氣固流動的案例
濃相氣固流動模型：MP-PIC
圖1對不同的濃相氣固流動模型進行了對比，可以看到：DEM模型具有更高的解析度，但耗時最多；TFM計算耗時次之；MP-PIC雖能計算大規(guī)模顆粒系統(tǒng)氣固流動，同時能對固相在顆粒尺度進行描述，但由于使用的子模型最多，因而計算結(jié)果的準確性最差。在選擇模型，一定要根據(jù)自身應(yīng)用的需求正確選擇。
【多相流】fluent中如何選擇多相流模型？（3）
為其他類型的流動選擇模型就不那么簡單了。作為一般準則，有一些參數(shù)可以幫助為這些其他流動確定適當(dāng)?shù)亩嘞嗔髂Ｐ? 顆粒載荷β和斯托克斯數(shù)st(注意，在本討論中“顆?！币辉~是指顆粒、液滴或氣泡)。
1 顆粒載荷的影響
顆粒載荷對相的相互作用有很大的影響。定義顆粒載荷為分散相(d)與載體相(c)的質(zhì)量密度比:
材料密度比為：
氣-固流動大于1000，液-固流動約為1，氣-液流動小于0.001。 通過這些參數(shù)，可以估算出顆粒相各顆粒之間的平均距離，Crowe等人已經(jīng)給出了這個距離的估計。
其中，， 有關(guān)這些參數(shù)的信息對于確定應(yīng)如何處理分散相是重要的。例如，對于顆粒載荷為1的氣固流動，顆粒間距離 約為8;因此，顆粒可以被視為孤立的(即非常低的顆粒載荷)。
根據(jù)顆粒載荷的不同，相間相互作用程度可分為以下三類:
對于非常低的載荷，兩相之間的耦合是單向的(即流體通過阻力和湍流影響顆粒，而顆粒對流體沒有影響)。離散相模型、混合模型和歐拉模型都能正確地處理這類問題。由于歐拉模型是計算量最大的，建議采用離散相或混合模型。
對于中等載荷，耦合是雙向的(即流體通過阻力和湍流影響顆粒相，而顆粒反過來通過平均動量和湍流的降低影響流體)。離散相、混合和歐拉模型都適用于這種情況，但需要考慮其他因素，以決定哪種模型更合適。下面是使用Stokes數(shù)作為指南的信息。
對于高載荷，有雙向耦合加上顆粒壓力和顆粒引起的粘性應(yīng)力(四向耦合)。只有歐拉模型才能正確地處理這類問題。
2 斯托克斯數(shù)的意義
具有中間顆粒載荷的系統(tǒng)，估計Stokes數(shù)的值可以幫助選擇最合適的模型?？梢詫tokes數(shù)定義為粒子響應(yīng)時間與系統(tǒng)響應(yīng)時間的關(guān)系:
其中， ， 是基于所研究系統(tǒng)的特征長度 和特征速度 ， 。
展開 CFD與DEM仿真如何提升石油石化流化床工藝效率？
通過設(shè)定顆粒間相互作用參數(shù)，可模擬團聚形成與發(fā)展過程，進而制定針對性優(yōu)化策略 —— 如調(diào)整操作氣速、添加分散劑等，實現(xiàn)顆粒均勻分散，保障氣固兩相高效接觸，為反應(yīng)效率提升掃清障礙。
四、CFD-DEM 耦合：打破多相流壁壘，實現(xiàn)全維度優(yōu)化
在實際流化床系統(tǒng)中，氣固兩相存在強耦合作用，單獨使用CFD 或 DEM 難以全面反映系統(tǒng)真實狀態(tài)。CFD-DEM 耦合仿真技術(shù)，通過雙向數(shù)據(jù)傳遞實現(xiàn)氣固兩相行為的協(xié)同模擬 ——CFD 計算的流體場數(shù)據(jù)為顆粒運動提供外力輸入，DEM計算的顆粒運動信息反哺流體場方程更新，從而精準復(fù)現(xiàn)氣固兩相相互作用的復(fù)雜過程。
CFD-DEM耦合技術(shù)
在大型氣固循環(huán)流化床設(shè)計中，耦合仿真展現(xiàn)出強大優(yōu)勢。此類設(shè)備包含提升管、下降管、旋風(fēng)分離器等多組件，氣固流動狀態(tài)復(fù)雜。借助 CFD-DEM 耦合技術(shù)，可模擬全回路內(nèi)氣固兩相分布特征、傳熱傳質(zhì)效率及設(shè)備磨損情況。以循環(huán)倍率優(yōu)化為例，通過仿真可明確不同倍率下的能耗、反應(yīng)效率與磨損風(fēng)險，最終確定 “效率 - 能耗 - 壽命” 平衡的最佳參數(shù)。某能源企業(yè)通過耦合仿真優(yōu)化后，循環(huán)流化床的能量利用率提升 8%-10%，設(shè)備年均維護成本降低 15%，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益與工藝性能的雙重提升。
氣力輸送案例
寬篩分顆粒反應(yīng)器模擬仿真
固定床反應(yīng)器模擬仿真
五、自主可控，助力流化床工藝升級
在石油石化流化床仿真實踐中，適配行業(yè)需求的專業(yè)軟件是提升設(shè)計效率的關(guān)鍵。
VirtualFlow 作為一款高性能 CFD 軟件，憑借豐富的湍流模型與多相流模型，能精準模擬流化床內(nèi)復(fù)雜流體行為。
展開 【多相流】概述（1）
在自然和技術(shù)中遇到的大量流動是相的混合物。物質(zhì)的物理相是氣體、液體和固體，但多相流系統(tǒng)中的相的概念應(yīng)用的范圍更廣。多相流，可以將相定義為一類可識別的材料，該材料對流體和浸沒在其中的勢場具有特定的慣性響應(yīng)和相互作用。例如，相同材料的不同尺寸的固體顆?？梢员灰暈椴煌南啵驗槊恳唤M相同尺寸的顆粒在流場中都會有相似的動態(tài)響應(yīng)。
多相流主要可分為四類:氣-液流或液-液流、氣-固流動、液固流動和三相流。
01—
氣-液流和液-液流
以下是氣-液流動或液-液流動:
氣泡流:這是離散的氣體或流體氣泡在連續(xù)流體中的流動。
液滴流:這是離散的液滴在連續(xù)氣體中的流動。
段塞流:大氣泡在連續(xù)流體中的流動。
分層/自由表面流動:這是一種被明確定義的界面分離的不混溶流體的流動。
02—
氣-固流
以下是氣-固兩相流動:
顆粒流:這是連續(xù)氣體中離散粒子的流動。
展開 
多相流模擬仿真在核電領(lǐng)域的應(yīng)用及展望
適用于離散相濃度較低的情況，如稀相氣固流動。在粉塵輸送管道中，粉塵顆粒在氣體中以較低濃度分散流動，此時使用歐拉-拉格朗日模型可以準確地模擬粉塵顆粒的運動軌跡，研究粉塵的擴散、沉降等問題，為管道設(shè)計和粉塵收集處理提供技術(shù)支持。
（三）VirtualFlow多相流模型
積鼎科技自研軟件VirtualFlow所包含的多相流模型。VirtualFlow支持求解界面流問題、混合流問題、顆粒流問題，多相流模型包括：Level-set模型、VOF模型、均相流模型、代數(shù)滑移模型、離散相模型（有密相顆粒求解能力）。
圖 1VirtualFlow中多相流模型類型
三、多相流模型在核電領(lǐng)域的應(yīng)用
（一）核反應(yīng)堆設(shè)計與優(yōu)化
堆芯冷卻與流動：模擬核反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的冷卻劑流動和傳熱過程，分析燃料元件表面的溫度分布、冷卻劑的流動速度和壓力損失等，為堆芯的設(shè)計和優(yōu)化提供依據(jù)，對于事故工況，需要考慮多相流模型的應(yīng)用。
燃料元件性能評估：研究燃料元件在不同運行條件下的熱工性能，如燃料溫度、包殼溫度、冷卻劑溫度和流量等，預(yù)測燃料元件的燒毀率和壽命，為燃料元件的設(shè)計和改進提供指導(dǎo)。
蒸汽發(fā)生器設(shè)計：模擬蒸汽發(fā)生器內(nèi)的汽水兩相流動和傳熱過程，優(yōu)化蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，提高其傳熱效率和運行穩(wěn)定性。例如，通過模擬蒸汽發(fā)生器內(nèi)的汽水分離過程，改進汽水分離裝置的設(shè)計，減少蒸汽中的水滴攜帶，提高蒸汽品質(zhì)。
（二）熱工水力分析
單通道熱工水力分析：對核反應(yīng)堆單通道內(nèi)的冷卻劑流動和傳熱進行模擬，分析通道內(nèi)的溫度分布、壓力降和熱傳遞特性，評估通道的熱工性能和安全性。
多通道熱工水力分析：考慮核反應(yīng)堆內(nèi)多個并行通道之間的相互影響，如流量分配、溫度耦合等，研究多通道熱工水力現(xiàn)象，為核反應(yīng)堆的熱工設(shè)計和運行提供更準確的預(yù)測。
展開 VOF算法的浮體入水過程的數(shù)值模擬 ￥499
采用VOF 法求解氣液界面,結(jié)合k-e湍流模型和動網(wǎng)格技術(shù)模擬物體入水這一簡單氣液固多相流流動。
浮體首先自由下落，流體浮力和粘性阻力在接觸液體后逐漸增大，加速度隨之減小，速度增加變緩，當(dāng)浮力與粘性阻力之和等于重力時，加速度等于零，達到最大下降速度，之后開始減小，直至減小到零，達到最大入水深度；接著物體緩慢上升，粘性阻力改變方向，當(dāng)再次接觸到液面后，浮力減小，速度增加變緩，當(dāng)浮力等于重力與粘性阻力之和時，達到最大上升速度，之后開始減小，直至減小到零，達到最大上升高度。浮體重復(fù)上述運動過程，且由于流體粘性，幅度逐漸衰減。
一篇多相流review獻給大家，JCP編輯向我邀稿！
氣液/液液分散體系：那在這方面的應(yīng)用就很多了。在工業(yè)中，氣液/液液分散體系一般選用最便宜的歐拉歐拉模型，預(yù)測一下氣含率、攪拌功率，算一算傳質(zhì)系數(shù)，產(chǎn)率多少，費多少電？放大一下試試？
氣固體系：氣固那面玩的和氣液/液液不太一樣（比如各種流化床，氣力輸送等），固體顆粒不同于氣泡或者液滴，一般不會破碎。但是交叉，團聚效應(yīng)某些情況下非常明顯。同時，可能還需要加上點傳熱以及化學(xué)反應(yīng)。dusty-gas那面還需要考慮激波問題，也很復(fù)雜。
其他的工業(yè)應(yīng)用也有很多，比如稀薄氣體、噴霧、燃燒燙煙、大氣污染、石油管道輸運、這些文章都見過一些，但是并沒有詳細去研究過。
多相流難搞，我這幾年，一直在和收斂作斗爭。歡迎大家多多交流、補充自己的見解，互相學(xué)習(xí)。
文章來源：CFD界
展開 一文說透生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)！
首先流化床內(nèi)有大量惰性床料，熱容高，對高含水率生物質(zhì)燃料的適應(yīng)性強；其次，流化床內(nèi)氣固混合物的高效傳熱傳質(zhì)使得生物質(zhì)燃料進入爐膛后可以迅速加熱升溫，同時高熱容床料可維持爐膛溫度，保證在燃用低熱值生物質(zhì)燃料時的燃燒穩(wěn)定性，在機組負荷調(diào)整方面也具有一定優(yōu)勢。在國家科技支撐計劃支持下，清華大學(xué)開發(fā)了“高蒸汽參數(shù)生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)”，并采用該技術(shù)成功開發(fā)了目前世界容量最大的125 MW超高壓一次再熱生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐、首臺純?nèi)加衩捉斩挼?30 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐。
由于生物質(zhì)尤其是農(nóng)業(yè)廢棄物堿金屬和氯含量普遍較高，燃燒過程中存在高溫受熱面積灰、結(jié)渣和腐蝕等問題，國內(nèi)外生物質(zhì)鍋爐蒸汽參數(shù)多為中溫中壓，發(fā)電效率不高，生物質(zhì)層燃直燃發(fā)電的經(jīng)濟性制約了其健康發(fā)展。
2. 生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)
生物質(zhì)氣化發(fā)電采用特殊的氣化反應(yīng)器，把生物質(zhì)廢棄物，包括木料、秸稈、稻草、甘蔗渣等轉(zhuǎn)換為可燃氣體，產(chǎn)生的可燃氣體再經(jīng)過除塵除焦等凈化工序后，送到燃氣輪機或內(nèi)燃機進行發(fā)電[3]。目前常用的氣化反應(yīng)器可以劃分為固定床氣化爐、流化床氣化爐和氣流床氣化爐。在固定床氣化爐中，物料床層相對穩(wěn)定，會順序完成干燥、熱解、氧化以及還原等反應(yīng)，最后轉(zhuǎn)化為合成燃氣。根據(jù)氣化劑與合成燃氣流動方向的差異，固定床氣化爐主要有上吸式（逆流式）、下吸式（順流式）、橫吸式氣化爐三種形式。流化床氣化爐由氣化室和布風(fēng)板等組成，氣化劑通過布風(fēng)板均勻給入氣化爐中，按氣固流動特性不同，可以分為鼓泡流化床氣化爐和循環(huán)流化床氣化爐。氣流床中氣化劑（氧氣、水蒸氣等）夾帶生物質(zhì)顆粒，通過噴嘴噴入爐膛。細顆粒燃料分散懸浮于高速氣流中，高溫下細顆粒燃料與氧氣接觸后迅速反應(yīng)，釋放大量熱，固體顆粒瞬間熱解、氣化轉(zhuǎn)化生成合成燃氣及熔渣。對于上吸式固定床氣化爐，合成氣中焦油含量較高。
展開 MP-PIC固相運動的數(shù)值實現(xiàn)
在實際的氣固流動模擬中，絕大多數(shù)的設(shè)備裝置都具有復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。雖然也可以通過臺階網(wǎng)格（Step Grid）來近似邊界，但對計算域仍會引入較大的誤差。
相對來說，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對流場幾何邊界的保真程度相當(dāng)高，能很好地用于流體相的數(shù)值模擬。然而，當(dāng)涉及到氣-固兩相間插值操作時則會對計算過程以及程序開發(fā)帶來了很大的困難，很多在結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上充分發(fā)展，相當(dāng)成熟的高精度方法不能在非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用。此外，在非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上選擇插值方法時，有幾點要求需要確保，如全面覆蓋流場、插值量在空間中連續(xù)變化、具有能恢復(fù)構(gòu)造離散點值的能力、僅與幾何相關(guān)以及強連通性。由于涉及到空間插值，就會伴隨有空間分解，將復(fù)雜的多面體網(wǎng)格單元分解為基礎(chǔ)的四面體能很方便的進行插值計算。雖然也可以在六面體等復(fù)雜的單元內(nèi)插值，但無疑會極大地增加計算難度。本文涉及的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格主要針對多面體網(wǎng)格（Polyhedronmesh）。在接下來的內(nèi)容中將介紹單元分解方法以及相關(guān)的四面體內(nèi)插值算法。
2.1 插值方法
Cell-Vertex Method
Cell-Vertex方法主要基于將每個多面體網(wǎng)格單元分解成多個四面體單元，并在四面體單元內(nèi)進行插值計算。
展開 燃煤電站SCR煙氣脫硝CFD技術(shù)的研究進展
其主要領(lǐng)域包括:流場模擬、組分濃度場模擬、氣固兩相流模擬、化學(xué)反應(yīng)模擬等.指出合理均勻的流場是整個SCR系統(tǒng)經(jīng)濟安全運行的基礎(chǔ);耦合詳細反應(yīng)機理的SCR模型與鍋爐燃燒、SNCR等模型的聯(lián)合模擬是未來研究的重點.
選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術(shù)作為一種高效的NOx控制技術(shù),在燃煤電廠得到廣泛的應(yīng)用。然而,由于燃煤機組負荷、煤質(zhì)多變且現(xiàn)場運行缺乏理論指導(dǎo),SCR煙氣脫硝系統(tǒng)在投運過程中往往出現(xiàn)較多問題。
雖然國內(nèi)外學(xué)者對SCR數(shù)值模擬技術(shù)做了較多研究,但其仍未完全成熟,主要有以下因素:(1)SCR模擬一般是在假設(shè)反應(yīng)器入口速度、組分濃度、溫度等邊界參數(shù)均勻分布的基礎(chǔ)之上進行的;(2)SCR反應(yīng)器內(nèi)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)及氣固兩相流動過程,靠單一的CFD軟件難以實現(xiàn)。本文對國內(nèi)外關(guān)于SCR數(shù)值模擬的文獻進行了梳理和總結(jié),在介紹SCR關(guān)鍵技術(shù)的同時指出其在工程運行中存在的問題,為數(shù)值模擬研究提供借鑒。
1流場的數(shù)值模擬
SCR煙氣脫硝系統(tǒng)如圖1所示。SCR煙氣脫硝反應(yīng)器(以下簡稱SCR反應(yīng)器)通常布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間,受場地及空間位置等因素的制約,SCR反應(yīng)器前往往存在1個或多個變截面煙道。變截面煙道會加劇反應(yīng)器內(nèi)流場的不均勻性,并且增大系統(tǒng)的壓降。
在設(shè)計SCR煙氣脫硝系統(tǒng)時,對反應(yīng)器內(nèi)噴氨格柵截面和首層催化劑入口截面速度的均勻性有嚴格要求,即這2個截面速度相對偏差系數(shù)均應(yīng)控制在15％以內(nèi)。其中．噴氨格柵截面流場的均勻性可通過對變截面炯道及轉(zhuǎn)角煙道導(dǎo)流板的布置予以控制．其均勻與否直接影響格柵的調(diào)控及混氨效果。
展開 OpenFOAM 多相流基礎(chǔ)培訓(xùn)
基于雙流體模型求解氣液兩相流
理論方法介紹，氣液兩相受力分析，IACT輸運方程的實現(xiàn)，壁面沸騰模型（RPI）
雙流體模型中湍流模型的實現(xiàn)
案例介紹：管道沸騰傳熱
注：最終的培訓(xùn)內(nèi)容可能會根據(jù)課程的時間以及學(xué)員的興趣作出調(diào)整。請自備電腦及相關(guān)軟硬件設(shè)備。
授課嘉賓介紹
符凱，2010年獲瑞典皇家工學(xué)院理學(xué)博士學(xué)位。先后在瑞典皇家工學(xué)院物理系核反應(yīng)器技術(shù)部、北京計算科學(xué)研究中心力學(xué)部做博士后研究工作。曾主持開展北歐核工業(yè)界資助項目NORTHNET Roadmap 1以及中國博士后科學(xué)基金面上資助項目。已發(fā)表期刊論文8篇，會議報告5篇。主要研究方向是：兩相流界面處理方法，兩相流相變模型。
邱小平，博士2017年6月畢業(yè)于中國科學(xué)院過程工程研究所，有5年OpenFOAM使用和二次開發(fā)經(jīng)驗，現(xiàn)從事CFD開發(fā)相關(guān)工作。主要研究興趣：氣固兩相流動的數(shù)值模擬方法，包括雙流體模型和離散顆粒方法；湍流模型；空化以及其產(chǎn)生的噪聲的數(shù)值模擬。
吳玉欣，博士。分別于2009年和2014年在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熱科學(xué)和能源工程系獲工學(xué)學(xué)士和博士學(xué)位?，F(xiàn)任教于安徽工業(yè)大學(xué)，主要研究方向為湍流燃燒、高能燃料燃燒及燃燒污染物生成的數(shù)值模擬。在OpenFOAM計算流體軟件開發(fā)領(lǐng)域積累了五年以上的研發(fā)經(jīng)驗，曾首次開發(fā)出基于小火焰模型的OpenFOAM燃燒計算模塊，同時具備多年的CHEMKIN及Cantera等反應(yīng)動力學(xué)計算軟件開發(fā)經(jīng)驗。
課程費用及支付信息
本期課程 3000 元 / 人。前10位報名參加者可享受9折優(yōu)惠。課程費用包括培訓(xùn)費、教材費、午餐及茶歇。住宿及晚餐需自理。
掃碼報名咨詢
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OpenFOAM 多相流基礎(chǔ)培訓(xùn)
基于雙流體模型求解氣液兩相流
理論方法介紹，氣液兩相受力分析，IACT輸運方程的實現(xiàn)，壁面沸騰模型（RPI）
雙流體模型中湍流模型的實現(xiàn)
案例介紹：管道沸騰傳熱
注：最終的培訓(xùn)內(nèi)容可能會根據(jù)課程的時間以及學(xué)員的興趣作出調(diào)整。請自備電腦及相關(guān)軟硬件設(shè)備。
授課嘉賓介紹
符凱，2010年獲瑞典皇家工學(xué)院理學(xué)博士學(xué)位。先后在瑞典皇家工學(xué)院物理系核反應(yīng)器技術(shù)部、北京計算科學(xué)研究中心力學(xué)部做博士后研究工作。曾主持開展北歐核工業(yè)界資助項目NORTHNET Roadmap 1以及中國博士后科學(xué)基金面上資助項目。已發(fā)表期刊論文8篇，會議報告5篇。主要研究方向是：兩相流界面處理方法，兩相流相變模型。
邱小平，博士2017年6月畢業(yè)于中國科學(xué)院過程工程研究所，有5年OpenFOAM使用和二次開發(fā)經(jīng)驗，現(xiàn)從事CFD開發(fā)相關(guān)工作。主要研究興趣：氣固兩相流動的數(shù)值模擬方法，包括雙流體模型和離散顆粒方法；湍流模型；空化以及其產(chǎn)生的噪聲的數(shù)值模擬。
吳玉欣，博士。分別于2009年和2014年在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熱科學(xué)和能源工程系獲工學(xué)學(xué)士和博士學(xué)位?，F(xiàn)任教于安徽工業(yè)大學(xué)，主要研究方向為湍流燃燒、高能燃料燃燒及燃燒污染物生成的數(shù)值模擬。在OpenFOAM計算流體軟件開發(fā)領(lǐng)域積累了五年以上的研發(fā)經(jīng)驗，曾首次開發(fā)出基于小火焰模型的OpenFOAM燃燒計算模塊，同時具備多年的CHEMKIN及Cantera等反應(yīng)動力學(xué)計算軟件開發(fā)經(jīng)驗。
課程費用及支付信息
本期課程 3000 元 / 人。前10位報名參加者可享受9折優(yōu)惠。課程費用包括培訓(xùn)費、教材費、午餐及茶歇。住宿及晚餐需自理。
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展開 [轉(zhuǎn)帖]談?wù)剣鴥?nèi)ＣＦＤ界的牛人們
近十年來主持并完成了十四項國家及部基金研究項目，在昆蟲產(chǎn)生升力的機理與微型飛行器仿生力學(xué)、非定常流與旋渦運動、流動控制、旋翼復(fù)雜流動等方面做出了國際先進水平的成果，在Acta Mechanica、AIAA Journal、Journal of Aircraft、《力學(xué)學(xué)報》、《中國科學(xué)》等國際和國內(nèi)一級刊物上發(fā)表了四十余篇論文（其中SCI收錄近三十篇），并多次在國際學(xué)術(shù)會議上作邀請報告。
樊建人教授，男，生于1957年7月。1984年畢業(yè)于奧地利維也納工業(yè)大學(xué)，獲博士學(xué)位。1992年晉升為浙江大學(xué)教授，1993年任博導(dǎo)，2000年被聘為“長江學(xué)者獎勵計劃”特聘教授。現(xiàn)任浙江省政協(xié)常委，中國工程熱物理學(xué)會理事，國際權(quán)威學(xué)術(shù)雜志《Energy-The International Journal》（SCI收錄的核心期刊）副主編，并任兩個國際學(xué)術(shù)雜志的編委，曾任第一屆和第二屆國家杰出青年科學(xué)基金評審委員會委員，國家自然科學(xué)基金委員會第六屆和第七屆學(xué)科評審組成員和副組長，浙江大學(xué)學(xué)術(shù)委員會委員。曾被國家教委、人事部授予“作出突出貢獻的留學(xué)歸國人員”稱號，曾獲得霍英東教育基金會高等院校青年教師獎（研究類）一等獎和第三屆中國青年科學(xué)家獎（技術(shù)科學(xué)提名獎）、國家杰出青年基金、浙江省青年英才一等獎、浙江省青年科技金獎。并入選國家百千萬人才工程和浙江省跨世紀學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人第一層次專家。
主要從事：工程氣固多相流動、計算燃燒流體力學(xué)等方面的基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用研究。曾主持了20余項國家和省部級科研項目，其中有首屆國家杰出青年科學(xué)基金項目（連續(xù)兩次獲得），首屆國家自然科學(xué)基金會優(yōu)秀中青年人才專項基金，以及6項國家自然科學(xué)基金項目等國家級重要科研課題。 研究成果曾榮獲國家教委科技進步獎（理論獎）一等獎、中國高校自然科學(xué)獎一等獎，廣東省科技進步一等獎、國家科技進步三等獎、國家教委優(yōu)秀學(xué)術(shù)專著獎。
展開 基于Fluent的DPM對文丘里管除塵仿真計算
背景介紹
文丘里洗滌器其工作原理是利用高速氣流將注入的液體撕裂破碎成大量細小液滴，形成一個巨大的氣液接觸界面。安全殼內(nèi)攜帶放射性粉塵的氣體通過文丘里管時，粉塵顆粒與液滴發(fā)生碰撞、慣性攔截和擴散等作用，從而被液滴捕獲并最終從氣流中分離出來。由于其結(jié)構(gòu)簡單、除塵效率高且可靠性好，文丘里洗滌器在核能、化工、冶金等工業(yè)廢氣處理領(lǐng)域具有重要地位。
案例旨在通過CFD數(shù)值模擬方法，深入研究文丘里洗滌器內(nèi)部的復(fù)雜氣液固多相流動和傳質(zhì)過程，精確預(yù)測其除塵效率，為優(yōu)化設(shè)計和安全分析提供理論依據(jù)。
基于ANSYS Fluent軟件，采用計算流體動力學(xué)（CFD）方法對文丘里洗滌器的除塵過程進行了數(shù)值模擬研究。模擬采用了歐拉-拉格朗日框架，將氣相（空氣）處理為連續(xù)介質(zhì)，并利用離散相模型（DPM）追蹤粉塵顆粒（TiO?）的運動。
關(guān)鍵詞：文丘里洗滌器；CFD；離散相模型（DPM）；除塵效率；多相流
2. 計算模型與設(shè)置
2.1 幾何模型與網(wǎng)格
計算模型幾何結(jié)構(gòu)包含收縮段、喉部和擴散段。計算網(wǎng)格采用多面體網(wǎng)格，在fluent meshing中生成，并對喉部高速剪切區(qū)及近壁區(qū)域進行了局部加密，以確保能夠準確捕捉核心流動特征和顆粒軌跡。最終網(wǎng)格總量約為525萬單元，網(wǎng)格質(zhì)量大于0.6，滿足計算精度要求。
圖1 計算模型及網(wǎng)格劃分
2.2 多相流模型
模擬采用歐拉-拉格朗日方法：
? 氣相（連續(xù)相）：采用RNG k-ε湍流模型進行模擬，該模型對于處理文丘里管內(nèi)的高速、強剪切流動具有較高的精度。
? 離散相：包括洗滌液滴和粉塵顆粒，均通過離散相模型（DPM） 進行追蹤。
展開 預(yù)測渦輪機械沖蝕率
針對發(fā)生沖蝕磨損的葉輪機械，借助ANSYS CFD軟件能分析葉輪內(nèi)部氣流速度場、氣流壓力場、葉片溫度場的分布規(guī)律；利用離散相模型能研究葉輪內(nèi)部的氣固兩相流動，分析顆粒直徑對顆粒運行軌跡、運動速度、偏聚濃度及造成葉片沖蝕分布的影響規(guī)律。
以下比較了兩種熱氣膨脹器設(shè)計的侵蝕率。
FCC熱氣膨脹器受到侵蝕的困擾
催化裂化用FCC熱氣體膨脹器是工業(yè)渦輪機械的一個子集，通常會持續(xù)受到嚴重的侵蝕破壞。
催化裂化過程通過使用粉狀催化劑，再加上高溫，將高分子量的石油碳氫化合物轉(zhuǎn)化為更有價值的石油產(chǎn)品，包括汽油。整個過程通常在煉油廠連續(xù)運行長達幾個月。
煙氣是催化裂化過程的副產(chǎn)品，它會通過分離器去除90%的催化劑顆粒，然后再通過催化裂化熱氣膨脹器。
FCC熱氣膨脹器是一種特殊類型的透平機械，它回收殘留在煙氣中的相當(dāng)大一部分的壓力和熱能，并用它來驅(qū)動工藝設(shè)備或發(fā)電。
除了有較高的進口溫度，單級FCC熱氣膨脹器的特點是一個大的壓力比，通常是3比1。FCC熱氣膨脹器的渦輪葉片同時受到大量的氣動和熱應(yīng)力，這加劇了殘余固體催化劑顆粒造成的侵蝕破壞。
強大的分析技巧提供解決方案
計算流體力學(xué)(CFD)在葉輪機械流道優(yōu)化設(shè)計中已應(yīng)用多年。ANSYS CFX軟件包括在流體領(lǐng)域跟蹤固體顆粒的能力，以及預(yù)測固體顆粒的侵蝕在理論模型中的應(yīng)用。
機械設(shè)計人員可以利用這些模型來量化通道壁和葉片的潛在損傷。此外，用戶還可以根據(jù)腐蝕情況判斷設(shè)計變更的效果。
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