一种用于悬移质固液两相流数值计算的阻力修正模型制造技术

本发明专利技术涉及用于悬移质固液两相流数值计算的阻力修正模型，可有效解决Wen

【技术实现步骤摘要】
一种用于悬移质固液两相流数值计算的阻力修正模型


[0001]本专利技术涉及固液两相流数值计算领域，特别是一种用于悬移质固液两相流数值计算的阻力修正模型。

技术介绍

[0002]数值模拟是研究固液两相流的重要方法，相间阻力是两相间动量传递的主要因素，直接影响固液两相流计算结果的准确性。为提高计算精度，会选择不同的固液相间阻力模型。 Wen
‑
Yu模型作为一种常用的阻力模型，其阻力系数是在标准阻力系数表达式中添加浓度而得到的，并没有考虑湍流对阻力系数的影响。然而，对于湍动强烈的固液两相流，除了浓度会对阻力系数产生影响，湍流对阻力系数的影响是另一个主要因素，尤其是对小粒径悬移质颗粒，湍流的影响更加强烈。这样就导致将Wen
‑
Yu模型直接用于湍流强度较高的悬移质固液两相流的数值计算时，固液两相流场的计算误差较大。因此，针对湍动强烈的悬移质固液两相流，需要对Wen
‑
Yu模型进行修正，考虑湍流对阻力系数的影响，得到新的阻力修正模型，使采用新阻力模型得到的固液两相流场计算结果更准确是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本专利技术之目的就是提供一种用于悬移质固液两相流数值计算的阻力修正模型，可有效解决Wen
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Yu模型直接用于湍流强度较高的悬移质固液两相流数值计算时，由于没有考虑湍流对阻力系数的影响而导致的固液两相流场计算误差较大的问题。
[0004]本专利技术解决的技术方案是，针对湍动强烈的悬移质固液两相流，考虑湍流对阻力系数的影响，建立新的阻力修正模型，建立过程具体包括以下步骤：
[0005]1)根据现有理论研究和试验分析，运用回归分析方法，分别得到惯性因子和湍动因子各自的表达式形式，分别如下：
[0006][0007]g2(u')＝bI
R
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0008]式中，g1(Re
p
)—惯性因子，表达颗粒雷诺数对阻力系数的影响；g2(u
’
)—湍动因子，表达湍流强度对阻力系数的影响；Re
p
—颗粒雷诺数；I
R
—湍动强度；a—常系数，为待定值；b—常系数，为待定值；
[0009]2)建立湍流修正函数初步表达式f
’
(δ)与惯性因子、湍动因子关系的形式，公式如下：
[0010]f'(δ)＝1+g1(Re
p
)g2(u')
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0011]将步骤1中惯性因子和湍动因子的表达式代入式(3)中得到：
[0012][0013]3)利用试验数据结合最小二乘法确定步骤2中f
’
(δ)的a、b系数值，得到湍流修正函数初步表达式f
’
(δ)与颗粒雷诺数、湍流强度的关系式如下：
[0014][0015]4)对步骤3建立的湍流修正函数初步表达式f
’
(δ)用于颗粒雷诺数Re
p
<100时存在误差较大的问题，需要对f
’
(δ)进一步扩展、补充和修正，从而得到湍流修正函数最终表达式f(δ)如下：
[0016][0017]其中，对于不可压缩均匀各向同性流场，湍流强度I
R
的计算方法为
[0018][0019]式中，k—湍动能，单位J；v
s
—固相速度，单位m/s；v
l
—液相速度，单位m/s。
[0020]5)运用湍流修正函数最终表达式f(δ)对现有的Wen
‑
Yu模型的阻力系数进行修正，最终得到新的MTE
‑
Wen
‑
Yu阻力修正模型，公式如下：
[0021][0022][0023][0024]式中，F
d
—阻力，单位N；C
DT
—新建阻力修正模型的阻力系数；α
l
—液相体积分数；α
s
—固相体积分数；ρ
l
—液相密度，单位kg/m3；v
s
—固相速度，单位m/s；v
l
—液相速度，单位 m/s；d
s
—颗粒粒径，单位m；Re
p
—颗粒雷诺数；C
D
—Wen
‑
Yu模型的阻力系数；
[0025]由于该模型考虑了湍流对阻力系数的影响，并运用湍流修正函数最终表达式对Wen
‑
Yu 模型进行了修正，故将其称为MTE
‑
Wen
‑
Yu模型(Modified Turbulence Effect Wen
‑
Yu Model)。
MTE
‑
Wen
‑
Yu模型计算的准确性，将新模型的计算结果和Wen
‑
Yu模型以及试验值作对比。图2为实施例1得到的9种含沙工况下圆管内线1上两种阻力模型计算得到的固相浓度分布与试验值的对比。
[0038]由图2可知，相比于Wen
‑
Yu模型，MTE
‑
Wen
‑
Yu模型计算得到固相浓度分布与试验值吻合较好，计算误差小。尤其是在靠近壁面的区域内，MTE
‑
Wen
‑
Yu模型的计算精度比Wen
‑
Yu 模型显著提高。由此可知，MTE
‑
Wen
‑
Yu模型用于不同流速和不同固相浓度的固液两相流计算时是合理、可靠的，可以显著提高固相浓度的计算精度。
[0039]本专利技术还对其他含沙工况下的固液两相流进行了计算，得到的固液两相流场计算结果的精度均较高，表明本专利技术方法合理、可靠，这里不再赘述。
[0040]本专利技术针对湍动强烈的悬移质固液两相流，综合考虑惯性项和湍流强度对阻力系数的影响，根据现有湍流与阻力系数的试验研究和理论研究，通过引入惯性因子和湍动因子，建立湍流修正函数与颗粒雷诺数、湍流强度之间的关系式，并对Wen
‑
Yu模型进行修正，得到新的阻力修正模型。将新的阻力模型用于欧拉两相流数值模拟方法中，使采用该方法计算得到的固相浓度分布更准确，是阻力修正模型上的创新，具有良好的经济和社会效益。
[0041]最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本专利技术创造的技术方法，而非对本专利技术创造保护范围的限制，尽管采用了较好的实施例对专利技术进行了详细地说明，本领域的技术人员应该理解，可以对本专利技术创造的技术方案进行修改或者等同替换，而未脱离本专利技术创造技术方案的等效实施例或变更均应在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于悬移质固液两相流数值计算的阻力修正模型，其特征在于，具体包括以下步骤：1)根据现有理论研究和试验分析，运用回归分析方法，分别得到惯性因子和湍动因子各自的表达式形式，分别如下：g2(u')＝bI
R
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(2)式中，g1(Re
p
)—惯性因子，表达颗粒雷诺数对阻力系数的影响；g2(u
’
)—湍动因子，表达湍流强度对阻力系数的影响；Re
p
—颗粒雷诺数；I
R
—湍动强度；a—常系数，为待定值；b—常系数，为待定值；2)建立湍流修正函数初步表达式f
’
(δ)与惯性因子、湍动因子关系的形式，公式如下：f'(δ)＝1+g1(Re
p
)g2(u')
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)将步骤1中惯性因子和湍动因子的表达式代入式(3)中得到：3)利用试验数据结合最小二乘法确定步骤2中f
’
(δ)的a、b系数值，得到湍流修正函数初步表达式f
’
(δ)与颗粒雷诺数、湍流强度的关系式如下：4)对步骤3建立的湍流修正函数初步表达式f
’
(δ)用于颗粒雷诺数Re
p
<100时存在误差较大的问题，需要对f
’
(δ)进一步扩展、补充和修正，从而得到湍流修正函数最终表达式f(δ)如下：其中，对于不可压缩均匀各向同性...

【专利技术属性】
技术研发人员：张自超，李延频，陈德新，张兰金，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：