新型电聚结器结构参数对液滴聚结特性的影响

设计包覆绝缘层的高压电极并加工4种新型静电聚结器,采用水/原油乳状液为试验介质,利用显微高速摄像系统结合图像处理技术对水滴的聚结规律进行观察和分析,探索电极层数、电极间距和电场强度等因素对水滴聚结特性的影响。结果表明:包覆绝缘层的高压电极可有效防止电击穿现象的发生,增加电场强度,提高电场作用时间有助于油水分离,但高于临界场强后容易导致液滴破碎;电极层数不同时,只要达到一定的电场强度均能促进液滴聚结,但多层电极处理量大,经济效益显著;极板间距较小时,能耗低但电场畸变严重,在满足工作场强的前提下可以适当增加电极间距;能耗受含水率、电极层数和极板间距等条件影响,综合考虑各因素可降低能耗。     

绝缘紧凑型电破乳器中液滴聚结特性研究

为了提高油包水乳状液在电脱水过程中的破乳效率，从静电聚结机理出发，推导出电极间距与电场强度的关系式；通过分析液滴在极板间距狭小的矩形聚结管道中的受力状况，同时考虑绝缘层以及层流流态对电场中液滴聚结作用的影响，设计出一种绝缘紧凑型电破乳器。改变所加电压和流量以调节破乳器中的电场强度和乳状液停留时间，利用激光粒度仪测量乳化物中水滴的体积平均直径。结果表明，缩小电极间距能产生高强电场；包覆绝缘层的电极板在小间距下能有效破乳并防止击穿，且电场强度越大停留时间越长，聚结效果越显著。该装置可提高油包水乳状液的聚结效率并节省大量空间。     

温度对流场中液滴运动轨迹偏转作用的研究

推导了扩散相液滴运动轨迹模型和温度场中平均流修正模型,并优化了计算方法.直接数值模拟结果表明:平均温度和温度分布方式不同都会引起温度剖面和平均流剖面发生相应的变化,但它们的表现形式各不相同.因为温度场的变化会改变液滴所受到的不平衡剪应力,所以温度不同液滴的运动轨迹也不同,这种变化的动力来源于温度剖面和平均流剖面发挥的作用,它显著地影响液滴的聚结效率,因此,适当地调节流场温度可以改善流场的聚结条件.在层流流场中液滴的运动方式受温度分布的影响具有一定的随机性,但随机变化因素中包含确定性因素.液滴的聚结效率在一定程度上依赖于流场的平均温度,但温度分布方式也是影响聚结效率的不可忽视的因素,温度是理论反演计算和简化工程计算的必要条件.     

直流电压下植被燃烧颗粒在火焰间隙中的运动分析

近年来山火引起输电线路跳闸事故频发.植被燃烧产生的荷电颗粒畸变电场、产生触发放电是引起间隙放电的关键因素.在正负极性直流电压下,荷电颗粒运动和分布的差异对击穿电压有较大影响.为此,建立简化模型进行温度、流体、电场和颗粒运动的多物理场耦合分析.首先根据典型植被火焰燃烧的放热率,仿真计算温度和流体速度.然后结合流体场和电场,仿真分析不同极性颗粒的受力过程.结果表明,在靠近火焰中部的颗粒受曳力和电场力作用更大,更容易被电极吸附或排斥;荷质比越大,颗粒其受电场力和曳力作用越大.最后分析了不同极性颗粒的运动和分布规律.     

气液旋流器的分离性能

旋流器内气液两相的分离过程是液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程.对液滴的聚结、破碎机制进行分析,试验验证液相物性、流场强度对液滴聚结、破碎以及旋流器分离性能的影响.结果表明:液相黏度对涡流场中液滴的破碎影响很大,黏度增大分离效率上升;湍流强度是导致旋流场液滴破碎的主动力,当流量达到一定值时,高湍流强度导致液滴破碎,分离效率随流量上升开始急剧下降;液滴聚结、破碎过程对分离器压力降影响不大.     

直流电场作用下微米级液滴碰撞聚结研究

润滑油在工业中的有着重要作用,但其中的水分会影响设备性能和使用寿命。传统的水分去除方法效率低、成本高。静电脱水技术可以通过电场作用将水润滑油中从分离出,利用电场促进油水液滴的碰撞和凝聚,具有快速、高效、环保等优点。本论文利用COMSOL软件对油包水乳液中两个液滴的碰撞聚集进行数值模拟,研究微米级液滴直流电场作用下电场强度、温度、粒径、和液滴间距等因素对碰撞和聚结行为的影响规律,研究表明随着电场强度增大,液滴聚结时间快速变小,但电场强度超过一定值时影响减弱;随着温度的升高,液滴聚结时间先急剧减少,到一定值后基本趋于稳定;随着粒径增大,液滴聚并总时间随液滴直径先缓慢增加,当粒径超过一定值时急聚增加;随着液滴间距增大,聚结总时间不断增大,本文为静电脱水的机理研究提供理论依据,为高效破乳脱水装置的设计提供技术支撑。     

电场分布对射流等离子体生成特性的影响

为了研究电场分布对射流等离子体生成特性的影响,运用有限元分析软件AnsoftMaxwell,对柱-环、柱-三环、柱-螺旋管、柱-管4种不同射流等离子体电极结构下的电场强度及均匀度等参数进行了电场仿真计算,模拟起始放电前不同电极结构下的电场分布情况.分析电场强度及均匀度等参数对射流等离子体生成的影响,结合相应的实验进行验证.仿真和实验结果表明:4种电极结构的最大电场强度差别不大,起始放电电压大致相同;柱-环电极电场分布最不均匀,容易向弧光放电转化;柱-管电极电场分布最均匀,强电场区域大,易于生成大量稳定的辉光放电等离子体.因此,电场分布越均匀、强电场区域越大的电极结构有利于抑制辉光放电向弧光放电的转变,有利于射流辉光等离子体的生成.     

电容层析成像系统三维电场分析及阵列电极优化

通过电磁场有限元软件ANSYS仿真,构建电容层析成像(ECT)系统敏感阵列电极三维模型,分析ECT敏感场的"软场"效应,推导计算灵敏度矩阵,并分析敏感阵列电极结构参数对ECT电场灵敏度的影响,进而优化阵列电极结构.实验结果表明,利用优化的阵列电极可获得较均匀的敏感场分布及较高的检测灵敏度,并重构出较满意的图像.     

人工环境室内湿度场的数值模拟和优化

采用FLUENT离散相模型对环境室内水滴的蒸发过程仿真模拟.研究了喷入液滴直径、送风速度和送风温度对环境室内流场、湿度场的影响.计算结果表明:喷入液滴直径越小、送风温度越低时,湿度场的均匀性越好;增大送风速度,湿度场能更快达到稳定.综合考虑经济性和湿度场均匀性,对于该计算模型,在送风温度为320 K、送风速度为18 m/s时得到最优的液滴直径为10μm;在送风温度为320 K、液滴直径为2μm时得到最优送风速度为18 m/s.     

静电聚结效果在线评价实验

研究在线测量连续流动聚结实验系统,实现油包水乳状液微观形貌的在线观察和采集,并利用该系统研究电场参数和流动参数等对油包水乳状液中水滴聚结特性的影响规律。结果表明:高强电场在低流量下具有显著作用,随着流量增加其作用减弱但在高流量下依然使液滴粒径明显增大;不同波形下,低频范围内最优频率为30 Hz,但是超过50 Hz后随频率增加液滴聚结效果提高;不同波形下,液滴粒径随电场强度增加而增加,但最优电场强度不同;直流脉冲和正弦交流波形的最优场强约为200 k V·m~(-1),而交流脉冲和方波的最优场强要高于该值;不同波形下聚结效果不同,相同电场频率和电场强度下直流脉冲电场中聚结效果最优,正弦交流、交流脉冲和方波电场中聚结效果稍差。     

石油磺酸盐对玻璃纤维聚结脱水性能的影响

目前,关于纤维表面水滴聚结与脱落过程的研究多为定性分析,缺乏相关实验数据,并且各种因素对纤维聚结脱水效果的影响并不清晰。针对以上问题,搭建了一套可视化微流道实验系统;在航空煤油-水体系中加入表面活性剂石油磺酸盐,制备了两种不同界面张力的乳状液;利用建立的实验系统观测在不同界面张力下纤维表面水滴的聚结与脱落过程,并讨论了影响水滴聚结与脱落的主要因素。结果表明：在18 mN/m的界面张力下,最大水滴粒径在前3 min增长较快,在3 min后增长较为缓慢;在8 mN/m的界面张力下,在前6 min最大水滴粒径的增长趋势较为平缓,6 min后最大水滴粒径几乎不再增长,并且在聚结初始阶段水滴呈单侧分布;水滴单位面积的表面活性剂分子数存在饱和值,当达到饱和值时,水滴被表面活性剂分子完全包围,很难与其他水滴发生聚结行为;在18 mN/m的界面张力下,流场流速是引起水滴断裂脱落的主要原因;在8 mN/m的界面张力下,水滴的断裂脱落不仅受流场流速的影响,而且还与表面活性剂的含量有关。     

石油磺酸盐对玻璃纤维聚结脱水性能的影响

目前,关于纤维表面水滴聚结与脱落过程的研究多为定性分析,缺乏相关实验数据,并且各种因素对纤维聚结脱水效果的影响并不清晰。针对以上问题,搭建了一套可视化微流道实验系统;在航空煤油-水体系中加入表面活性剂石油磺酸盐,制备了两种不同界面张力的乳状液;利用建立的实验系统观测在不同界面张力下纤维表面水滴的聚结与脱落过程,并讨论了影响水滴聚结与脱落的主要因素。结果表明：在18 mN/m的界面张力下,最大水滴粒径在前3 min增长较快,在3 min后增长较为缓慢;在8 mN/m的界面张力下,在前6 min最大水滴粒径的增长趋势较为平缓,6 min后最大水滴粒径几乎不再增长,并且在聚结初始阶段水滴呈单侧分布;水滴单位面积的表面活性剂分子数存在饱和值,当达到饱和值时,水滴被表面活性剂分子完全包围,很难与其他水滴发生聚结行为;在18 mN/m的界面张力下,流场流速是引起水滴断裂脱落的主要原因;在8 mN/m的界面张力下,水滴的断裂脱落不仅受流场流速的影响,而且还与表面活性剂的含量有关。     

Mechanism and simulation of droplet coalescence in molten steel

Droplet coalescence in liquid steel was carefully investigated through observations of the distribution pattern of inclusions in solidified steel samples. The process of droplet coalescence was slow, and the critical Weber number (We) was used to evaluate the coalescence or separation of droplets. The relationship between the collision parameter and the critical We indicated whether slow coalescence or bouncing of droplets occurred. The critical We was 5.5, which means that the droplets gradually coalesce when We ≤ 5.5, whereas they bounce when We > 5.5. For the carbonate wire feeding into liquid steel, a mathematical model implementing a combined computational fluid dynamics (CFD)-discrete element method (DEM) approach was developed to simulate the movement and coalescence of variably sized droplets in a bottom-argon-blowing ladle. In the CFD model, the flow field was solved on the premise that the fluid was a continuous medium. Meanwhile, the droplets were dispersed in the DEM model, and the coalescence criterion of the particles was added to simulate the collision-coalescence process of the particles. The numerical simulation results and observations of inclusion coalescence in steel samples are consistent.     

直流电场下O/W体系中油滴的迁移行为及油水分离效果研究

首先利用电化学工作站和生物显微镜研究了直流电场下水包油（O/W）乳化体系中油滴的迁移行为,然后分析了电场强度、油滴粒径等因素对油滴迁移行为的影响规律,结果表明：直流电场下,油滴会发生定向迁移,但迁移过程中不会发生聚并;油滴迁移速率随着电场强度的增大而增大,随着平均粒径的减小而变小。直流电场可破坏油滴表面稳定的电荷结构,导致油滴表面电荷分布不均,从而促使油滴在电场中发生定向迁移,并在阳极表面发生破乳、聚并,实现与水相的分离。最后,对直流电场作用下乳化含油体系的油水分离效果进行了实验验证,结果表明,对初始含油量为89.2 mg/L的模拟乳化废水而言,在一定条件下进行处理后,其出水含油量低于5 mg/L,除油率高达95.3%。     

柴油喷雾粒径空间分布特征理论与实验研究

为研究小型柴油燃烧器压力雾化喷嘴在喷雾外流场空间内的柴油喷雾粒径分布特征,采用激光粒度仪测量沿喷嘴出口轴向方向各截面处的液滴粒径分布。分别测试了不同配风量,不同喷油压力,不同喷雾锥角和油量条件下在 5 ~ 50 cm截面处的粒径分布,对其液滴平均索特尔直径进行分析,用分散指数表征液滴分布的均匀性。研究表明,喷雾粒径在空间的整体分布是在喷雾出口处区域最小,在浓雾区粒径最大但分布均匀。随风量和油压的减小,平均粒径增大,喷雾锥角对粒径影响不大,而油量对全局的空间分布影响较大。液滴在风量大的浓雾区分布均匀,但油压超过 1.2 MPa,初始破碎区的均匀度反而下降。初始破碎区的液滴粒径受液滴间相互作用影响,结合实验结果,引入液滴群整体作用系数B对理论推导的临界破碎粒径公式进行修正,平均误差5%。     

丝米级矩形沟槽表面的水滴融合过程

采用高速摄像技术测试丝米级矩形沟槽表面的水滴融合过程,分析了平行沟槽、垂直沟槽方向的2个等大、非等大水滴间的融合和振荡规律.试验中,采用壁面预埋针头法实现了预置静态水滴与缓慢生长的准静态水滴的融合.结果表明,水滴的融合过程包含融合、振荡2个阶段.在等大水滴间的融合过程中,当水滴平行于沟槽方向融合时,受到沟槽的引导作用,沿沟槽方向的水滴振荡剧烈并伴随接触线的往复移动;当水滴垂直于沟槽方向融合时,受到垂向肋间"能垒"的限制,垂直沟槽方向的水滴振荡较弱,且接触线位置无明显变化,但竖直方向的水滴振幅显著.在非等大水滴间融合时,小水滴被吸引到大水滴一侧,融合过程呈现出不对称性,且液桥高度峰值、融合时间及接触线长度均随两水滴总体积的增加而增大.     

电子枪加速极对空间电场影响的解析研究

 
推导了电子枪中各电极之间的类平行板电容公式,根据电场叠加原理和点电荷场强公式推导了加入加速极前后电子枪的电场分布解析式,并针对轴上关键区域的电场用Matlab进行了仿真分析,结果显示对于阴极半径0.5mm,阳极内半径5mm、外半径30mm,两极间距110mm的结构,在无加速极时只会在阴极表面1.9mm范围内产生大于1V/mm的强电场,其他位置几乎都为零;加入加速极后轴上电场会急剧增大到原来的几百倍,且加速极数目越多,轴上电场越大,并且加入3个电极时可以形成相对最均匀的电场,说明了电子枪设计加速极的原因和必要性,为电子枪结构的设计提供了一定理论依据.
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气液两相流中气泡周围电场特性研究

针对均匀电场作用下的气液两相系统建立了数学模型，研究了单个及多个气泡附着于壁面、即将脱离和上升至两极板间的电场分布情况．结果表明，气泡周围电场的强弱及其分布的均匀性是影响气泡运动的重要因素．当大量气泡出现并有部分气泡脱离壁面时，电场对气泡的作用减弱，这为高热流密度下电场强化沸腾换热效果不再明显提供了理论依据。