材料表面浸润性能的研究具有非常重要的意义,具有超亲水和超疏水性能的材料为开发特殊功能器件提供了可能。基于光滑耗散粒子动力学(SDPD)方法的多相流模型对超亲水和超疏水浸润现象进行了研究,结果表明接触角为30°~135°时,模型能基本满足计算精度的要求,但超出这个范围,计算结果的误差较大。通过系统分析,为计算误差偏大的各类浸润问题的研究提出了改进建议。

首先回顾了自上世纪60年代以来国内外相关流量测量技术的发展历程,总结了相关流量测量理论、传感器设计、相关器设计、流速测量模型等方面的主要研究成果,介绍了基于运动波理论的多相流相关流量测量技术新近研究进展,最后论述了相关流量测量技术的未来发展方向.

对涡轮流量传感器进行了理论分析,给出了涡轮流量计仪表常数的计算方法,讨论了获得较大固有仪表常数K0时涡轮传感器结构参数(如叶片数、涡轮半径、口径等)的优化组合问题,通过多相流动实验,总结出K0与流动密度之间的实验关系,由此给出用涡轮流量计测量多相流的半理论半经验公式,并在油井多相流量测量中得到了实际应用,符合较好.

在大型铜熔炼底吹炉冶炼过程中,气动搅拌对熔体混合和反应速率起着重要作用。为研究高温、密闭的大型底吹炉内熔体搅拌现象,采用计算流体力学(CFD)方法,建立了与实际装备相对应的等效几何模型,并通过数值模拟计算分析了大型底吹炉内气动搅拌机理。结果表明气泡是大型底吹炉气动搅拌的基本单元,气泡周期性的生长脱离、上升形变、熔体表面破裂过程,将自身动能传递给熔体,促进熔池内成分均一化。持续产生的气泡对熔体做功,为熔池和入炉物料提供了充足的搅拌能。熔池内部形成核心搅拌区和澄清区,为铜冶炼过程的反应和分离提供了良好条件。研究得出的气动搅拌机理对今后大型底吹炉优化设计和工程应用起到了指导作用。

为分析混合式油气混输泵内部流动情况、探索混合式叶轮结构对混输泵性能的影响,该文基于Pro/E及Fluent等软件,对混合式油气混输泵建立全三维流场。并采用Mixture多相流模型、Standard k-epsilon湍流模型以及基于Pressure-Velocity耦合计算的Simple C算法。以理想状态的水和空气作为多相介质,通过改变含气率(GVF)等工况,分析了混合式油气混输泵的内部流动情况,以及不同外径的混流式叶轮对油气混输泵外特性的影响。结果表明:混合式油气混输泵相较于原型泵的扬程和效率得到提高,混流式叶轮内的气液分布较为均匀,随着混流式叶轮外径的增大,扬程提高越明显;在相同混流式叶轮外径下,随含气率提高,扬程逐渐下降,叶轮出口边出现气液分离,但流道内湍动能基本不发生变化。

为揭示液相黏度对混输泵内气液两相的分布规律的影响机制,以三级油气混输泵为研究对象,选取油、气两相作为运输介质。基于ANSYS Fluent软件对泵内两相流态进行数值模拟,分析和总结不同液相黏度下气液两相分布规律。结果表明:液相黏度越小对油气混输泵内气相体积分布影响越大;随着液相黏度的增大,沿着泵流向方向的气相体积分数脉动减小;随着液相黏度的变化,泵内液相分布与气相分布位置刚好相反,并且当介质为重质油时,在泵内0.9倍叶高处叶轮出口开始出现液相聚集现象;液相黏度的增加对于油气混输泵内气相分布的均匀性具有改善作用。研究结果可为油气混输泵的结构优化和性能改善提供参考。

采用Fluent软件,基于欧拉-欧拉方法的VOF多相流模型对喷嘴的内部流场进行仿真分析,研究喷嘴出口段结构参数对喷嘴性能的影响;在确定喷嘴出口段最优结构的基础上,应用基于欧拉-拉格朗日方法的DPM模型对喷嘴的外部雾化射流区域进行了雾化状态分析,并探究了喷嘴的雾化机制。结果表明:出口锥角θ=51°时喷嘴的性能最优,平均速度为101.19 m/s,湍流强度为2141.1%,达到最大值;出口长度L_(2)=20 mm时喷嘴的性能最优,速度为101.03 m/s,湍流强度为2121%;出口直径d_(2)=25 mm时喷嘴性能最优,平均速度为101.49 m/s,湍流强度为2101%,且出口直径d_(2)对喷嘴的雾化性能影响最大。并根据优化后的结构尺寸进行了5∶1比例缩小的实验,对喷嘴内部液相流动状态呈四点分布进行了验证,同时喷嘴外部雾化液滴分布锥角与仿真结果误差为3.81%,雾化液滴粒径最大误差为3.67%。

针对开展海洋装备腐蚀等多种磨损综合效应研究的需要，设计一种基于多相流的综合磨损实验台，并研究该实验台的数据采集系统，系统由上位计算机系统、单片机测控系统、电化学腐蚀测试系统、RS232总线和传感器系统组成，实现了实验数据自动采集及处理、参数的特性曲线绘制等功能。通过对Q235、45^#钢、304不锈钢等试件开展综合磨损实验，对设备的6种主要状态参数进行实时测量。结果表明：所研究的数据采集系统能方便地调节实验参数并能实时采集保存数据，直观显示并监测实验状态，发生故障及时报警，有效地提高了综合磨损实验台数据采集的实时性、准确性和可靠性．为类似实验系统的状态参数监测提供了一种新的手段。

为研究血泵内部血细胞分布规律及溶血预测方法，以自制轴流血泵为例，应用多相流分析方法，采用多重参考坐标系法（MRF）等技术建立数值分析模型，并通过体外循环实验验证模型的有效性。进一步分析血泵内部血细胞浓度、速度、压力等的分布规律，得到血细胞破坏区域和一般规律。根据优化的溶血模型对血泵的溶血性能进行评估，在此基础上提出溶血实验指标标准溶血指标（NIH）与溶血预测值之间的转换关系。研究结果表明血细胞在血泵内部不是均匀分布，叶轮处有明显分离现象;血泵内部剪切应力在200Pa以下的区域的体积分数约为98.6%，高剪切应力主要位于叶轮顶部和外壳的间隙处;在剪切应力为常数时，优化的溶血预测模型和Giersiepen实验得到的溶血模型相符合;采用优化模型计算得到血泵平均溶血预测值0.0057，具有较好的溶血性能。

针对煤液化中液一固两相流输送过程造成管道系统的冲蚀磨损失效问题，以90°圆形截面弯管结构为研究对象，采用标准κ-ε湍流模型、颗粒轨道模型和冲蚀磨损模型，对弯管内的流动特性和壁面磨损率进行数值计算。研究表明，靠近弯管背部的流场速度高于腹部，粒子向背部聚集，导致背部的冲蚀磨损较其它部位更为严重。因此，实际管道系统中的弯管背部应为定点测厚重点监测区域。