流体力学的研究方向
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇流体力学的研究方向范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
流体力学的研究方向范文第1篇
关键词：工程流体力学；教学改革；第一次课
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）24-0218-02
工程流体力学课程在我校这一工科院校中，长期以来，本科生在未学习之前，已经从他人那里了解到，这门课很难，不好学，不好过关。学生认为流体力学难学的后果，直接反映在多年来很少有人、甚至无人报考我校工科流体力学方向的硕士和博士，致使我校工程流体力学方向后续人才短缺，学科建设出现重重困难。那么作者希望学生在学习这门课程的过程中，是轻松、主动而有兴趣地去学习。为了帮助学生克服畏难情绪，对工程流体力学课程学习产生兴趣，轻松学好这门课，作者在十几年的教学过程当中，积累了一些经验。开好头，为课程打好良好的第一印象非常关键，所以作者非常重视第一次课的讲授内容，以增强学生学习信心和培养学习兴趣为主要目的，为顺利完成该课程的学习奠定基础。
一、第一次课的教学内容
在第一次课，首先自我介绍，然后点名相互认识，留下联系方式，介绍教材和参考书，授课的章节和学时安排等常规内容外，讲授内容主要分为两大块：（1）上课要求；（2）绪论。
1.上课要求。上课要求主要包括课程学习目的和意义、出席和上课纪律要求、作业和实验报告要求、考核方法等内容。①学习目的和意义。学习目的和意义按照大纲要求，掌握流体力学的基本知识，及其解决问题的基本方法和基本实验技能。强调“基本”的含义，因为是首次接触本课程，系统介绍流体力学知识，对大家的要求是“基本”的，同时也强调仅这些即将学的基本知识也能够解决一些工程应用的问题，并简单举例。②出席和上课纪律要求。出席和上课纪律应该遵守学校规定，但是考虑到学生个体的不同。所以有必要让学生清楚什么样的行为是被接受的、允许的，不要出现行为困难的问题。③作业和实验报告要求。作业和实验报告会出现抄袭现象，回避是没有用的，所以上课时直接指出来，希望将抄袭现象弱化。指出要借鉴，而不是抄袭。这样大大降低了学生不经过理解地抄袭作业现象。④考核方法。将考核方式明确地告诉学生，是平时成绩和课程结束后的闭卷考试成绩各占一定比例，综合评出成绩。并计算出考核通过的最低考试成绩。同时强调不存在不通过比例。这样可以避免两种不良现象发生，一是学生会盲目认为很难学，不能过关而放弃学习，二是成绩差的学生会因为排名总在后面，而放弃学习。
2.绪论。绪论主要包括工程流体力学研究内容、课程特点、研究方法、解题步骤、学习方法和大学生认知阶段，等等方面。重点讲前三点涉及的内容。①流体力学研究内容。讲述工程流体力学研究内容首先展开讲解的是研究对象为流体，此时虽然没有讲流体的定义，但是还是提出请学生举例哪些物质是流体？让学生从最简单的问题开始流体力学知识的学习。学生说对了予以肯定。学生会将多相流和塑性物质列进来，也要说清楚与本课程所学流体的区别和联系，并将学生想不到的流体补充出来，还告诉学生目前最新研究方向在处理流固相互作用时有提出将固体处理为特殊流体，以简化流固交界面的处理；还有已有研究表明固体颗粒的高速运动遵循流体力学规律，以及当车流量和人流量很大时，被称为交通流，犹如流体流动一样，那么在后续课程讲解中可将高密度、大流量的人群流动现象用来形象化的阐述流体的运动规律，帮助学生理解抽象的流体运动规律，使问题直观。还需要指出，最常见的流体是空气和水，人类无时无刻不处于空气和水当中，提醒学生在学习的过程中，可以将所学知识放到自己熟悉的环境中去理解，比如池塘或小河中的水、教室里的空气，等等。将理论知识与生活结合起来，既能帮助理解所学知识，又能将知识应用起来，提高学习兴趣。②流体力学课程特点。流体力学课程的特点主要讲三点，一是一门技术（专业）基础性课程；二是用场的观点研究问题；三是概念多、公式多。它是一门专业基础课，从实践中抽象出来，再应用到实践中去；所以课程知识可用于解决工程实际问题。用场的观点研究问题。首先提问，说到“场”大家会想到什么？有的同学很高端大气上档次地回答重力场、电场、磁场，那我继续问还有呢？有的学生开玩笑说操场，好像在说操场不够档次、不够科学。而我肯定“操场”，因为是相同的“场”字嘛，而且还有工场、商场、广场等。然后引导学生思考，既然用相同的“场”字，其中必有共同点，它是什么？学生想出来了，是某某占据的空间。以此类推，流体占据的空间就是“流场”，概念很容易就被理解了。同时还让学生意识到科学不是高不可攀的，做科学时不要端起架子，它是很贴近生活的。流场的概念出来了，但是其空间的大小呢？这个问题也必须解释清楚。首先提出两个问题让学生思考：海洋是海水占据的空间，是一个流场吗？大气层是空气占据的空间，是一个流场吗？其实流场的大小与我们要研究的空间范围有关。比如，我们现在想知道教室内空气的温度分布，那么要分析的流场就是教室内空气占据的空间；如果要预报中国天气，那么中国上空的大气层或者更大范围就是要研究的流场；如果想了解南海海洋环流、潮汐流动等，南海海水占据的空间就是要求解的流场。将抽象概念与实际结合，在易于理解的同时，引起学习兴趣。在此基础上，进一步与物理量场联系起来，流场中的物理量，比如速度，是时间和空间函数，被称为速度场，还有压力场，等等。场是具有连续无穷维自由度的系统，那么流场的速度场、压力场，等等具有连续性，与第一章中连续介质假设内容一致，在这里提到，为后面学习埋下伏笔。概念多、公式多的原因是因为在以前的学习过程中鲜有接触与流体力学有关的知识，导致大量的专业术语集中出现。但是这些概念、公式并不是全新的。比如流体质点的概念与以前物理中所学的质点概念是很一致的；多的公式其实是质量守恒定律、牛顿定律、能量守恒定律、动量定理，等等在流体力学中的表达形式，比如连续性方程是质量守恒定律的表达形式，伯努利方程与能量守恒定律相吻合，欧拉方程、Navier-Stokes方程是牛顿运动定律的表现形式，动量方程是动量定理的表达，把要学到的主要方程名称在此叙述一遍，目的是让学生有个初步接触，为后续学习打下铺垫。③流体力学研究方法。流体力学研究方法主要有三种：解析方法、实验方法和数值计算方法。本课程主要介绍解析方法，有一章是专门介绍实验研究方法的，而数值计算方法本课程几乎不涉及，由计算流体力学讲解。并强调，求解的基本方程是连续性方程、欧拉方程或Navier-Stokes方程，那么为什么基本方程一样，可以求解出各种不同的流动？于是提出边界条件和初始条件的概念，使边界条件和初始条件的重要性一目了然；也为后续学习打下基础，并引起学生的兴趣和重视。
二、结论与展望
通过第一次课，使学生对整个课程的要求、特点、内容有一个整体了解，做到心中有数，克服不良情绪，从不同方面让学生做好学习的心理准备。第一次课，如果是一个良好开端，并为后续学习做了大量铺垫，使学生获得了自信，并激发了其学习的兴趣，学生后面的学习将会顺利很多。工程流体力学是大部分工程专业的重要基础课程，作者希望学生灵活掌握流体力学知识，并能够在工作中活学活用。
参考文献：
[1]许维德.流体力学[M].北京：国防工业出版社，1979.
[2]张也影.流体力学[M].北京：高等教育出版社，1999.
流体力学的研究方向范文第2篇
关键词 工程力学 环境科学 综合应用
中图分类号：X-019 文献标识码：A
1 工程力学与环境科学的学科交叉理论
工程力学是20世纪50年代末出现的。首先提出这一名称并对这个学科做了开创性工作的是中国学者钱学森。
在20世纪50年代，出现了一些极端条件下的工程技术问题，所涉及的温度高达几千度到几百万度，压力达几万到几百万大气压，应变率达百万分之一～亿分之一秒等。在这样的条件下，介质和材料的性质很难用实验方法来直接测定。为了减少耗时费钱的实验工作，需要用微观分析的方法阐明介质和材料的性质；在一些力学问题中，出现了特征尺度与微观结构的特征尺度可比拟的情况，因而必须从微观结构分析入手处理宏观问题；出现一些远离平衡态的力学问题，必须从微观分析出发，以求了解耗散过程的高阶项；由于对新材料的需求以及大批新型材料的出现，要求寻找一种从微观理论出发合成具有特殊性能材料的“配方”或预见新型材料力学性能的计算方法。在这样的背景条件下，促使了工程力学的建立。工程力学之所以出现，一方面是迫切要求能有一种有效地手段，预知介质和材料在极端条件下的性质及其随状态参量变化的规律；另一方面是近代科学的发展，特别是原子分子物理和统计力学的建立和发展，物质的微观结构及其运动规律已经比较清楚，为从微观状态推算出宏观特性提供了基础和可能。
总的来说，工程力学具有现代工程与理论相结合的特点，有很大的知识面和灵活性，对国家现代化建设具有重大意义。
2工程力学理论在环境科学中的发展
2.1环境与力学的学科特点
工程力学虽然还处在萌芽阶段，很不成熟，而且继承有关老学科的地方较多，但作为力学的一个新分支，确有一些独具的特点。工程力学着重于分析问题的机理，并借助建立理论模型来解决具体问题。只有在进行机理分析而感到资料不够时，才求助于新的实验。
工程力学注重从微观到宏观，以往的技术科学和绝大多数的基础科学，都是或从宏观到宏观，或从宏观到微观，或从微观到微观，而工程力学则建立在近代物理和近代化学成就之上，运用这些成就，建立起物质宏观性质的微观理论，这也是工程力学建立的主导思想和根本目的。
虽然工程力学引用了近代物理和近代化学的许多结果，但它并不完全是统计物理或者物理化学的一个分支，因为无论是近代物理还是近代化学，都不能完全解决工程技术里所提出的各种具体问题。工程力学所面临的问题往往要比基础学科里所提出的问题复杂得多，它不能单靠简单的推演方法或者只借助于某一单一学科的成就，而必须尽可能结合实验和运用多学科的成果。
2.2研究内容和方向
工程力学主要研究平衡现象，如气体、液体、固体的状态方程，各种热力学平衡性质和化学平衡的研究等。对于这类问题，工程力学主要借助统计力学的方法。
工程力学的研究工作，目前主要集中三个方面：高温气体性质，研究气体在高温下的热力学平衡性质（包括状态方程）、输运性质、辐射性质以及与各种动力学过程有关的弛豫现象；稠密流体性质，主要研究高压气体和各种液体的热力学平衡性质（包括状态方程）、输运性质以及相变行为等；固体材料性质，利用微观理论研究材料的弹性、塑性、强度以及本构关系等。
工程力学研究方向主要有：非线性力学与工程、工程稳定性分析及控制技术、应力与变形测量理论和破坏检测技术、数值分析方法与工程应用、工程材料物理力学性质、工程动力学与爆破。
3工程力学理论在环境科学中的应用
3.1材料力学与环境
材料力学在生活中的应用十分广泛。大到机械中的各种机器，建筑中的各个结构，小到生活中的塑料食品包装，很小的日用品。各种物件都要符合它的强度、刚度、稳定性要求才能够安全、正常工作，所以材料力学就显得尤为重要。
利用材料力学中卸载与在加载规律得出冷作硬化现象，工程中常利用其原理以提高材料的承载能力，例如建筑用的钢筋与起重的链条，但冷作硬化使材料变硬、变脆，是加工发生困难，且易产生裂纹，这时应采用退火处理，部分或全部地材料的冷作硬化效应。
3.2固体力学与环境
自然界中存在着大至天体，小至粒子的固态物体和各种固体力学问题。人所共知的山崩地裂、沧海桑田都与固体力学有关。现代工程中，无论是飞行器、船舶、坦克，还是房屋、桥梁、水坝、原子反应堆以及日用家具，其结构设计都应用了固体力学的原理。
固体力学研究的内容既有弹性问题，又有塑性问题；既有线性问题，又有非线性问题。在固体力学的早期研究中，一般多假设物体是均匀连续介质，但近年来发展起来的复合材料力学和断裂力学扩大了研究范围，它们分别研究非均匀连续体和含有裂纹的非连续体。
固体力学的研究对象按照物体形状可分为杆件、板壳、空间体、薄壁杆件四类。薄壁杆件是指长宽厚尺寸都不是同量级的固体物件。在飞行器、船舶和建筑等工程结构中都广泛采用了薄壁杆件。
3.3流体力学与环境
流体力学中研究得最多的流体是水和空气。它的主要基础是牛顿运动定理和质量守恒定理，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和高等数学、物理学、化学的基础知识。
流体力学的研究方向范文第3篇
关键词:高速列车; 集电部; 导流罩; 气动噪声; 数值模拟; FLUENT
中图分类号:U270.1; U260.16; TB115
文献标志码:A
Numerical simulation on aerodynamic noise of
power collection equipment for high-speed trains
YANG Fan, ZHENG Bailin, HE Pengfei
(Institute of Applied Mechanics, Tongji Univ., Shanghai 200092, China)
Abstract: As to the issues that the aerodynamic noise produced by the power collection equipment of high-speed trains becomes significant as the speed increase of railway, a current-guide cover is introduced into the power collection equipment, and the flow field and the aerodynamic noise of the power collection equipment are numerically simulated and analyzed using FLUENT. The flow field is calculated by the steady-state Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) method and the boundary layer noise source model is selected for the acoustic model. The computational results indicate that the design of the current-guide cover is very important. A good design can make it well lead the airflow and decrease the aerodynamic noise produced by the power collection equipment.
Key words: high-speed train; power collection equipment; current-guide cover; aerodynamic noise; numerical simulation; FLUENT
な崭迦掌:2009-06-23 修回日期:2009-09-13
作者简介: 杨 帆(1984―),男,吉林长春人,硕士研究生,研究方向为固体力学,(E-mail);
郑百林(1966―),男,陕西岐山人,教授, 博士, 研究方向为复合材料力学与数值模拟,(E-mail)0 引 言
2007年4月18日,中国铁路进行第6次大提速,提速后的列车运行时速达200 km,部分区段时速达到250 km;2008年4月18日,举世瞩目的京沪高速铁路全线开工建设,这是目前世界上线路最长、标准最高的高速铁路项目;2008年8月1日,时速350 km的京津城际铁路开通运营,中国铁路从此开启“风时代”.随着列车速度的提升,噪声污染问题愈加突出,集电部的空气动力噪声增长迅速,远高于其他噪声增长幅度,这是因为空气动力噪声与速度的6次方成正比,而其他噪声与速度的2次方或3次方成正比.[1]噪声既是影响列车舒适性的重要指标,也是环境污染的重要公害之一,随着我国铁路的飞速发展,对高速列车气动噪声的研究将变得更有意义.
气动噪声的数值模拟始于20世纪90年代,虽然起步较晚,但随着计算流体力学的迅速发展而取得许多进展.国内很多学者采用数值模拟的方法计算车辆周围瞬态流场,通过计算流场的瞬态压力直接计算气动噪声[2-3]或者导入声学软件中进行求解[4].然而,对于比较复杂的模型,计算瞬态流场存在一定困难,网格质量要求较高,计算时间过长.稳态雷诺平均纳维斯托克斯(Reynolds Averaged Navier-Strokes,RANS)方法[5]
相对于瞬态方法的优势就在于其对网格质量要求并不高,而且计算时间也在可承受的范围内,计算结果具有一定的工程
流体力学的研究方向范文第4篇
关键词 工程力学 理论研究 发展现状
中图分类号：TB121 文献标识码：A
1绪论
工程力学是20世纪50年代末出现的。首先提出这一名称并对这个学科做了开创性工作的是中国学者钱学森。
在20世纪50年代，出现了一些极端条件下的工程技术问题，所涉及的温度高达几千度到几百万度，压力达几万到几百万大气压，应变率达百万分之一～亿分之一秒等。在这样的条件下，介质和材料的性质很难用实验方法来直接测定。为了减少耗时费钱的实验工作，需要用微观分析的方法阐明介质和材料的性质；在一些力学问题中，出现了特征尺度与微观结构的特征尺度可比拟的情况，因而必须从微观结构分析入手处理宏观问题；出现一些远离平衡态的力学问题，必须从微观分析出发，以求了解耗散过程的高阶项；由于对新材料的需求以及大批新型材料的出现，要求寻找一种从微观理论出发合成具有特殊性能材料的“配方”或预见新型材料力学性能的计算方法。在这样的背景条件下，促使了工程力学的建立。工程力学之所以出现，一方面是迫切要求能有一种有效地手段，预知介质和材料在极端条件下的性质及其随状态参量变化的规律；另一方面是近代科学的发展，特别是原子分子物理和统计力学的建立和发展，物质的微观结构及其运动规律已经比较清楚，为从微观状态推算出宏观特性提供了基础和可能。
总的来说，工程力学具有现代工程与理论相结合的特点，有很大的知识面和灵活性，对国家现代化建设具有重大意义。
2工程力学的发展
2.1工程力学的特点
工程力学虽然还处在萌芽阶段，很不成熟，而且继承有关老学科的地方较多，但作为力学的一个新分支，确有一些独具的特点。工程力学着重于分析问题的机理，并借助建立理论模型来解决具体问题。只有在进行机理分析而感到资料不够时，才求助于新的实验。
工程力学注重从微观到宏观，以往的技术科学和绝大多数的基础科学，都是或从宏观到宏观，或从宏观到微观，或从微观到微观，而工程力学则建立在近代物理和近代化学成就之上，运用这些成就，建立起物质宏观性质的微观理论，这也是工程力学建立的主导思想和根本目的。
虽然工程力学引用了近代物理和近代化学的许多结果，但它并不完全是统计物理或者物理化学的一个分支，因为无论是近代物理还是近代化学，都不能完全解决工程技术里所提出的各种具体问题。工程力学所面临的问题往往要比基础学科里所提出的问题复杂得多，它不能单靠简单的推演方法或者只借助于某一单一学科的成就，而必须尽可能结合实验和运用多学科的成果。
2.2研究内容和方向
工程力学主要研究平衡现象，如气体、液体、固体的状态方程，各种热力学平衡性质和化学平衡的研究等。对于这类问题，工程力学主要借助统计力学的方法。
工程力学的研究工作，目前主要集中三个方面：高温气体性质，研究气体在高温下的热力学平衡性质（包括状态方程）、输运性质、辐射性质以及与各种动力学过程有关的弛豫现象；稠密流体性质，主要研究高压气体和各种液体的热力学平衡性质（包括状态方程）、输运性质以及相变行为等；固体材料性质，利用微观理论研究材料的弹性、塑性、强度以及本构关系等。
工程力学研究方向主要有：非线性力学与工程、工程稳定性分析及控制技术、应力与变形测量理论和破坏检测技术、数值分析方法与工程应用、工程材料物理力学性质、工程动力学与爆破。
3工程力学的应用
3.1材料力学
材料力学在生活中的应用十分广泛。大到机械中的各种机器，建筑中的各个结构，小到生活中的塑料食品包装，很小的日用品。各种物件都要符合它的强度、刚度、稳定性要求才能够安全、正常工作，所以材料力学就显得尤为重要。
生活中机械常用的连接件，如铆钉、键、销钉、螺栓等的变形属于剪切变形，在设计时应主要考虑其剪切应力。汽车的传动轴、转向轴、水轮机的主轴等发生的变形属于扭转变形。火车轴、起重机大梁的变形均属于弯曲变形。有些杆件在设计时必须同时考虑几个方面的变形，如车床主轴工作时同时发生扭转、弯曲及压缩三种基本变形；钻床立柱同时发生拉伸与弯曲两种变形。
利用材料力学中卸载与在加载规律得出冷作硬化现象，工程中常利用其原理以提高材料的承载能力，例如建筑用的钢筋与起重的链条，但冷作硬化使材料变硬、变脆，是加工发生困难，且易产生裂纹，这时应采用退火处理，部分或全部地材料的冷作硬化效应。
3.2固体力学
自然界中存在着大至天体，小至粒子的固态物体和各种固体力学问题。人所共知的山崩地裂、沧海桑田都与固体力学有关。现代工程中，无论是飞行器、船舶、坦克，还是房屋、桥梁、水坝、原子反应堆以及日用家具，其结构设计都应用了固体力学的原理。
固体力学研究的内容既有弹性问题，又有塑性问题；既有线性问题，又有非线性问题。在固体力学的早期研究中，一般多假设物体是均匀连续介质，但近年来发展起来的复合材料力学和断裂力学扩大了研究范围，它们分别研究非均匀连续体和含有裂纹的非连续体。
流体力学的研究方向范文第5篇
关键词：脱硫吸收塔；烟气脱硫；多相流；浆液；湿壁
中图分类号：TK229.6；TB115.1 文献标志码：B
作者简介： 祁江涛(1982―)，男，湖北京山人，工程师，硕士，研究方向为流体力学非线性数值计算，（Email)
Application of computational fluid dynamics in
flue gas desulfurization
QI Jiangtao1, LI Yinghua1, WU Haolun2
(1. Research Department for Whole Performance, China Ship Scientific Rearch Center, Wuxi 214082, Jiangsu, China;
2. Research and Development Department, Wuxi Huaxing Electric Power Environment Protection Engineering Co., Ltd.,
Wuxi 214082, Jiangsu, China)
Abstract： To optimize the flow field distribution in desulfurization absorption tower, improve desulfurization efficiency, and decrease desulfurization investment and operation cost, a numerical simulation method of flue gas desulfurization based on RANS equations and multiphase flow model is proposed, and the process of flue gas desulfurization in absorption tower is simulated based on multiphase flow model by FLUENT. The areas of flue gas and serosity in absorption tower are modeled and meshed, the flow field of the area inside absorption tower and near jet guns is simulated, and the flow pattern of serosity and flue gas inside absorption tower is obtained. The simulation results show the feasibility of the method. The suggestions on the design of absorption tower and jet guns are proposed by the analysis on wetted wall phenomenon.
Key words： desulfurization absorption tower; flue gas desulfurization; multiphase flow; serosity; wetted wall
0引言
烟气脱硫是目前能大规模控制燃煤造成SO2污染最为有效的方法之一，而石灰石―石膏湿法脱硫技术以其脱硫效率高、吸收剂来源丰富、成本低廉、技术成熟和运行可靠等优点获得广泛应用.从气液两相流体力学和化学反应动力学的观点看，脱硫吸收塔内流体流动的目的是强化气液两相的混合和质量传递、延长气液两相在塔内的接触时间、增大气液两相的接触面积并尽量减小吸收塔的阻力.合理的塔内流场分布对提高脱硫效率、降低脱硫投资和运行成本都具有重要意义.
目前，国内外对烟气脱硫吸收塔进行大量研究,主要采用实验方法，如研究塔的阻力特性、液滴运动速度沿塔高变化［1］和TCA塔内温度场分布［2］等,这些研究对指导工业应用具有重要意义,但其结果往往只针对特定的设备或结构,具有较大的局限性.随着计算机技术的迅速发展,计算流体力学(Computational Fluid Dynamic，CFD) ［3］已成为研究三维流动的重要方法：周山明等［4］利用FLUENT计算空塔和喷淋状态下的塔热态流场，结果表明脱硫吸收塔入口处流场变化最剧烈、压降损失最大，并根据计算结果改造来流烟道；孙克勤等［5］采用混合网格和随机颗粒生成模型对烟气脱硫吸收塔的热态流场进行数值模拟；郭瑞堂等［6］采用FLUENT结合非稳态反应传质-反应理论对湿法脱硫液柱冲击塔内的流场和SO2的吸收进行数值模拟.
本文尝试应用FLUENT对某脱硫吸收塔内烟气脱硫过程进行初步数值模拟，通过对内部流场进行分析验证本文模拟的合理性，进而对脱硫过程中脱硫吸收塔内是否存在湿壁现象进行深入分析研究.
1基于RANS求解器的CFD数值模拟方法1.1控制方程
时均的不可压缩连续性方程和NS方程（RANS方程）如下：uixi=0(1)uit+ujuixj=－1ρpxi+氮xjνuixj－u′iu′j(2)
式中：ui,uj和p都为时均量；氮xj(－u′iu′j)为雷诺应力项.
1.2湍流模型和多相流模型
RNG k拨磐牧髂P吞峁攵缘屠着凳有效黏性的微分解析式，具备数值稳定性好、求解压力梯度精确以及工程实用等优点，因此本文的数值计算采用RNG k拨磐牧髂P.多相流模型采用欧拉模型.
1.3边界条件
(1)入口边界条件：采用速度入口边界条件Vin=V0.
(2)出口边界条件：采用出流边界条件.
(3)物面条件：满足壁面黏附条件，壁面处流体速度与运动边界速度相同.
1.4数值离散和求解
(1)时间项的离散：采用直接1阶隐式离散.
(2)空间项的离散：扩散项以中心差分格式进行差分，对流项采用2阶迎风格式.
采用SIMPLE法处理压力-速度耦合问题，离散方程以GaussSeidel迭代法求解.
2烟气脱硫数值模拟
数值模拟对象为某个用于烟气脱硫的脱硫吸收塔，配有喷枪喷射浆液用于烟气脱硫，其脱硫过程涉及浆液对烟气中有害气体的吸收、浆液中Ca(OH)2与烟气中硫化物的化学反应以及浆液的蒸发.考虑到具体计算的时间问题以及实际问题的复杂程度，本文作相应简化，不考虑浆液中Ca(OH)2与烟气中硫化物的化学反应以及实际脱硫过程中的传热蒸发.在研究浆液湿壁问题时，本文从烟气及浆液的流动角度（速度分布）进行细致的分析研究，考虑到实
图 1吸收塔模型和
坐标系
Fig.1Absorptiontower
model and
coordinate system际传热蒸发对烟气湿壁具有很好的抑制作用，因此本文的分析结论偏于保守可靠.
2.1数值模拟对象
吸收塔入口处烟气速度为6 m/s，喷枪喷射浆液流速度为25 m/s.为便于分析，建立固连于塔体的坐标系，并约定：吸收塔对称面所在的面为xOy面，z轴垂直于xOy面并满足右手法则，吸收塔模型和坐标系见图1.采用非结构网格对吸收塔内计算域进行网格划分，网格数量约为200万个.
2.2流场分析
2.2.1脱硫吸收塔内部流场分析
(1)烟气入口处速度分布均匀，稳定在6 m/s左右；导流板处烟气分布较为均匀；烟气在进入喷嘴时，由于与高速浆液进行动量交换，速度迅速增加到20 m/s以上，并显示出如喷枪一样的火焰状喷射轨迹，脱硫吸收塔对称面内烟气速度云图见图2；脱硫吸收塔内广大区域速度较小，根据连续性方程，出口处速度应较大，从图2中亦能看到剧增的出口速度.(2)喷枪处浆液速度云图见图3，显示出与实际情况相符的火焰状轮廓，在进入脱硫吸收塔内后，由于与烟气混合在一起，脱硫吸收塔内的浆液速度分布几乎与烟气一致.(3)进一步将脱硫吸收塔内流线示意绘出，见图4，可知脱硫吸收塔内烟气流动非常复杂，烟气在刚进入脱硫吸收塔内时流动均匀；而后进入主塔体时形成一对反向旋转的涡对，左边的很大，右边的相比之下较小但强度很强，并分别向上和向下卷曲延伸.导流板处及其上表面均无涡旋，只在趋于主塔体处形成较强的一次涡和二次分离涡.
图 2对称面内烟气速度云图
Fig.2Gas velocity contour in symmetric plane
图 3对称面内浆液速度
云图
Fig.3Serosity velocity
contour in symmetric
plane图 4吸收塔内部流线示意
Fig.4Streamline inside absorption tower
2.2.2三喷枪及导流板局部流场分析
(1)浆液喷射轮廓大于烟气，接近实际喷枪，喷射角度近60°，参与烟气流动，在脱硫吸收塔内形成涡旋.
(2)3组喷枪所在区域的浆液与空气流场完全一致，选取对称面进行流线分析，绘出浆液空气流线图.因tecplot中流线是起点式绘制，而喷枪出口轮廓的起点皆为分离点，故起点处流线也各个分离，喷枪所在位置处速度云图和流线示意见图5.
(a)z=0处烟气速度云图(b)z=0处浆液速度云图(c)z=2.1处烟气速度云图(d)z=2.1处浆液速度云图(e)z=-2.1处烟气速度云图(f)z=-2.1处浆液速度云图(g)z=0处烟气流线(h)z=0处浆液流线图 5喷枪所在位置处速度云图和流线示意
Fig.5Velocity contour and streamline at jet gun location
(3)导流板处速度分布均匀且未形成涡旋，表明设计的导流板导流效果显著.
综上所述，从脱硫吸收塔整体及喷枪局部速度云图和流线可知，FLUENT具备较好的模拟脱硫吸收塔在脱硫过程中烟气和浆液流动的能力.
2.3湿壁情况分析
进一步选取较小速度比例给出壁面浆液速度云图，以分析可能的浆液湿壁现象，图6~9为中间喷枪和左右2个喷枪在yOz面内和相应xOz面内的速度云图.由图6和7可知，左右2个喷枪喷出的浆液流贴近近壁面.进一步截取浆液速度剖面进行分析，在近最大轮廓面及以下1.5 m处截取剖面并精细显示速度云图，见图8和9.可知，左右2个喷枪喷射的浆液流速度在近壁面处达到3~6 m/s，而从整体流线图看出塔内存在涡旋，考虑到实际喷枪出流速度大于25 m/s时将会使火焰喷射轮廓更大进而射到塔壁上，因此该脱硫吸收塔的设计方案有可能出现湿壁现象.建议将左右喷枪挪向中部，并收缩喷枪所在管道直径，增加喷枪数量.
图 62个喷枪所在yOz面浆液速度云图
Fig.6Serosity velocity
contour in yOz
plane of two jet
guns图 7第3喷枪所在yOz面处浆液速度云图
Fig.7Serosity velocity
contour in yOz
plane of the third
jet guns图 8近最大轮廓面处
浆液速度云图
Fig.8Serosity velocity
contour near
maximum
profile plane
图 9近最大轮廓面1.5 m
处浆液速度云图
Fig.9Serosity velocity
contour at location
that is 1.5 m from
maximum profile
plane3结论
基于商业软件FLUENT采用多相流模型针对脱硫吸收塔内烟气脱硫过程进行初步模拟，建立基于RANS方程的烟气脱硫多相流数值模拟方法.通过对脱硫吸收塔内部和喷枪局部处流场进行分析，模拟得到浆液和烟气在脱硫吸收塔内的流动规律.从模拟结果看，本文建立的方法可行.通过对可能的浆液湿壁现象进行分析，认为此种脱硫吸收塔的设计方案有可能出现湿壁现象，建议将左右喷枪挪向中部，并且收缩喷枪所在管道直径，增加喷枪数量.下一步工作将在给定的喷枪速度范围内进行系列计算，综合比较给定湿壁影响区域，为施工设计提供参考；同时，也考虑在进一步的深入计算中加入传热蒸发模型.
参考文献：
［1］黄跃. 蒸汽透瓶中自发凝结及流动特性的理论和试验研究［D］. 西安: 西安交通大学, 1987.
［2］李亮, 丰镇平, 李国君. 一维喷管中存在自发凝结的跨音速湿蒸汽两相流动数值模拟［J］. 工程热物理学报, 2001, 22(6): 703705.
LI Liang, FENG Zhenping, LI Guojun. Numerical simulation of two phase wet steam transonic flow with spontaneous condensation in a 1D nozzle［J］. J Eng Thermophysics, 2001, 22(6): 703705.
［3］YOUNG J B. The spontaneous condensation of steam in supersonic nozzles［J］. Phys Chem Hydrodynamics, 1982, 228(2): 243274.
［4］周山明, 金保升, 仲兆平, 等. 大型烟气脱硫塔的流体动力学模拟及优化设计［J］. 东南大学学报:自然科学版, 2005, 35(1): 105110.
ZHOU Shanming, JIN Baosheng, ZHONG Zhaoping, et al. Flow simulation for large FGD scrubbers and optimization design［J］. J Southeast Univ: Nat Sci, 2005, 35(1): 105110.
［5］孙克勤, 周山明, 仲兆平, 等. 大型烟气脱硫塔的流体动力学模拟及优化设计［J］. 热能动力工程. 2005, 20(3): 270274.
SUN Keqin, ZHOU Shanming, ZHONG Zhaoping, et al. Hydrodynamic simulation and optimized design of a large sized flue gas desulfurizer［J］. J Eng Therm Energy & Power, 2005, 20(3): 270274.
