氧气底吹造锍过程中气泡行为的水模实验

通过底吹炼铜转炉水模型实验,研究底吹造锍转炉中喷嘴数量、喷嘴角度、喷嘴直径、气流速度等因素对转炉熔池气泡大小、气含率及液面喷溅的影响规律.结果表明:喷嘴直径的增大不利于气泡微细化,且加剧了液面喷溅现象;喷嘴角度的增大有利于减小喷溅,但气含率下降;气流速度的增大有利于气泡微细化,显著提高气含率,但喷溅比较剧烈.与单喷嘴喷吹相比,在总喷气量相同的条件下,双喷嘴喷吹具有明显的优势,两种方法的气泡微细化程度差别不大,但是双喷嘴的喷溅情况明显减弱;双喷嘴夹角44°时能获得最大的气含率,约为9%.     

侧吹金属熔池内的搅动现象

针对浸入式侧吹高碳锰铁快速脱碳技术,研究了侧吹熔池内的三维流动特征.对气体喷吹熔池进行实测,以测量结果为基础,用CFD的方法对熔池中气体射流行为进行三维数值计算研究,在计算中考虑了气液相间的滑移和气泡形成阻力对流体流动的影响.研究结果表明:G.A.Irons等有关熔池浸入式侧吹射流的描述方法用于描述金属熔池的射流行为不恰当,为此,对其进行了修正.研究结果表明,修正后浸入式侧吹能更有效吸收气体流股的冲击能量,减少喷溅,熔池中易于形成有利于体系混合的环流,因而有利于高碳锰脱碳过程的进行.     

缸内直喷汽油机喷嘴内流动影响参数分析

为了研究缸内直喷汽油机喷油嘴内流动特性及影响喷孔出口流动参数的因素,建立了欧拉多流体模型对喷嘴内流动进行模拟计算,并对所建模型进行了验证.分析了不同介质和不同喷嘴进出口压差下喷孔内流动特征及影响喷孔出口截面流动参数的因素.结果表明:气泡数密度增大则空穴程度增大,但当气泡数密度大于一定值时,空穴流动趋于稳定;随着空穴程度的增大,喷孔出口截面平均速度增大,平均湍动能减小;喷嘴进出口压差的增大,有利于空穴的发生;喷嘴内湍动和气泡与流动介质间相对运动产生的压力波动,有利于喷嘴内空穴发生;在较高的喷嘴进出口压差的情况下,局部湍动对喷孔出口截面的湍动能影响不可忽略;喷孔内流量系数主要受空穴程度影响.     

上倾管道充气排液过程两相流动特性

在直径为40 mm、倾斜角为20°的管道内,以空气、水为试验介质,利用高速摄影仪和数据采集仪对上倾管道充气排液过程气液两相流动特性进行研究。建立跟随气泡和领先气泡速度比与气泡距离的关系,对比不同入口气体流速下管道内部压力、流量、气泡变化特性。结果表明,充气排液过程分为4个阶段,气体侵入和气液喷发阶段是气液混合物产生阶段,此阶段上倾管内流型以段塞流为主。管道底部压力和出口流量随气体流速的增大而增大,排空时间随气体流速的增大而减小。气体侵入过程气泡呈合并趋势,入口气速越大气泡越长,形状越不规则,领先气泡的速度和液体速度呈线性关系。Hout公式与本文中拟合公式最为接近。     

新型气溶性射流喷嘴设计与数值模拟

针对传统高压水射流清洗耗水量大,能耗和运营费用高、清洗后的废液需要处理才能达到环保要求的缺陷,提出了新型射流清洗方式—气溶性射流.对新型气溶性射流喷嘴进行了结构设计,得到了喷嘴混合室直径、喉部直径、出口直径、收缩段长度以及扩张段长度等关键参数,并对新型喷嘴内外气液二相流场进行了深入计算与分析.结果表明,气液二相流雾滴在喷嘴轴线上速率随气流入口压力增大而增大,在喷嘴喉部速率变化率最大,在喷嘴出口处速率达到最大;当扩散角为10°时,射流扩散较慢,内部扰动和摩擦损失较小;当收缩角为30°时,气液二相流流动性较好,能量损失较小;粒径较小雾滴沿轴线方向速率变化较大,当喷射距离为35mm时,气液二相流雾滴速率达到最大值.     

RH真空室内气泡行为的研究

Ruhrstahl-Hereaeus (RH)上升管内的气液两相流是整个装置的重要动力源,并对钢液的流动、混匀及精炼过程有重要影响.上升管及真空室内的气液两相流决定了钢包内钢液的流动状态,为了研究真空室及上升管内气液两相流,通过1∶6的300t RH的物理模型模拟了RH上升管及真空室内气泡行为过程,并测量了RH循环流量的变化用于计算上升管内含气率以及气泡运动速度最终得到气泡在真空室内的停留时间,同时记录了气泡在真空室内的存在形式.气泡在真空室的存在形式的主要影响因素为提升气体流量,研究发现了气泡从规则独立的大气泡经历聚合长大,碰撞破碎成小气泡,最后变成小气泡和不规则大气泡共存的现象.液面高度达到80 mm之后,气泡在真空室内的停留时间达到一个平衡值,不再随真空室液面高度的增加而发生改变.当提升气体量达3000 L·min-1,气泡停留时间减小趋势弱,对应3000 L·min-1情况下,真空室内气泡开始聚合长大.研究认为对于300t RH的真空室液面高度应为80 mm,提升气体量应在3500 L·min-1左右,优化后,脱碳时间由原工艺的21.4 min缩短至现工艺的17.5 min.     

2种浸入式侧吹模式下的熔池搅拌现象

在考虑流股成泡后各分散气泡形阻力的影响以及气液相运动时相间的滑移等条件的基础上,耦合了Sato模型和湍流分散力,建立了欧拉气液两相多流体模型;采用计算流体力学的方法对深侧吹和浅侧吹2种不同浸入式侧吹模式下熔池内两相流动状态和混合特性等进行了计算和比较.研究结果表明:浸入式侧吹能有效吸收气体流股的冲击能量,减少喷溅,熔池中易于形成有利于体系混合的环流;深侧吹比浅侧吹具有更强的搅拌能力和更快的混合速度,相间和相内传质速度更快,可以为高碳锰铁快速脱碳提供更加良好的反应动力学条件.     

气泡雾化喷嘴下游流场的特性分析

用Fluent软件对气泡雾化喷嘴下游不同截面雾化液滴的平均直径和速度分布进行了模拟计算.分析了雾化粒径与喷嘴直径、气液质量比、气体压力和液体流率之间的关系,以及雾化粒径和流动速度随喷嘴距离(轴向和径向)的变化规律.结果表明,雾化粒径与喷嘴直径之间呈近似正比关系,与气液质量比之间呈近似反比关系,而与气体压力和液体流率之间则存在最优匹配问题.随着喷嘴距离的增大,雾化粒径增大,而流动速度减慢.     

倾斜管中低温气液两相流弹状气泡生成位置的实验研究

为研究倾斜管内低温气液两相流中弹状气泡初始生成位置的分布规律,采用高速相机对以液氮为工质的6种竖直倾角和4种内径下的管内弹状流进行了可视化实验,并对管路漏热进行了详细考察.实验结果表明,弹状气泡平均初始生成位置随管径的增大而增大,随倾角的增大先增大后减小;弹状气泡初始生成位置分布的离散程度随倾角增大而增大,在倾角为20°~45°时达到最大值,之后,其分布变为集中;竖直管路内弹状气泡初始生成位置离散程度随管径增加而减小.     

双辊薄带连铸熔池内钢液流动的混合行为

采用数值模拟的方法研究了双辊薄带连铸熔池内钢液的传输行为,分析了采用V形布流系统时熔池内钢液的流动状态和混合特性.计算了熔池自由表面处的湍流动能大小和流体停留时间分布.结果表明,钢液在熔池内均匀分布,有利于薄带坯的均匀凝固.侧封板处钢液更新速度加快,液面波动加强,有利于防止液面结壳.     

气液两相射流破岩流场数值模拟

为解决传统水射流破岩资源消耗巨大的问题,急需研究出一种高效节能的射流破岩技术,以达到节能减排、绿色可持续发展的目的。本文基于计算流体力学方法,在水射流的基础上加入定量气相,形成气液两相射流,并对其进行数值仿真,研究了气液两相射流的速度场、压力场特性,分析了气相体积分数、入射压力和喷距对气液两相射流破岩性能参数的影响规律。研究结果显示：气相体积分数为30%的气液两相射流的最大轴向速度为288 m/s,相比纯水射流提升超过19%。当射流从喷嘴喷出,高压的气泡溃灭会形成高速溃灭微射流,提高射流速度和射流冲击力。随气相体积分数增加,射流最大轴向速度不断增加,而驻点压力略有下降。随入射压力增加时,射流最大轴向速度呈上升趋势,但增幅逐渐变缓。当喷距增加到35 mm时,射流中的大部分气泡在靶面附近发生溃灭,对靶面产生脉动冲击,使驻点压力回升到26 MPa,此时驻点压力高,射流扩散较小,射流破岩性能良好。     

溶有甲烷煤油的稳态喷雾特性研究

研究了当溶有甲烷的煤油稳态通过直圆孔喷嘴时形成减压沸腾喷射的喷雾特性，试验使用了基于小角度向前散射理论的激光粒度分析仪和数码照相机，由溶解压力控制甲烷的溶解量，利用溶解气体释放产生的沸腾现象来改善雾化，分析了不同的甲烷溶解量、测量位置、喷射压力和喷嘴长径比对流量系数、喷雾形状和锥角、索特平均直径的影响．研究表明：对应于不同长径比的喷嘴，存在一个溶解度临界值，溶解度大于该值时促进雾化，小于该值时抑制雾化；甲烷的溶入使煤油喷雾锥角急剧增大；喷嘴内部气液两相流的性质对溶气油喷雾特性有很大的影响。     

荷电气—液两相同轴圆射流的LDV研究

静电喷雾技术在许多领域得到广泛应用,但对荷电气两相流的理论研究尚不深入笔者通过采用二维激光多普勒测速系统（ Ｌ Ｄ Ｖ） 对荷电气—液两相同轴圆射流进行了实验研究,就电场作用下液滴直径的分布、荷电气液两相流的速度分布进行了分析,并给出了相间运动规律,为荷电两相湍流的深入研究提供了一定的试验依据     

Middle or low water pressure direct spiral double helix converging nozzle structure optimization and flow field analysis

In order to solve the problem of using middle or low water pressure to form fine water mist,a new nozzle is proposed in fire rescue robot.Existing water mist nozzles are basically used for high pressure and in large size,complex structure and poor low pressure atomization effect in comparison with requirement of snake-like fire rescue robots.On the basis of comprehensive typical spray nozzles,a direct spiral double helix converging nozzle(DSDHCN) is proposed,which has the advantages of small volume,light weight,simple structure,and convenient installation.To make the spray nozzle have good performance,and meet the requirements of more efficient fire extinguishing,a numerical study is carried out to analyze the internal and external full flow field of nozzle.A gas-liquid two-phase flow is applied to simulate the external full flow field of nozzle with VOF model in fluent software.The simulation results show the real situation of water flow out of the atomization nozzle and the water jet trajectory.Some simulations about middle or low water pressure direct spiral double helix converging optimized nozzle have been done in 30 bar pressure.The simulation results show that the optimized nozzle structure not only makes the spray droplets have a good cone angle,but also have a sufficient axial velocity,which proves the structure rationality of the proposed optimized nozzle.     

组合转子管式光生物反应器气液两相流混合特性模拟研究

通过Fluent流场分析软件对组合转子管式光生物反应器气液两相流混合特性进行模拟。以欧拉多相流模型、k-ε湍流模型为依据,分别对无内置转子光管、内置两叶片转子管、内置翼片转子管在多种倾斜角度下的速度云图、旋流数、气含率、气相速度、湍动能进行分析。结果表明：内置组合转子能够提高流体湍动程度,促进流体混合传质;翼片转子由于其特殊的结构能够显著增加管式光生物反应器中的气含率,提高气液两相间传质效果,传质效果相较于两叶片转子管和光管分别提高53.7%和26.5%;随着管路倾角由0°增大至90°,流体平均湍动能逐渐增加,内置组合转子后平均湍动能增加更加明显,与两叶片转子相比,翼片转子在0°和30°情况下混合传质效果更好。     

弯管内成品油顺序输送混油数值计算

为了研究弯管对成品油顺序输送混油量的影响,采用volume of fluid（VOF）多相流模型,通过改变水平弯管的弯曲角度、曲率半径与竖直双弯管油品的输送顺序、方向及速度等因素,对水平弯管和竖直双弯管两种状态下成品油顺序输送进行三维数值模拟。结果表明：成品油在不同弯曲角度水平弯管中顺序输送时,随弯管弯曲角度增大,弯管处流场变化对混油段干扰加剧,混油量加大;在不同曲率半径水平弯管中输送时,随着弯管曲率半径增大,混油“双前锋”效应减弱,顺序输送过程中的混油段也相应缩短;成品油在竖直双弯管中顺序输送时,对于油品上行,汽油前行比柴油前行产生的混油量少,对于油品下行,相同输送顺序下结果则正好相反;当油品上行、汽油前行时,增大油品输送速度,紊流径向脉动加剧,油品间轴向扩散减小,混油段明显变短。     

气液两相流多尺度相干结构及其间歇性

小波分析用于流体力学的研究已有一定的进展,采用恒温热膜测速技术,以高于对应的最小湍流时间尺度分辨率,精细的测量了鼓泡塔内不同空间位置的瞬时气液两相流动速度信号。基于子波系数的瞬时局部平坦因子,提出用子波分析检测湍流多尺度相干结构的条件采样方法,以单气泡结构的相位平均波形为基础,对鼓泡塔内气液两相湍流场进行了研究。结果表明:鼓泡塔中气泡结构是两相湍流产生奇异性和间歇性的诱因,喷嘴出口区域的一定喷射锥角范围内,才有气泡结构,并受到对应的平坦因子及间歇性的影响。     

超音速火焰喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层的冲蚀磨损特性

实验研究了燃气流量、氧气流量和喷涂距离对超音速火焰 (HVOF)喷涂Cr3C2 NiCr涂层冲蚀磨损性能的影响 ,在对不同角度冲蚀后涂层表面和横截面结构分析的基础上 ,探讨了其冲蚀磨损失效机制 .结果表明 :Cr3C2 NiCr涂层的冲蚀磨损呈现脆性材料的冲蚀磨损特征 ,在 90°冲蚀率最大 ;磨料冲击引起的裂纹沿涂层内粒子界面萌生、扩展并最终导致粒子剥落 ,是涂层主要的冲蚀磨损机制 .     

近刚性圆柱水下爆炸气泡动力学特性研究

针对刚性圆柱附近水下爆炸气泡的动力学特性进行了研究. 基于Navier-Stokes方程结合流体体积法捕捉气液两相界面,建立了数值模型;采用电容器放电产生水下爆炸气泡并用高速摄像机记录了气泡的脉动,并将实验结果与数值模拟结果对比验证了数值模型有效性. 通过数值模拟得到了气泡与刚性圆柱相互作用的流场细节信息. 结果表明:气泡在刚性圆柱附近脉动使得刚性圆柱表面流体介质存在速度梯度,速度较大的流体液层冲击气泡形成不同的气泡形状. 定义了一个量纲一的距离参数来表征气泡与刚性圆柱之间的相对距离,研究了距离参数对射流冲击压力、最大射流速度及气泡型心运动的影响. 随着距离参数的增大,射流冲击压力逐渐减小,气泡内部最大射流速度先增大后减小;气泡型心的偏移随距离参数的增加而减小.