脉动气流流场数值模拟及分离特性研究
中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会 2010年8月 7th Annual Conference of Chinese Society of Particuology cum Symposium on Particle Technology across Taiwan Straits
作者简介 赵跃民，男，1961年生。中国矿业大学教授、博士生导师。现任中国矿业大学副校长，国家煤炭工业矿物加工工程重点实验室主任，中国矿业大学矿物加工工程学科带头人。获得国家自然科学基金创新研究群体、国家高技术研究发展计划“863计划”、国家自然科学基金等20余项国家级、省部级项目。获得美国及中国专利32项，出版著作9部，发表论文200余篇，被SCI收录29篇，EI收录100篇。获国家科技进步二等奖，国家技术发明三等奖、国家教学成果二等奖奖项20余项。
脉动气流流场数值模拟及分离特性研究 赵跃民，何亚群，贺靖峰，段晨龙，王海锋 （1. 中国矿业大学 化工学院，江苏 徐州 221116；2.煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室，江苏 徐州 221008) 摘 要：脉动气流分选是针对传统气流分选精度低，难以实现按密度分离而研发的新工艺。采用Ansys软件对自制阻尼式脉动气流分选机的分选流场进行了数值模拟，结果表明，阻尼式脉动气流分选装置通过局部区域的阻尼效应，使气流在该区域产生加速和减速特性，有利于实现颗粒按密度为主导的分离；建立了主动式脉动气流流场中颗粒分离的动力学方程并进行了模型参数修正，得到了与实际分选过程相符的模型；采用Fluent软件对主动脉动气流在不同时刻的流场进行了数值模拟研究，并针对混有脉石的蛭石矿物在主动脉动气流分选装置中的分离情况进行了仿真和实验验证，结果表明，主动脉动气流分选可以实现该物料按密度高效分离。 关键词：脉动气流分选；数值模拟；分离特性；综合分选效率
1. 前 言 气流分选所用分选介质为空气，所以气流分选设备及工艺具有建设及运行成本低、流程简单、二次污染小、节约能源与水资源、产品和介质无需后续处理等优点，对不宜用水处理的物料，以及严寒地区物料的分选也有其优势。但由于传统气流分选工艺存在分选范围窄、分选精度低等缺点，因此并未得到广泛应用。 对于传统的立式气力分选装置，分选物料组份的沉降末速是决定分选效率的主要因素[1]。颗粒的沉降末
速又主要取决于颗粒在气流中运动时的空气动力学特性，而颗粒的粒度、形状和密度依次影响颗粒的空气动力学特性[2]。由于以空气为介质的矿物分选是属于
稀相条件的分选，而颗粒在空气中的等降比远远小于在水中的等降比，大约为其1/2~1/5[3-4]。因此，为了
提高物料在稀相条件下的分选效率，对于传统气流分选装置在分选之前需要将物料进行窄分级，或经破碎使粒度均匀后，方可使其按密度差异进行分选。因而传统气流分选装置难以实现物料宽粒级、多组份按密度为主导的分离[5]。
针对传统气流分选精度低，一般物料很难实现按密度为主导分离的问题，提出了脉动气流分选的新思路与新方法。中国矿业大学二次资源利用研究所自2001年开始从事脉动气流分选的研究工作，自制了阻尼式脉动气流分选机、主动脉动式气流分选机，并对其分
选过程的动力学机理进行了深入研究，为了更加直接地描述和分析脉动气流的分选过程，深入微观颗粒尺度对脉动气流实现按密度高效分离的机理进行分析探讨，采用Ansys、Matlab、及Fluent等数值模拟软件对阻尼式脉动气流流场、主动式脉动气流分选动力学模型及粒群分离过程进行了数值模拟研究。
2. 阻尼式脉动气流流场的数值模拟研
究 阻尼式脉动气流分选装置中，分选柱中安装的阻尼块对分选效率具有很大的影响。主要的分选区域是阻尼块上方和下方的圆管区域，在该区域内存在气流的加速、减速过程，正是加速、减速区的存在使物料实现更好的有效分选。在安装多个阻尼块时，就会产生随着管子高度变化的脉动气流。 阻尼式脉动气流流场形态随阻尼块的形状及安装位置不同而各异，以下以正向放置的三角形阻尼块为例，研究流场形态。由图1可以看出，对入口气流速度为10 m/s的分选机，阻尼块对气流的流场分布影响非常大，阻尼块及其上方中部的气流速度高达20m/s，是气流在进口时速度的两倍，且速度增加过渡区域很小，此现象说明气流在此处产生了很强的加速效应。阻尼块上方两侧出现了两个对称的旋涡。通过颗粒高速动态分析系统拍摄的图像结果分析也证实此处有涡流场
第 394 页中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会 的存在[6]。旋涡的出现使物料更加分散，有利于重产物和轻产物的充分分离，中间的高速气流则把轻物料迅速带出，使分选时间缩短。阻尼块上方随着高度的增加流场逐渐趋于稳定。
图1 阻尼式脉动气流分选机“B”速度矢量分布 因此，阻尼式脉动气流分选装置通过局部区域的阻尼效应，使气流产生在该区域产生加速或减速特性。这种气流的加速特性不仅可使颗粒在上升和下降过程中改变其上升或下降的次序，而且有利于实现颗粒按密度为主导的分离。阻尼式脉动气流分选装置的流场模拟分析结果表明，阻尼区域呈现很强的气流加速或减速特性，为脉动气流分选有利于实现颗粒按密度为主导的分离提供了理论依据。模拟实验还发现在阻尼块周围存在涡流现象，该现象有助于物料的分散。
3. 主动式脉动气流分选动力学模型 由于颗粒通过阻尼区域时才产生间断的加速效应，而对整个分选装置而言，颗粒无法获得连续不断的加速作用，对一般物料实际分选效果并不理想[7]。因此，
本文提出一种不同于阻尼式脉动气流分选的主动脉动气流分选技术，它是通过一个脉动气流产生装置，在分选区域产生连续的脉动气流，使颗粒在每一脉动周期上都获得新的加速运动。这种方法比阻尼式脉动气流分选有更好的分选效果已得到验证，但由于主动脉动气流在加速过程中产生紊流，流体形态较为复杂，颗粒在脉动流场中运动的动力学方程，以及按密度分离的机理需深入探讨和进一步研究。 通过对单个颗粒在主动脉动气流流场中的受力分析，建立了在不同雷诺数下，单颗粒在脉动气流流场中运动的动力学方程。对比实验室研究结果，对压差阻力系数进行修正，使数值模拟结果与实验结果相符合，球形颗粒在主动脉动气流中运动的动力学方程修正为[8]：
242
53()13.610621014()2()121.510PAPAPAPAPPPdvvvv
g
dtddvvtdvv
ρρρ
ρρρ
−
−
⎧⎫⎡⎤
⎪⎪⎢⎥
−∂××⎪⎪
⎢⎥=×−+⋅+++⋅
⎨⎬
−∂−⎢⎥
⎪⎪+
+
⎢⎥⎪⎪×⎣⎦⎩⎭
(1)
式中：vP是颗粒运动速度；vA为气流速度；d为颗粒
直径；ρP及ρ分别为颗粒与空气的密度。
图2是主动脉动气流流场颗粒运动修正后的动力学模型模拟结果。图中颗粒1、2、3分别模拟塑料、玻璃及金属铜，粒度分别为3.50，6.00，0.94mm，密度分别为2.40，1.40，8.90g/cm3。从图中可以看出，在最
大脉动气流速度9m/s，脉动周期为857ms时，3种模拟颗粒运动速度有相应的差异，脉动速度的幅度也有所不同，密度低的颗粒幅度较大，该模拟结果与实验室实际分选结果吻合程度很高，符合实际情况。
01234567-6-5-4-3-2-1012
颗粒运动速度,m/s
时间t/s,脉动周期857毫秒,最大气流速度9m/s
颗粒2
颗粒1
颗粒3
图2 修正后模型的主动脉动气流分选模拟 4. 基于两相流体动力学与计算流体力
第 395 页赵跃民等：脉动气流流场数值模拟及分离特性研究 学的主动脉动气流分选模拟 4.1 主动脉动气流流场数值模拟研究 为了进一步研究主动脉动气流流场的分选机理，采用计算流体力学模拟软件Fluent对主动脉动气流流场的分布情况进行数值模拟研究，获得脉动气流在稳定波动状态下一个周期内不同时刻的流场波形，为选择最佳脉动气流分选流场提供理论依据。针对实验室主动脉动气流分选装置进行模拟，选取脉动气流最大速度为10.0m/s，脉动周期为0.428s。 图4显示的是气流在一个完整的脉动周期内不同时刻的波形变化规律，不同的时刻对应各自的刻度标尺。选取的时刻分别为T =0.0214s, 0.214s, 0.2996s, 0.324s, 0.3638s, 0.3852s, 0.4066s和0.428s。
T =0.0214s T =0.214s T = 0.2996s T =0.324s T =0.3638s T =0.3852s T = 0.4066s T =0.428s 图3 脉动气流分选流场不同时刻的波形变化规律 从图3可以看出，在前半个周期即从T=0s到T=0.214s时间段内，脉动气流速度从0m/s逐渐增加到10m/s；相应地在后半个周期即从T=0.214s到T=0.428s时间段内，脉动气流速度从10m/s开始逐渐降低。由于气流的突然减小，整个分选流场，尤其是在分选区域段出现了较大湍动。实验证明，这种强烈的湍流作用对等沉颗粒的分选是有利的。从图4还可以看出，当T=0.428s时，脉动气流速度并没有完全减小为零，这是由于气流在高速脉动条件下持续增大与减小，以致在每个脉动周期结束的瞬时又开始受到下一个周期脉冲气流的作用。经过T=0.428*N（s）（N=0,1,2…）后，被分选颗粒实现高效完全地按密度分离。 4.2 主动脉动气流粒群分离的数值模拟研究
选取蛭石与脉石的混合物料作为研究对象进行数值模拟，检验脉动气流对多组分非均质物料按密度分离的效果。采用基于CFD的数值模拟研究过程如下： 4.2.1 物理模型 为了简化运算，选取内径为100mm，总长度为1800mm的脉动气流分选柱体作为研究对象，模拟分选颗粒在该柱体内的分离过程，为进一步的实验研究提供理论依据。 基于气固多相流复杂的运动特征，结合研究对象特点进行合理的简化假设，所模拟对象的流场及颗粒的运动具有以下特点：模拟研究的分选柱体为圆柱轴对称模型，所以选取过中轴线的任一截面作为模拟对象，因此模型简化为二维平面；流场为稳定的恒温流场，气相介质为空气，密度为1.225Kg/m3，黏性系数为常
数1.7894×10-5；分选时间T=0s时，固体颗粒悬浮于
分选柱的中部，且初始径向、轴向速度为零，两种固体颗粒的体积分数分别为20%与30%，密度分别为3200与2400kg/m3；假设颗粒相与流体相共存，相互
渗透，各相都具有不同的流体速度与体积分数，但同一半径面上的颗粒具有相同的速度，各颗粒相在空间具有连续的速度及体积分数分布；分选过程中，脉动气流对固体颗粒悬浮体产生周期性的加速、减速作用，反之颗粒相的运动会影响流体的变化状态，且两种不同性质颗粒相之间存在碰撞、分离等相互作用。 4.2.2 数学模型 脉动气流分选柱体包括进口、出口、柱体3个部分，因此建立以分选柱体进口中心点为坐标原点的二维直角坐标系，研究分选装置内气固多相流流动特性及分离规律。基于多相分离流动及考虑相间的相互作用，选用Fluent中的Eulerian模型作为数值模拟的基本模型。 选取合适的湍流模型是数值模拟的关键，常用的湍流模型有Spalart-Allmaras模型，标准和RNG k-ε相关模型，标准和SST k-ω模型及雷诺应力模型[9]。选择
重力环境下液体大幅晃动运动脉动球模型及实验研究
重力环境下液体大幅晃动运动脉动球模型及实验研究
液体大幅晃动运动的脉动球模型是一种有效的模型，可以用来模拟在重力场中液体的流动运动特性。
它是由一个由脉动球链接的气枕组成的液体模型，可以考虑气体的表面张力和重力场对液体运动的影响。
由于该模型可以有效模拟重力环境下液体运动的特性，因此它受到了科学家们的广泛关注。
有关液体大幅晃动运动的脉动球模型实验已经进行了多年，其发现了许多宝贵的信息和结论。
研究发现，在重力环境下，液体具有几何结构和振动模式等方面的大幅晃动，而且这种振动可以用脉动球模型中的模式来捕捉。
此外，研究还表明，重力的程度会影响液体的大幅晃动，而且流速也会影响大幅晃动的强度和持续时间。
综上所述，液体大幅晃动运动的脉动球模型是一种有效的模型，可以用来研究在重力场中液体的流动运动特性。
通过多年的实验研究，已经发现了许多宝贵的信息，如液体大幅晃动的几何结构、振动模式和影响因素等。
未来，还将进一步探索液体在重力环境下的流动特性，进一步提高液体运动的模型。
高速列车隧道会车流场的CFD分离涡数值模拟
高速列车隧道会车流场的CFD分离涡数值模拟张德文; 卢耀辉; 李望; 毕伟【期刊名称】《《装备环境工程》》【年(卷),期】2019(016)011【总页数】9页(P前插1-前插2,1-7)【关键词】隧道会车; 压力波; 分离涡模拟; 频谱分析; 傅里叶变换【作者】张德文; 卢耀辉; 李望; 毕伟【作者单位】西南交通大学机械工程学院成都 610031; 西南交通大学先进驱动节能技术教育部工程研究中心成都 610031; 西南交通大学唐山研究院河北唐山063000【正文语种】中文【中图分类】U271.91高速列车隧道会车会引起三维、非定常的湍流流动，产生的气动压力波对高速列车行车安全及乘坐舒适性影响显著[1-3]。
我国的武广、郑西等高铁线上隧道占比接近线路总长的20%[4]，列车在隧道内会车频繁，作用于车体的气动载荷可能会对高速列车铝合金焊接车体产生不利影响，故使用数值模拟研究列车会车流场的变化规律可以为高速列车强度、振动及气密设计提供参考。
目前，列车空气动力学中的湍流模拟方法、流场压力波消减问题及流、固耦合动力学是研究的热点。
梅元贵[5-6]采用流体流动理论结合广义黎曼变量特征线法，对高速列车隧道内会车的压力波进行了研究，通过与国内外试验数据对比，发现设置喇叭型洞口可以缓减压力波。
田红旗等[7-8]利用实车试验和数值模拟相结合，研究气动载荷压力波的影响因素，并对车体外形进行优化设计。
刘堂红[9]使用滑动网格技术计算了列车通过隧道和两列车在隧道中交会的瞬时压力，分析了气动载荷作用下车身的动态响应。
结果表明，在两列车隧道交会时，气动载荷使得底架和侧墙的横向和垂向位移显著增加。
赵晶[3]基于k-ε 两方程紊流模型模拟了高速列车的等速交会过程，得到了列车所受气动侧向力、侧翻力矩及偏转力矩的变化情况，结果表明：隧道内列车交会过程使列车受到较大的力及力矩，气动力与力矩的大小是车速的函数。
李田[10]建立了基于列车空气动力学和系统动力学的研究方法，实现了流、固耦合的联合仿真。
气固同轴射流流场特性PIV实验与CFD模拟
气固同轴射流流场特性PIV实验与CFD模拟巴忠仁;李俊国;冯荣涛;赵建涛;房倚天【摘要】以粒子图像流场测量(PIV)与计算流体力学(CFD)数值模拟相结合的方法,对气相和气固两相同轴射流流场特性进行了研究,探究了射流速度比、喷嘴直径、射流空间直径和射流出口直径对回流量和回流区域的影响规律.结果表明:射流区和壁面之间存在沿轴向延伸至整个射流长度的回流区域,中等Stokes数颗粒会随回流气体改变运动轨迹,聚集在低涡量高应变的回流涡点;射流速度比、喷嘴直径和射流空间直径对回流量影响显著,实验工况下的最大回流量是射流量的10.29倍;当射流充分发展后,射流出口直径对回流量没有影响.通过气固两相同轴射流流场特性的研究,为进一步阐明气固耦合的颗粒弥散机理提供了理论指导.【期刊名称】《化学反应工程与工艺》【年(卷),期】2018(034)004【总页数】10页(P307-316)【关键词】粒子图像测速;气固同轴射流;回流量;回流区域【作者】巴忠仁;李俊国;冯荣涛;赵建涛;房倚天【作者单位】中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001;中国科学院大学北京100039;中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001;中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001;中国科学院大学北京100039;中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001;中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001【正文语种】中文【中图分类】TQ051.1气固两相同轴射流是指气体和固体颗粒分别从同心圆形的孔口或喷嘴射入同一种或另一种流体的流动。
由于其在物料混合和热质传递等方面的优势[1]，在各种工业生产和能源转化等领域得到广泛应用[2,3]。
预测并控制射流流场结构对相关工业设备的设计、操作与优化具有重要的意义。
Rehab等[4]最早采用激光诱导荧光（LIF）技术对单相同轴射流近场流场结构进行了可视化研究，发现当外通道与内通道射流速度比大于1时，外部射流控制着近场的流动结构；初始混合区和过渡区内存在内射流核心区、外射流核心区、内混合区和外混合区；速度比是影响同轴射流流场结构的重要参数。
基于STAR-CCM+的旋风分离器数值模拟方法的研究
基于STAR-CCM+的旋风分离器数值模拟方法的研究满林香【摘要】文章研究了基于STAR-CCM+的旋风分离器数值模拟方法.结果表明:软件的网格处理方式比较灵活,使用软件内部的三维建模和自动网格生成功能可以大幅度提高模拟计算的效率.模拟计算旋风分离器的湍流模型适合采用雷诺应力模型(RSM),模拟计算旋风分离器的液滴轨迹可以采用离散颗粒模型(DPM).使用软件内部的标准模块功能和自定义函数功能可以比较方便实现压力分布、速度分量图、上下行气流分割面、液滴轨迹跟踪等内部流场处理.【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2019(021)006【总页数】3页(P59-61)【关键词】旋风分离器;数值模拟;STAR-CCM+;上下行气流分割面【作者】满林香【作者单位】北海职业学院,广西北海 536000【正文语种】中文【中图分类】TQ051.81 引言旋风分离器[1]是一种利用离心力把固体颗粒或液滴从气体中分离出来的无运动部件机械设备，具有结构简单、压降小、分离效率高等特点。
大量学者[2-6]对旋风分离进行了数值模拟研究，这些研究基本是利用商用流体力学计算软件FLUENT进行数值模拟计的，而采用商用流体力学计算软件STAR-CCM＋对旋风分离器进行数值模拟的研究还比较少，因此本文对采用STAR-CCM＋模拟计算旋风分离器的方法进行了研究。
2 网格生成方法和网格无关性验证2.1 网格生成方法生成STAR-CCM＋模拟计算所需网格的方法比较多，基本方法可以分为以下四类：一是在专门的网格处理软件（如Icem）中导入三维绘图软件（如ProE）绘制的三维模型，并进行一定处理，生成为体网格，然后导入到STAR-CCM＋中。
二是在专门的网格处理软件中导入三维绘图软件绘制的三维模型，并进行一定处理，生成为面网格，然后在STAR-CCM＋中将生成的面网格导入，并进行一定处理，最后生成为体网格。
三是利用三维绘图软件绘制三维模型，并保存为曲面格式，然后在STAR-CCM＋中将曲面格式的三维模型导入，并进行一定处理，最后生成为体网格。
旋风分离器两相流动数值模拟研究进展
旋风分离器在工业上的应用已有百年多的历史。
它是利用气固两相流的旋转，将固体颗粒从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置[1]。
与其它气固分离设备相比，具有结构简单、设备紧凑、性能稳定和分离效率高等特点。
广泛应用于石油、化工、冶金、建筑、矿山、机械和环保等工业部门。
由于旋风分离器内部流动非常复杂，用试验或者解析的方法研究分离器内部的流动状况比较困难。
近年来，随着计算机硬件及CFD(计算流体动力学)技术的不断进步[2,3]，数值方法成为研究旋风分离器的一种重要手段。
通过对旋风分离器内气固两相进行数值模拟，揭示旋风分离器内部流场，为优化旋风分离器的结构提供思路，也为进一步提高分离性能奠定基础。
1旋风分离器的结构和工作原理一般来说，旋风分离器由进气管、柱段、锥段、排气管和集灰斗等部分组成（图1）。
含尘气流以12m/s ～25m/s 的速度从进气口进入旋风分离器，气流由直线运动变为圆周运动，产生高速旋转的涡旋运动。
旋转气流中的固体颗粒由于离心加速度的作用，向器壁运动，接触器壁后失去惯性力而靠入口速度的动力和向下的重力沿器壁螺旋形向下，经锥段排入灰斗中。
向下旋转的净化气体到达锥段下部某一位置时，由于负压作用，便以相同的旋转方向在分离器内部由下而上螺旋运动，经排气管排出旋风分离器外。
2旋风分离器流场数值模拟研究进展虽然旋风分离器结构简单，但是其内部的三维旋转湍流流场却相当复杂。
工程应用对该流场的数值模拟，基本上是基于求解Reynolds 时均方程及关联量输运方程的湍流模拟方法。
描述湍流运动的数学基础仍然是连续性方程和瞬时N -S 方程。
连续性方程：N -S 方程：收稿日期：2012-04-11；作者简介：韩婕（1984-），女，电邮hanjie854@ 。
旋风分离器两相流动数值模拟研究进展韩婕，刘阿龙，彭东辉，吴文华（上海化工研究院化学工程及装备研究所，上海200062）摘要：介绍了旋风分离器的结构与工作原理，综述了国内外旋风分离器两相流场的数值模拟研究进展，对研究过程所用的研究方法进行了描述，分析比较了研究成果。
大气湍流运动数值模拟仿真方法综述
大气湍流运动数值模拟仿真方法综述大气湍流是指大气中流体的无序运动，常常出现在多尺度、多层次的大气环流中。
了解和研究大气湍流运动具有重要的科学和应用价值，可以为天气预报、气候模拟以及空气污染等方面的研究提供有力支持。
数值模拟仿真成为研究大气湍流运动的重要手段之一，本文将对大气湍流运动数值模拟仿真方法进行综述。
一、拉格朗日方法：拉格朗日方法是一种经典的描述流体运动的方法，通过跟踪流体的质点运动来模拟流体的流动。
在大气湍流运动数值模拟中，拉格朗日方法常常用于描述物质的运动轨迹，例如云的形成和演变过程等。
拉格朗日方法的优点是能够准确地模拟微观尺度的湍流过程，但其计算量较大，难以用于大尺度的湍流模拟。
二、欧拉方法：欧拉方法是一种描述流体运动的方法，它通过对流体流动的宏观性质进行求解来模拟流体的流动。
在大气湍流运动数值模拟中，欧拉方法常常用于求解流体的运动方程，例如质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程等。
欧拉方法的优点是计算量相对较小，可以用于大尺度的湍流模拟，但其无法精确地模拟湍流的微观尺度特征。
三、雷诺平均方法（RANS）：雷诺平均方法是一种常用的湍流模拟方法，其基本思想是将流场分解为平均分量和脉动分量，并通过对脉动分量进行平均，来模拟湍流过程。
在大气湍流运动数值模拟中，雷诺平均方法常常用于求解雷诺平均动量方程和湍流能量方程等，以模拟湍流的宏观尺度特征。
雷诺平均方法的优点是计算效率高，适用于中尺度和大尺度的湍流模拟，但其无法准确地模拟湍流的细节特征。
四、大涡模拟方法（LES）：大涡模拟方法是一种适用于直接模拟湍流的方法，其基本思想是将湍流流场分解为大尺度涡旋和小尺度涡旋，并通过求解小尺度涡旋的方程来模拟湍流过程。
在大气湍流运动数值模拟中，大涡模拟方法常常用于模拟中尺度和小尺度的湍流，以获取湍流的细节特征。
大涡模拟方法的优点是能够较好地模拟湍流的细节特征，但其计算量较大，难以用于大尺度湍流的模拟。
五、直接数值模拟方法（DNS）：直接数值模拟方法是一种用于准确模拟湍流的方法，其基本思想是通过求解流场的基本方程，直接模拟湍流中所有的尺度下的流动特征。
流固耦合的数值模拟
流固相互作用的数值研究一． 课题的来源及研究的目的和意义流－固相互作用（Fluid-Structure Interaction ）问题因其有着广泛的应用背景，近二十多年来一直是流体力学学者的研究热点。
流场与流场中的各种结构体（如建筑物、桥梁、桥墩、机翼、烟囱等等）之间的相互作用出现在各种实际问题中，如航天、化工、海岸工程、城市规划等众多的领域。
当流体流过结构体时会产生分离的现象，从而对结构体产生持续的作用力；同时在结构体的后部会有旋涡脱落的现象的产生，特别当结构体后部两侧交替产生的旋涡周期性的脱落会对结构体产生与来流方向垂直的周期性作用力。
持续和脉动的流体力的作用会使结构体产生疲劳、由于振动而产生噪声，严重时甚至会产生灾难性的破坏：2001年11月12日，美国航空公司的一架型号A300的飞机于纽约坠机，其原因就怀疑与此前起飞的一架B747有关，由B747形成的强力尾流使得起飞后的A300受到强烈的旋涡冲击而导致坠机；1940年11月7日，美国华盛顿州新启用的Tacoma大桥在一场风速达67km/h 的暴风雨中，由于大桥受到空气流经时产生的周期作用力与大桥的特征频率发生共振，使得大桥断裂。
由于流固的相互的作用引起的破坏还有很多，例如：高压电塔间的电缆线处于空气和雨水作用的流场中，流体在缆线表面产生流动作用，这种作用导致缆线表面形成自由剪切层，由于压力差的作用产生漩涡流动，缆线表面的力便会和惯性力、高压电塔作用力等相结合，再与缆线两端的阻尼力、恢复力产生作用，使缆线产生往复振动的现象，长久之后便导致结构疲劳而造成断裂[1]。
另外一方面，结构体同样会反过来影响流场的分布。
在城市规划以及建筑设计中，特别是在城市建设日益向高度化发展的今天，由于城市建筑物向高层、密集化发展，就会产生“城市街区峡谷”。
在“城市街区峡谷”中产生“城市急流”、“气流死区”，由此引发一系列的环境问题：比如在建成的街区内出现风口，或是局部风速过大，严重时将影响到行人以及附近建筑物；由于风速和风向的改变，在有火灾等紧急情况发生时会出现烟道效应，加速灾害的传递，增加灾害损失；局部街区可能出现流动迟滞现象，造成严重的局部空气污染。
不同工质下流化床气流粉碎机流场数值模拟
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2010年第29卷第6期·1004·化工进展不同工质下流化床气流粉碎机流场数值模拟袁书林，陈海焱（西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳 621010）摘要：为研究流化床气流粉碎机在不同工质下内部流场的变化，利用FLUENT流体计算软件对流化床气流粉碎分级机进行整体建模。
对不同工质的模拟结果表明：不同工质下气流动压相差不大，但分子量越小的工质经过Laval喷嘴得到的喷嘴出口速率越大，同时粉碎腔内的引射气流速率越大，颗粒进入轴心速率区的概率也增大，故分子量小的工质能有效提高粉碎效率。
不同进口压力和背压对气流速率影响的模拟结果表明，提高进口压力，气流速率明显提高；增大负压对提高气流速率不明显。
关键词：流化床气流粉碎机；流场；数值模拟中图分类号：O 242.1；TB 115 文献标识码：A 文章编号：1000-6613（2010）06-1004-05 Numerical simulation of fluid bed jet mill under different working mediaYUAN Shulin，CHEN Haiyan（Department of Materials Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，Sichuan，China）Abstract：Based on integral modeling method，FLUENT software was used to simulate fluidized bed jet mill to explore the changes in internal flow field under different actuating medium. Simulation results showed that there is little difference in air flow velocity pressure with different actuating medium，while a higher outlet velocity can be obtained when actuating medium with lower molecular weight flow through the Laval nozzle. Meanwhile，higher velocity of injective air in grinding chamber provides more chance for particles to enter the axial velocity area. Therefore，an actuating medium with lower molecular weight can increase the grinding efficiency effectively.Simulation results for different inlet pressure and back pressure on grinding airflow showed that the airflow velocity increases obviously with the building up in the inlet pressure，but less effected by the building up in the back pressure .Key words：fluid bed jet mill；flow-field；numerical simulation气流粉碎技术在国外已有近一个世纪的历史，而我国在20世纪80年代才开始研究[1] 。
空气动力学研究中的流场分析
空气动力学研究中的流场分析空气动力学是涉及空气流动与物体的相互作用的学科，而流场分析则是研究空气运动的流场和物体在气流中的受力情况的重要方法。
在航空航天、汽车、建筑等领域，流场分析都具有广泛的应用价值。
首先，流场分析是研究空气动力学的基础。
利用数值计算、实验模拟等手段，可以对复杂的空气运动进行分析和预测，进而为工程设计和实际应用提供科学的依据和技术支持。
例如，在飞机的研制过程中，流场分析可以帮助分析飞机外形的气动特性，包括升力、阻力、稳定性等，并对新型机型进行气动布局设计，从而提高飞机性能和安全性。
其次，流场分析可以为实际应用提供重要的技术支持。
例如，在城市规划中，研究城市街道、建筑物等的气流场分布情况，可以识别出潜在的微气候问题，如热岛效应等，并为城市规划和设计提供科学依据。
在汽车制造领域，流场分析也可以帮助汽车设计者优化车身外形，降低气动阻力，从而提高汽车的燃油经济性和行驶稳定性。
在空气动力学领域，流场分析的数值模拟方法尤为重要。
计算流体动力学（CFD）技术是一种主要的数值模拟方法，可以较为准确地预测气流的运动和物体的反作用力，广泛用于航空航天、装备制造、能源环保等领域。
CFD技术基于流体的守恒方程组，通过网格划分、离散化、迭代求解等步骤，计算出气流场的各个物理量，如速度、压力、温度及其变化规律。
同时，CFD技术还通过多孔介质模拟、流体-固体全耦合模拟等衍生技术，支持对复杂气流场的建模和精细化分析。
在CFD技术中，网格划分是具有关键性的步骤，其目的是将气流场划分为网格单元，构成离散的计算空间。
网格单元的大小、形状和分布都会对数值模拟的精度和计算效率产生影响。
为此，研究者们发展了多种网格生成方法，如结构化网格、非结构化网格、自适应网格等。
结构化网格具有规则性和易于计算等优点，适用于对简单几何形状的气流场建模；非结构化网格则具有自由度高、适用范围广等优点，适用于对复杂、异形的气流场建模；自适应网格则根据气流场的变化情况，自动进行网格划分和优化，从而减少计算误差和计算时间。
活塞式压缩机气流脉动与管道振动
2 脉流测量技术研究脉动流是由周期性的振荡流叠加在定常流上形成的，可能出现在层流、过渡流和紊流流型中。
在任何几何形状或流动状态下，脉动和稳定流动的行为，包括内部流动中边界层的分离和再附着，以及向湍流过渡的性质之间有许多不同，不同类型的活塞式压缩机和微型泵的工作原理是在泵腔内确定一个振荡速度。
在一种活塞式压缩机中，需要一个连接到进出口阀门的泵腔进行流量精馏。
当隔膜在膨胀模式下偏转时，泵室膨胀导致腔室压力降低。
当进口压力大于腔室压力时，进口阀打开，液体充满膨胀腔。
在压缩模式下，腔室的容积随着隔膜的移动而减小，导致内部压力增加，从而使液体通过出口阀排出。
在另一种活塞式压缩机中，压力波动是通过建立线性或非线性驻波实现的。
振荡速度的精确测量应用于这些类型的泵和微泵的设计改进。
3 活塞式压缩机气流脉动与管道振动分析活塞内燃机进排气系统的气动完美性在很大程度上决定了气体交换过程的质量，以及燃料与空气的混合现象和随后的点火现象。
大尺度或小尺度湍流涡的存在对进气道的流体动力阻力有重要影响。
工作流体在气缸内的紊流程度决定了混合空气和燃料的条件。
基于涡轮压气机的流动数值模拟，大量的科学工作致力于研究涡轮压气机与非涡轮压气机气-气系统的流动结构。
物理和数学模型通常是执行静止气体流动，但有研究脉动流。
此外，近年来还利用光学方法(高速PIV 方法)对系统中的流动结构进行了实验研究。
在大多数情况下，这些研究0 引言本文在前人研究的基础上，结合实际生产情况，建立了气体压力脉动和管接头的分析模型。
利用该模型分析了气体压力脉动和管壁共同作用下，关键参数对管道系统激振力和振动变化趋势的影响。
利用现场试验数据对理论计算结果进行验证，研究结果可为油气管道的安全评价提供理论依据，为管道力学性能的研究提供参考。
1 活塞式压缩机气流脉动概述多年来，人们已经认识到，由大型和相对较慢速度的往复式压缩机或发动机组成的装置，无论是在进气侧还是在排气侧，都存在脉动问题。