水平壁面上液滴吹离的临界风速

以空气横掠水平壁面上的液滴作为研究对象，确定液滴脱离时的界面形状，给出沿接触线周边接触角的变化关系，在滞后张力模型的基础上，从力平衡出发建立脱落直径的联立方程，讨论液滴脱离直径与来流速度的关系．随来流速度增加，液滴所受表面力和风力均增加，低来流速度下，表面力起主要控制作用，随来流速度增加，风力比表面力增加得快，导致液滴半径越小，被风吹离所需的临界风速越大．液滴脱离的临界风速还与液滴距平板前缘L的距离有关，表现为L越大，液滴被吹离所需的临界风速越大，且液滴半径越大，L影响越显著．     

矿井排风热回收上喷淋液滴运动模型及其优化

为了减小矿井排风热回收装置的水损失量,设计了上喷式矿井排风热回收装置。通过液滴受力及运动分析,计算了不同迎面风速u_a下液滴不被吹飞的临界直径,以及不同迎面风速、液滴粒径d与液滴初速度u_d下,液滴最大上升高度。当u_d2u_a时,液滴最大上升高度主要由液滴初速度决定,迎面风速次之,液滴粒径影响很小;当u_d3u_a时,液滴最大上升高度由液滴粒径、液滴初速度、迎面风速共同决定。     

非均质表面诱导液滴脱落的数值模拟

采用伪势格子玻尔兹曼方法 (LBM)多相流模型对均质表面上液滴脱落临界直径与壁面润湿性的关系以及非均质表面上液滴聚合脱落现象进行了研究,分析了液滴尺寸、壁面润湿性的差异、液滴半径比对非均质表面液滴聚合脱落的影响。结果表明:非均质表面在一定程度上可以诱导相应尺寸大小的液滴聚合并脱落,可通过增大中间区域的接触角来扩大非均质表面诱导聚合脱落液滴的尺寸范围;非均质表面接触角差值越大,液滴聚合速度越快,同时液滴在壁面上的铺展能力越强,液滴纵向振荡幅度越小;在一定范围内,液滴半径比越大,两液滴的内部压力差越大,融合速度越快,液滴可获得额外的动能并从壁面上脱落。     

萃取塔内液滴的测量统计技术和分布特性

研究不同界面张力的液－液萃取体系得到了传质条件下萃取塔内液滴直径的变化规律。通过改进照相技术．校正光路曲率变形，建立液滴图像处理系统，可以迅速和比较准确地得到液滴的分布曲线和统计平均直径ｄ４３，结果表明：脉冲筛板萃取塔内液滴分布可用正态分布函数来描述．并得到了液滴平均直径ｄ４３和分布方差σ的计算关联式。     

微米级余弦槽表面疏水性及冷凝传热实验研究

为了研究余弦微槽结构的疏水性和冷凝传热性能,首先制备了不同槽峰高度和槽距的微米级余弦槽结构表面,实验研究了不同结构微槽表面的静态接触角及其对滴状冷凝传热性能的影响,并对冷凝传热过程中液滴在微槽表面合并、脱落过程进行实验研究和热力学分析。结果表明,液滴在微槽表面的疏水性和传热性能都呈现明显的各向异性,横向静态接触角θ⊥明显高于纵向接触角θ∥。同时,冷凝传热过程中竖直纵槽阻碍液滴的横向合并,但其对液滴脱落过程起到极大促进作用,传热性能较光滑表面提高30%~50%,且峰距比越大液滴的脱落半径越小、脱落频率越高,表面传热效率也越高。水平横槽则相反,虽然增大峰距比促进了液滴合并,但却对其脱落过程产生不利影响,导致整体传热性能较纵向槽表面大幅下降,与光滑表面接近。引入表面润湿率对微槽表面的液滴脱落半径进行热力学计算,计算值与实验结果吻合较好,误差在20%以内。     

沙漠甲虫背部凝水分析

基于沙漠甲虫利用由亲水突起和疏水凹槽组成的背部凝聚空气中水分的现象，分析凝水过程物理机理，给出数学描述．将凝水过程分作三个阶段，吸聚：小雾滴在背部亲水突起上吸附，长大成小水珠；聚合长大：单突起上直径为1—2mm的小水珠因不能脱落而与邻近水珠聚合，之后长大为大水珠；脱落：大水珠从背部脱落，流入甲虫口中．导出了水珠脱落半径与甲虫背部表面及外界环境参数的数学关系，得出风速为5m／s时，直径至4．1--5．6mm的水珠以滑动方式脱落，这与文献中实际观察到的水珠脱落直径为4—5mm基本一致．     

高温燃气中单个液滴的蒸发特性

为分析单个液滴在高温燃气中的运动和蒸发过程,考虑了气-液两相耦合,建立了描述整个过程的数理模型,并通过计算获得了液滴直径、速度和平均温度的变化规律以及燃气温度和速度的影响.计算结果显示,较高的燃气温度和速度都能加速蒸发过程.另外发现当燃气温度沿液滴运动方向降低时,存在一个临界液滴直径,小于该值时,燃气速度越高液滴蒸发时间越短,超过该值时,燃气速度越高液滴蒸发时间越长.在文中的计算条件下测得该临界值约为100ìm.所得结果可为雾化液滴群在高温气流中的蒸发特性研究提供依据.     

基于多相流理论高速动车组齿轮箱密封系统分析

为了研究高速动车组齿轮箱密封系统的密封机理,分析润滑油液滴和理想气体混合介质下迷宫密封的密封性能,建立某国产驱动齿轮箱输出端密封系统结构的计算模型,采用Euler-Euler双流体模型,通过数值模拟得到密封系统的内部流场,对比研究转子转速对混合介质下密封内部流场的介质分布影响,分析润滑油液滴体积分数和直径对密封结构泄漏量的影响。研究结果表明:密封间隙的直通效应、润滑油液滴分布于静子腔或转子腔以及空腔所处位置是影响迷宫密封性能的主要因素;随着转子转速的增加,润滑油液滴的泄漏量先上升后下降最后趋于稳定;润滑油液滴体积分数越高,直径越大,泄漏量越大;当液滴体积分数越高时,液滴体积分数对泄漏量的影响越小,呈非线性关系,但泄漏量随液滴直径的增大呈近线性关系增大。     

剪切气流驱动下微沟槽表面液滴受力分析

通过对剪切气流驱动下液滴在平行微沟槽表面的受力及变形的理论分析,提出了沟槽表面液滴在剪切气流下脱落的力学模型.在卡特皮勒力计算中,分别改进了积分式中固液接触角、接触半径项,采用一个更符合实际物理现象的分段函数表征了积分式中的接触角项;而对于接触半径项,利用椭圆接触线方程导出.在拖拽力的计算中,引入了无滑移边界条件下的剪应力公式简化了已有的拖拽力表达式.利用小型风洞,对所建立的力学模型进行了验证.测量结果表明,液滴脱落所需要的风速随着沟槽尺寸的增大而增大,沟槽方向垂直切向流放置情况下液滴所需要的脱落风速明显大于平行方向放置情况.实验观测结果与理论受力模型具有较好的一致性,表明所建立的力学模型合理有效.     

液-液两相介质中液滴在冲击作用下的演变过程

本文自行研制了一种用于研究冲击作用下,液-液两相体系中液滴变形及其破碎现象的坠落实验装置,并通过在油为连续相环境中生成球形液滴,对液滴在冲击作用下的演变过程进行了实验研究．结果表明,该装置在液．液两相介质中液滴变形破碎机理问题研究中展示出其特有的优势和潜力;通过高速摄影所记录的液滴演变过程,总结出本实验条件下四种较为典型的演变模式,根据其演变特征分别称之为袋状、帽状、竹节状和蘑菇状模式．这些模式所伴随的变形、破碎等过程具有不同的特点,其中有些模式在已有的公开文献中尚未见到相关报道．此外,针对几个重要参数,如冲击强度、液滴直径、相界面张力、液滴及外环境油相密度等开展了一定的研究．在此基础上,重点关注冲击强度和液滴直径两个参数对液滴演变的影响．结果表明,坠落高度和液滴直径存在一定的等效性,即适当的坠落高度和液滴直径搭配可以得到类似的演变模式．     

气-水环状流携带液滴粒径几何特性的测量

用激光衍射技术测量了水平管内空气－水环状流携带液滴的粒径几何分布特性,得到了Ｓａｕｔｅｒ平均直径、体积平均直径、体积分数、折算表面积等描述粒径几何特性的参数;用双参数模型描述了液滴粒径的分布,研究了折算气速、液相折算雷诺数对液滴粒径分布的影响;并利用双平行电导探针测量了气液界面波,根据界面结构分析了环状流中液滴携带的方式．     

分支管气固两相流动阻力性能的研究

在水平T型分支管道中,用压缩空气对平均粒径分别为0.25 mm和0.5 mm的砂石进行气力输送试验,对气固两相流动的阻力性能进行研究.试验结果表明,在发送压力保持不变的情况下,当输送气速逐渐下降时,分支管的单位长度压差在开始时减小,但当输送气速下降到一定程度后,单位长度压差下降趋势减缓,有时甚至转而增大;当分支管路流量控制阀开度差值由小变大时,两分支管路中颗粒产生沉积时的临界速度发生相反方向的变化,且平均粒径较小的颗粒临界速度相对较大.     

轴流旋风分离器特性的数值模拟

为了研究轴流旋风分离器的性能,主要分析2.5~6m/s风速下叶片间距、旋转角度及排尘间隙对旋风分离器阻力和切向速度的影响.结果表明:旋风分离器的阻力随风速的增大而增大;叶片旋转角度对旋风阻力影响不大,但旋转角度的增加可增大最大切向速度;叶片间距变化对阻力和切向速度的影响很大,在6m/s风速下,叶片间距12mm较16mm时阻力增加31.1%,切向速度增大11%;排尘间隙变大可明显增大阻力,对切向速度影响较小.叶片间距为16mm,叶片旋转圆周角为90°,排尘间隙为7.15mm的旋风分离器对A4粗灰的分离效率可达85%以上.本研究结果为轴流旋风分离器几何参数设计提供了依据.     

机车用折角式过滤器特性的数值模拟

研究了不同风速下通道宽度、折角角度及折角个数对机车用折角式过滤器阻力的影响,重点分析了高风速(≥5m/s)下过滤器的性能.结果表明:高风速下,16mm通道宽度过滤器的阻力增加迅速,对16mm和20mm通道宽度的过滤器而言,在6.5m/s风速下,间距增加25%,阻力减少36%.折角角度的改变会显著影响过滤器的阻力,在高风速下这一特征更加明显.在相同通道宽度,通道长度减少29%的情况下,二折角过滤器的阻力较三折角过滤器平均减少40%.在高风速、低阻力使用条件约束下,可依据研究结果设计过滤器几何参数,将折角过滤器作为多级过滤的第一级.     

水力旋流器内空气柱的形成规律初探

探讨了不同排料方式下的水力旋流器空气柱形成的机理，定量分析了旋流器的结构参数对形成空气柱最小压降的影响。实验结果表明，传统大气排放式旋流器空气柱内的空气基本是从大气中吸入的。形成空气柱的最小压降，随着溢流口直径及锥角的增大而增大，随着进料口直径的增大而减小。而水封式旋流器空气柱的形成是由于旋流中心压力低于大气压后，溶解在液流中的气体析出而造成的。同样结构的旋流器，其形成空气柱的最小压降比在气排放式旋流器的要大。且随着溢流口直径的增大而增大，随着进料口直径及锥角的增大而减小。     

芯片冷却过程旋转冲击射流换热特性的数值模拟

采用数值仿真的方法模拟了旋转冲击射流的换热过程,分析了换热过程中喷射孔径、喷射间距、旋转角速度以及流场分布特性对射流冲击换热的表面传热系数与平均换热效果的影响。结果表明,3mm孔径的平均换热效果要强于相同Re数下6mm孔径,而且,大孔径射流时的平均传热系数受角速度的影响要比小孔径时大。角速度的增加使换热板上最大换热系数减小且由驻点向外偏移,加入旋转可以使板上的换热更加均匀,表现为角速度越高,平均表面传热系数曲线越平坦。以上规律为旋转冲击射流在高密度电子芯片散热中的应用提供了理论参考。     

渐变截面型入料口夹角对旋流器流场及压降的影响

利用RSM雷诺应力模型和VOF多相流模型,通过数值试验方法考察了渐变截面型入料口夹角对Φ50 mm水力旋流器流场及压降的影响.结果表明,增大入料口夹角,切向速度增加,致使分离效率提高;与此同时,轴向速度和溢流管底端的最大径向速度也随之相应增加,导致沉砂分流比略有降低、短路流量增加,但对湍流结构影响不明显;空气柱直径同样随着夹角的增加而增大,从而有效分选空间减小.旋流器内部的压力损失主要包括主分离区域的损失和入料口区域的损失;增大入料口夹角,总压降增加,导流能力增强,当夹角为20°时,导流性能最优,但能量利用率降低.     

水力旋流器内部流场的数值研究

在PIV实验验证的基础上,利用RSM雷诺应力模型和VOF两相流模型对50mm水力旋流器内部流场进行了系统的数值研究.结果表明:旋流器内静压从器壁至中心逐渐下降,静压为0处即为空气柱边界,空气柱内为负压,空气柱的存在增加了分级过程的能量消耗;旋流器内切向速度分布符合组合涡特征,内部为强制涡运动,外部为半自由涡运动;零速包络面是轴向速度方向发生改变的转折面,其上部为柱形,下部为锥形,柱形段直径约为溢流管的23倍;在外旋流区域径向速度方向从旋流器器壁指向中心,内旋流区域存在方向相反、位置相对的径向速度,空气柱内径向速度基本为0.