以验证数值模拟的准确性，并进一步改进模型和算法。

此外，实验验证还可以提供更多的细节信息，帮助研究人员深入理解液固两相流动的机理。

三、数值模拟与实验验证的结合数值模拟和实验验证是相辅相成的两种方法，在研究液固两相流动力学特性时，二者的结合可以提高研究的准确性和可靠性。

首先，通过数值模拟可以预测流动的趋势和规律，为实验设计提供依据。

其次，通过实验验证可以验证数值模拟的结果，提供真实可靠的数据。

管道中液固两相流动数值模拟研究摘要：本次的课题研究主要是了解管道流动的概念及应用，熟悉管道固液两相流的一般计算，分析固体颗粒在环空油管中的沉降。

采用商业软件对气体输送系统进行模拟。

本课题利用Gambit建立几何模型，将模型导入Fluent进行模拟计算，Tecplot软件进行后处理，计算结果用可视化图形表示出来，进而加以分析和总结。

本文对颗粒的沉降末速度进行了分析，分别建立了有、无接箍时的颗粒沉降模型，认为流体在油管中的流动是层流状态。

模拟结果表明，固相的速度分布曲线与液相速度分布曲线相似，只是固相速度曲线相对液相速度分布曲线向下平移了一定数值；颗粒主要分布于环空油管的中部，且分布较均匀；在忽略接箍的影响下，颗粒排出量要大于受接箍影响下的颗粒排出量，原因是接箍附近产生了涡流，颗粒沉降较多。

关键词：固液两相流；数值模拟；Fluent软件中图分类号：TB126Pipe flow characteristics of entranceAbstract：Keywords：solid- liquid two -phase flow；Numerical simulation; Fluent software Classification: TB126目录摘要： (I)Abstract (II)目录.............................................................................................................................. I II 1 引言. (1)1.1 研究背景 (1)1.2 国内 (1)1.3 课题基本内容和拟解决的主要问题 (2)1.4 欧拉-拉氏模型 (3)1.5 研究方法 (3)1.6 研究意义 (4)2理论方法 (4)2.1控制方程 (4)2.1.1质量守恒方程 (4)2.1.2 动量守恒方程 (4)2.1.3层流的控制方程 (5)2.2采用方法 (5)2.2.1 GAMBIT软件介绍 (5)2.2.2 GAMBIT操作步骤 (7)2.2.3 FLUENT软件介绍 (7)2.2.4 FLUENT操作步骤 (8)3 实验原理 (10)3.1工作原理........................................................................... 错误!未定义书签。

固液两相流沉降模型与数值模拟研究的开题报告
一、研究背景
固液两相流是一种重要的流体形态，在各个领域均有广泛应用，如化工、能源、环保等。

其中，固液两相流沉降过程是固液分离、浓缩的重要方式之一。

目前，现有
模型在描述固液两相流沉降过程中存在不足，需要更加精确的模型来对固液两相流沉
降进行描述和预测。

二、研究内容
本研究旨在建立一种可靠的固液两相流沉降模型，并进行数值模拟，探究固液两相流沉降规律。

1. 固液两相流沉降模型的建立
建立固液两相流沉降模型，考虑到液相在固相表面的留滞、颗粒沉降速度等多个因素的影响。

基于相对论的粒子运动理论、Navier-Stokes方程、Kynch沉降理论等，
建立固液两相流沉降模型。

2. 数值模拟
使用Fluent软件进行数值模拟，验证建立的固液两相流沉降模型的可靠性，并分析固液两相流沉降规律。

通过改变不同的流体参数和物质参数，以获得不同的土壤颗
粒在不同条件下的沉降特性。

在模拟过程中，考虑到颗粒与颗粒之间的物理相互作用、流体中的湍流效应等。

三、研究意义
通过本研究建立可靠的固液两相流沉降模型，可以预测固液两相流沉降的速度和颗粒大小的变化，为污水处理、土壤重金属污染治理、湖泊沉积物监测等领域提供理
论指导。

同时，本研究的数值模拟结果可以为实验成果提供准确的验证和补充。

液—固水力旋流器两相流动数值模拟研究进展液—固水力旋流器广泛应用于各个行业，如石油化工、选矿、造纸、医药卫生、环境保护和食品等。

近年来，随着各工业领域的不断发展，对液固分离技术与装备提出了新的挑战和更高的要求同时，为了适应当今不断高涨的降低能耗的要求，目前迫切需要开发出高分离速度、高脱水度、高分离精度的高性能液—固分离技术然而，由于实验条件的限制，单纯通过实验来研究旋流器的性能不仅周期长而且费用高，如果辅助以理论分析计算和流场模拟等方法来研究旋流器内部流体流动规律，以及结构尺寸变化对分离性能和压力特性的影响等，则可缩短研究周期和实验费用，具有重要的理论研究和工程应用价值。

液—固水力旋流器结构及工作原理图1所示为典型的液—固旋流器，主要由进料口、溢流口、底流口和器壁组成。

其工作原理为，当液体高速旋转受离心力作用时，轻相向轴心迁移，从溢流口排出，重相向壁面运动，由底流口排出，从而实现轻相( 液) 和重相( 固) 分离的目的。

图1 典型液—固旋流器两相流场数值模拟研究进展液—固水力旋流器中液固分离的问题在数值模拟中定义为液体和固体不相容的两相流问题。

由于液固两相之间的相互作用和每一相的运动，传热传质和反应等的影响，颗粒相的模拟基本分为两类：一类是Euler方法，该方法除将流体作为连续介质外，把颗粒群也作为拟连续介质或拟流体，设其在空间有连续的速度和温度分布及等价的输运性质( 粘性扩散导热等) ；另一类是Lagrange方法，该方法把流体作为连续介质，而将颗粒群看作离散体系，并以此来探讨颗粒动力学颗粒轨道等基于这两种方法，研究者采用了不同的模型对旋流器内的两相分离过程进行了模拟研究。

K T Hsien和R K Rajamani( 1991)根据颗粒的受力平衡，用代数逼近法求出固体颗粒的滑移速度和轨迹，P He，M Salcudean和I S Gartshore(1997 )分别用二维和三维模型计算了旋流器的分离效率。

数值模拟和fluent方法固液流态全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：数值模拟是一种利用计算机进行数值计算的方法，通过对流体、结构或其他物理现象进行数值模拟，可以帮助研究人员更好地理解和预测实际系统的行为。

在许多工程领域中，数值模拟已经成为必不可少的工具，可以用来优化设计方案、缩短研发周期和节约成本。

而在固液流态方面，数值模拟与fluent方法的结合更是为研究人员提供了一种强大的工具，帮助他们深入探索固液两相流的特性和规律。

固液两相流是指在流体中存在着固体颗粒的情况，例如在搅拌槽、沉降池、旋流器等设备中常见的情况。

固液两相流在许多工业过程中都扮演着重要的角色，比如在矿石选矿、环保处理、液-固分离等方面都有广泛的应用。

由于固液两相流中存在着多种影响因素和复杂的流动机理，传统的实验方法和理论分析在很多情况下难以满足工程需求，因此数值模拟成为了研究固液两相流的重要手段。

在固液两相流的数值模拟中，fluent方法是目前常用的一种方法。

fluent是一种商业化的CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）软件，它能够有效地模拟多种流体现象，包括固液两相流。

fluent方法通过将流动区域离散化成无限小的小体积，然后利用数学方法对连续流场进行求解，从而得到流场中各点的速度、压力、温度等物理量。

在固液两相流的数值模拟中，fluent方法可以有效地模拟颗粒在流场中的运动轨迹、浓度分布、碰撞与聚集等过程，为工程研究提供了重要的参考数据。

在固液两相流的数值模拟中，其中一个关键的问题是固液颗粒与流体之间的相互作用。

在固液两相流中，颗粒颗粒之间的相互作用和颗粒与流体之间的相互作用是非常复杂的。

固体颗粒在流场中会受到流体的阻力、浮力、颗粒之间的碰撞力等相互作用，这些相互作用决定了颗粒在流场中的运动轨迹和浓度分布。

通过数值模拟和fluent方法，研究人员可以模拟出颗粒在流场中的运动过程，得到颗粒的轨迹、速度、浓度等关键参数，从而更好地理解和优化固液两相流的工程过程。

搅拌槽内固液两相流的数值模拟及功率计算“搅拌槽内固液两相流的数值模拟及功率计算”是指对搅拌槽内固液两相流进行数值模拟，并使用建立的数学模型来计算该两相流系统所消耗的功率。

搅拌槽内固液两相流是指在一定的范围内，搅拌槽内同时具有液体和固体两种形态的物料。

搅拌槽内的液体物料流动的速度可以改变，而固体物料则不会流动，只能受到液体的拖拽而进行悬浮运动。

这种情况下，搅拌槽内的水流会被悬浮物扰乱，使得一般情况下搅拌槽内的流动形式非常复杂。

因此，要对搅拌槽内固液两相流进行数值模拟，首先要建立一个准确的数学模型，这一模型必须描述搅拌槽内的液体流动、固体悬浮运动以及固液间的相互作用。

具体来说，可以使用 Navier-Stokes 方程来描述液体的流动，而使用 Kynch 方程或者修正的 Kynch 方程来描述固体悬浮的动力学。

在建立好数学模型之后，就可以开始进行数值模拟。

可以利用计算机进行数值模拟，采用控制方程来求解建立的数学模型，以计算搅拌槽内的流动状态。

在进行数值模拟之前，需要根据实际情况进行一些网格划分，以便将复杂的流动过程分解成一系列相互独立的子问题，最终得到搅拌槽内流动的数值解。

最后，可以利用建立的数学模型来计算搅拌槽内的功率消耗。

功率消耗可以分为两部分：涡流功率和摩擦功率，前者是指液体流动对管道壁的拉力，而后者则是指液体流动与固体悬浮物之间的摩擦力。

可以利用建立的数学模型，计算出涡流功率和摩擦功率，最终得出搅拌槽内固液两相流的总功率消耗情况。

总之，“搅拌槽内固液两相流的数值模拟及功率计算”是指对搅拌槽内固液两相流进行数值模拟，并使用建立的数学模型来计算该两相流系统所消耗的功率。

这一过程中需要建立准确的数学模型，将复杂的流动过程分解成一系列相互独立的子问题，最终计算出搅拌槽内涡流功率和摩擦功率，以得出总功率消耗情况。

射流式采沙系统中液固两相流的数值模拟张悦;宋锦春;野琦勉;李庆根【摘要】疏浚设备泥沙吸取过程属于稠密固液,为了研究两相流动中液固两相的流动特性,对一种射流式泥沙采集器内的两相流流动进行了数值模拟.基于欧拉双流体模型,研究了不同射流速度,不同的吸引流流量对采集器出口的泥沙浓度的影响.结果表明采用欧拉双流体模型的仿真结果可以较好的吻合实验数据,当射流速度增大时,出口处的泥沙浓度也随之增大,当射流速度一定时,出口处的泥沙浓度一开始随着吸引流流量增大而增大,之后随其增大而降低.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P20-23)【关键词】疏浚;射流式泥沙采集器;液固两相流;欧拉双流体模型【作者】张悦;宋锦春;野琦勉;李庆根【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;清津矿山金属大学,清津朝鲜999091【正文语种】中文【中图分类】TH16射流式泥沙采集器是通过高压水流冲击水底泥沙，使其悬浮形成流化域，再通过吸引管将流化区域的泥沙吸走的一种疏浚设备，与常见的疏浚设备相比，由于没有机械挖掘部分，其开采深度不受限制，尺寸更加小巧，经济性更好[1]。

近年来，随着国内疏浚与港口建设需求的持续增加，对于疏浚设备的效率，环保与经济性的关注越来越高，目前国内对于疏浚挖泥船的研究多集中于绞吸式与耙吸式挖泥船，并且采用计算机仿真尤其是对吸头处沙水两相运动机理的研究较为少见[2]。

使用fluent软件对一种射流式泥沙采集器的泥沙吸取过程进行了仿真，与实验结果进行对比，验证了模型的有效性并研究了射流速度与吸引流速度对采集器效率的影响。

研究的疏浚设备是日本某大学某教授设计的射流式泥沙采集器，如图1所示。

这种采集器将喷射管置于吸引管中心，使得流化域控制在吸引单元的尺寸范围内，可以有效的提高采集器的效率并减少二次污染[3-4]。

9_固液两相流动分析固液两相流动是指固体颗粒悬浮在流体中并随流体运动的现象。

这种流动现象在工业生产过程中普遍存在，例如颗粒床干燥、固液混合搅拌等。

准确地分析和掌握固液两相流动的基本特征对于改进工业生产过程的效率和品质具有重要意义。

本文将从物理特性、固液两相流动模型和数值模拟三个方面进行详细分析和探讨。

固液两相流动的物理特性是理解和研究该现象的基础。

流体的物理特性主要包括粘度、密度和表面张力，而固体颗粒的物理特性主要包括粒径、形状和硬度。

这些特性决定了固液两相流动的行为和性质。

例如，在粘度较大的流体中，颗粒强烈地与流体互动，形成较稠密的颗粒床；而在粘度较小的流体中，则可能形成颗粒的分散悬浮态。

颗粒的粒径和形状会影响颗粒与流体的相互作用，从而影响流动行为。

硬度则决定颗粒在流体中的磨损和碎裂情况。

固液两相流动的模型是描述和预测流动特性的理论工具。

最常用的两种模型是连续相模型和离散相模型。

连续相模型将固液两相看作连续介质，通过求解连续介质的连续性方程、动量方程和能量方程来描述流动。

此模型适用于颗粒浓度较低和流体粘度较大的情况。

离散相模型则将流体和颗粒看作离散的个体，通过追踪个体之间和个体与容器之间的相互作用来描述流动。

此模型适用于颗粒浓度较高和流体粘度较小的情况。

这两种模型常常结合使用，以更好地反映实际情况。

数值模拟是对固液两相流动进行分析和预测的主要方法之一、数值模拟采用数值方法求解连续性方程、动量方程和能量方程，以获得流动过程中的流速、颗粒分布、浓度和温度等信息。

常用的数值模拟方法包括有限体积法、有限元法和粒子法等。

这些方法在不同的场景下有不同的优势和适用性。

例如，有限体积法适用于颗粒浓度较低且流体流速较慢的情况，而粒子法适用于颗粒浓度较高且流体流速较快的情况。

数值模拟可以提供细致的流动特性分布，辅助工程设计和优化。

总之，固液两相流动是工业生产中常见的流动现象，对其进行准确的分析与研究具有重要意义。

固液混合过程的数值模拟及实验研究许叶龙;刘迎圆;惠虎;於晔鸿【摘要】基于计算流体动力学(CFD)方法,对搅拌槽中的固液混合过程进行数值模拟,研究不同转速下固液相的分布规律,并得到固体颗粒完全离底悬浮的临界转速.结果表明,对于平直叶涡轮式搅拌器,当安装高度为100 mm时,随着涡轮式搅拌器转速的逐渐增大,槽底的中心沉积区逐渐减小,固体颗粒在300 r/min的转速下达到完全离底悬浮;对于斜叶涡轮式搅拌器,固体颗粒在250 r/min的转速下达到完全离底悬浮.通过与实验结果比较,可以认为CFD方法能够较好地还原搅拌过程.此外,通过改变搅拌器叶片的角度以及搅拌器的安装位置,明确了斜叶涡轮式搅拌器更适合固液混合体系,并且在安装高度为直径的0.5～0.8倍时,能够在较低的临界转速下,使固体颗粒达到完全离底悬浮,明显降低搅拌功耗,具有良好的经济效益.【期刊名称】《华东理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(045)004【总页数】6页(P675-680)【关键词】固液混合;临界转速;安装位置;搅拌实验【作者】许叶龙;刘迎圆;惠虎;於晔鸿【作者单位】华东理工大学机械与动力工程学院,上海 200237;上海师范大学信息与机电工程学院,上海 200234;华东理工大学机械与动力工程学院,上海 200237;华东理工大学机械与动力工程学院,上海 200237【正文语种】中文【中图分类】TQ027.3搅拌操作是应用最广的过程单元操作之一，它在化工、医药、食品、采矿、造纸、涂料、冶金、废水处理等行业中，用来实现物料的混合、传热、传质及制备悬浮液等[1]。

固液悬浮操作是借助搅拌器的作用，将颗粒分散到液体中，形成固液混合物，增强固液相间的传质传热[2]。

在工业操作中，防止固态颗粒沉积，使其在液相中达到悬浮状态，是搅拌操作的一个重要目的。

迄今为止，关于固液悬浮的研究已取得了一定的经验成果。

纪凤翰等[3]依据几何相似原则，建立了3级带搅拌的冷模设备，研究了固体颗粒在液体中的流动与分散情况、搅拌转速、挡板的设置以及叶轮在釜中的插入深度对固体分散的影响。

固液两相流的研究现状及进展摘要：本文主要写了固液两相流泵在国内的研究现状以及分别从内特性、外特性两方面对国内固液两相流泵的研究进展进行分析。

文中还给出了对固液两相流动中的最佳流动模式进行了探讨及固液两相流泵常用研究方法的分析。

关键词：固液两相流泵数学模型流动模式牛顿流体1．固液两相流泵在国内的研究背景我国对液固两相流泵的研究则始于20世纪70年代末80年代初,直到80年代中期以后按两相流理论设计的泵才逐步得到应用。

经过几十年的努力,我国两相流泵技术也得到了长足的发展, 国内许多学者应用两相流理论对固液泵进行了水力设计和试验研究, 积累了许多很有价值的经验和数据, 为我国对液固两相流泵的研究开辟了广阔的道路。

2.国内固液两相流泵的研究现状固液两相流泵的基本概念通常分为两类①杂质泵，包括泥浆泵、砂泵、挖泥泵等，主要用于冶金、矿山开采、电力、煤炭、水泥等行业抽送尾矿、精矿、灰渣、煤泥、水泥等，也可用于江、河、湖、海的挖泥和疏浚。

离心式泵约占杂质泵总量的70% 左右，这类泵主要应考虑磨损问题。

市场调查发现: 上海主流泵生产企业生产的离心式的固液两相流泵主要是渣浆泵。

②无堵塞泵，包括旋流泵、单流道泵、多流道泵、螺旋离心泵和开式或半开式离心泵等，主要用于抽送污水、纸浆、纤维等，这类泵主要考虑的是堵塞问题。

由于固液两相流动的复杂性和特殊性，所以固液两相流泵在性能、噪声、寿命等方面存在着较大的缺陷。

为了克服上述缺点，国内外学者先后通过理论分析，实验研究和数值模拟等方法深入研究固液两相流泵的流动机理，优化泵的设计来提高其效率和寿命，降低噪音。

3.固液两相流泵的研究理论3.1外特性研究20 世纪30 ～ 60 年代，国外学者研究固液相的性质与外特性关系得出的主要结论是: ①泵的扬程随着浓度的增加而下降; ②泵的功率随着浓度的增大而增大; ③泵的效率随着浓度的增加而下降;④泵的最高效率点向着小流量区偏移。

固液混合物的性质( 浓度、比重、粒径) 对离心泵性能方面的影响。

液固两相流原理在磨料水射流喷嘴的数值模拟聂百胜 孟筠青 姬宗锋（1、资源与安全工程学院，中国科技大学和中国矿业大学（北京），北京100083，中国；2、煤炭资源国家重点实验室和安全矿业，中国科技大学和中国矿业大学，北京100083，中国）摘要：在等温条件下，根据多相流动的拉格朗日离散相模型，提供了基于多相位运动的磨料水射流喷嘴的数学模型，然后确定不能压缩流体在前磨料水射流锥筒形喷嘴处的边界条件并应用FLUENT 进行软件模拟。

重复测试表明：轴向速度及连续相的脉动压力在喷嘴分别呈轴对称，并且在轴线有一个极值点;在两处磨料加速，在前面的收缩段，速度迅速增加，而在后面直段，速度增加缓慢。

圆柱体的长度为100毫米，喷嘴的直径为8毫米，倾斜角为 15。

建立的模型的速率在10毫米处有极值点。

模拟测试是优化喷嘴结构，提高效益和发展的基础。

关键词：水射流切割；磨料；喷嘴；数值模拟中图分类号：TD313文献标识码：A 文章编号:1004-0579（2009）02-0157.05 磨料水射流切割技术与安全工程是相关的。

磨料水射流切割是 “冷切割”，切割过程中不会产生热量，较为安全，所以它特别适合于在易燃易爆环境工作。

在矿井中，切割岩石，螺栓等金属材料有许多要求。

喷嘴是磨料水射流的重要组成部分，可将水的静压势能转化为水的动能。

磨料的冲击速度是影响磨料水射流的动能冲击切割能力的一个重要因素。

因此，如何提高磨料颗粒的速度对提高切割能力具有非常重要的意义。

随着计算机技术和计算数学的发展，计算流体软件的开发，使得分析高速复合液成为可能。

磨料水射流喷嘴处的流场是一种典型液固两相紊流模型。

在这篇论文中，将通过数值模拟方法对喷嘴的液固两相流场进行模拟，可以清楚地解释喷嘴的几何形状对磨料速度影响的规律。

在矿业发展上，该成果可为优化磨料水射流切割设备提供依据。

1、磨料水射流喷嘴流场的数学模型磨料水射流喷嘴的流场是液固两相流模型的一种。

气液两相流的数值模拟与优化设计一、引言气液两相流是工程中常见的多相流现象，其在化工、石油、能源等领域具有重要作用。

为了减少试验研究的成本和时间，在计算机科学技术的支持下，数值模拟逐渐成为了研究气液两相流的有效手段。

本文将介绍气液两相流的数值模拟方法，并探讨其在优化设计中的应用。

二、气液两相流的数值模拟方法气液两相流的数值模拟方法可以分为欧拉方法和拉格朗日方法。

1.欧拉方法：在欧拉方法中，将气体和液体视为一个连续的介质，通过求解守恒方程来计算气液两相流的运动状态。

欧拉方法紧耦合，可用于复杂的多相流体系模拟，但其对流体的宏观特性的表示较弱，并不能很好地描述流场的微观特性。

2.拉格朗日方法：在拉格朗日方法中，将每个颗粒视为一个独立的物体，通过求解运动方程来计算气液两相流的运动状态。

拉格朗日方法强调流场的微观特性，并适用于研究颗粒的运动学问题，但其较难处理复杂的多相流体系模拟。

三、气液两相流数值模拟的优化设计应用气液两相流数值模拟可用于优化设计，包括以下方面：1.应用数值模拟分析气液两相流过程的物理规律，预测气液两相流在不同工况下的流动特性，从而优化流场设计，提高效率和性能。

2.通过数值模拟研究气液两相流变化规律，提高设备运行可靠性和安全性。

3.应用数值模拟分析气液两相流过程的化学反应，探讨反应机理，优化反应器设计，提高反应效率和稳定性。

四、气液两相流数值模拟在化工行业优化设计中的实例通过气液两相流数值模拟，可以优化化工行业中的化学反应器设计。

一例是优化稀有金属催化反应器中液固气三相流的分布，提高反应效率和稳定性。

在该例中，利用拉格朗日方法模拟反应器内单一球形粒子的运动规律，建立了数学模型。

通过模拟分析，发现粒子的径向分布在反应器底部峰值，而体积分布在靠近反应器顶部。

优化设计中，采用多孔涂层技术，将液体布散到球形粒子表面，将气体分布到多孔涂层内部，从而提高了反应器内的质量传递效率和反应效率，实现了优化设计。

叶片圆盘泵固液两相流动规律数值模拟周昌静;陈国明;徐长航【摘要】为研究叶片圆盘泵内流动规律,将叶片圆盘泵叶轮分为无叶区和叶片区,采用多重参考坐标系法模拟叶轮在泵体内的转动.采用Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,利用Fluent软件对叶片圆盘泵内固液两相湍流进行数值模拟.在水力性能试验验证的基础上,得到叶轮无叶区和叶片区内压力和速度变化规律,以及固相体积分数分布规律.结果表明:旋流是叶轮无叶区内主要流动方式,无叶区内较大部分是低压区,存在叶片区高能流体流向无叶区的轴向流动;固相颗粒大部分集中于无叶区,叶片区颗粒浓度最高是在叶轮出口叶片工作面靠近无叶区处.分析认为大部分固体颗粒直接从无叶区排出而不经过叶轮叶片区是叶片圆盘泵具有良好固相通流能力而又对叶轮磨损较小的原因.【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(034)005【总页数】6页(P147-151,158)【关键词】计算流体力学;叶片圆盘泵;无叶区;叶片区;固液两相湍流;流动规律;数值模拟【作者】周昌静;陈国明;徐长航【作者单位】中国石油大学海洋油气装备与安全技术研究中心,山东,东营,257061;中国石油大学机电工程学院,山东,东营,257061;中国石油大学海洋油气装备与安全技术研究中心,山东,东营,257061;中国石油大学机电工程学院,山东,东营,257061;中国石油大学海洋油气装备与安全技术研究中心,山东,东营,257061;中国石油大学机电工程学院,山东,东营,257061【正文语种】中文【中图分类】TE952叶片圆盘泵是一种叶轮结构特殊的离心泵，叶轮轮盘间存在无叶区，性能曲线平坦，通流性能好，叶轮受磨损程度小。

自1988年Max I.Gurth申请第一台叶片圆盘泵专利以来，圆盘泵扬程和效率得到极大提高，成为圆盘泵第二代产品［1］。

叶片圆盘泵用于处理那些含有固体颗粒和黏性凝块状悬浮物的介质和气蚀严重、脉动冲击较大的流体场合时表现出良好的性能［2-3］。