石油焦燃烧器烧焦管内固体颗粒的停留时间分布实验研究

采用脉冲磷光颗粒示踪法，对一套新型内混式石油焦燃烧器烧焦管内固体颗粒的停留时间进行了实验测试，分析了烧焦管内固体颗粒的扩散特性。实验结果表明，在烧焦管轴向上距示踪剂注入位置为1．0m的截面上，不同径向位置测得的颗粒停留时间分布呈较对称的单峰分布，从烧焦管轴心向边壁靠近。其峰高差别较大。而在示踪剂注入位置以上的4．0m及9．4m截面上，不同径向位置测得的颗粒停留时间分布曲线由一个尖而高的前峰和长拖尾所组成，曲线的峰高基本一致，表明颗粒沿轴向以弥散颗粒和颗粒团的形式扩散，颗粒沿径向的混合较均匀。分别对1．0m和4．0m及以上检测距离内的颗粒扩散行为建立了径向扩散模型和轴向两组分叠加模型，模型预测的颗粒浓度值与实验值吻合较好。     

提升管内颗粒的微观运动行为

由激光多普勒测速仪获得了提升管中颗粒速度的瞬时信号，分析了提升管中颗粒的微观运动特征。研究表明，局部位置上颗粒速度概率密度分布为双峰形式，两峰分别对应于稀相中的颗粒与密相颗粒团，可用正态分布函数描述其双峰，并由此获得稀相中的颗粒及密相颗粒团的速度和两相的相含率。稀相中的颗粒及密相颗粒团的速度沿径向的分布为中心高、边壁低，且床中心区以稀相为主导，边壁区则被颗粒团所控制。提升管两相的微观运动特征及其分布造成了提升管内固含率及颗粒速度径向分布的不均匀宏观现象。     

石油焦燃烧器烧焦管内固体颗粒的停留时间分布实验研究

采用脉冲磷光颗粒示踪法,对一套新型内混式石油焦燃烧器烧焦管内固体颗粒的停留时间进行了实验测试,分析了烧焦管内固体颗粒的扩散特性.实验结果表明,在烧焦管轴向上距示踪剂注入位置为1.0 m的截面上,不同径向位置测得的颗粒停留时间分布呈较对称的单峰分布,从烧焦管轴心向边壁靠近,其峰高差别较大.而在示踪剂注入位置以上的4.0 m及9 4 m截面上,不同径向位置测得的颗粒停留时间分布曲线由一个尖而高的前峰和长拖尾所组成,曲线的峰高基本一致,表明颗粒沿轴向以弥散颗粒和颗粒团的形式扩散,颗粒沿径向的混合较均匀.分别对1.0 m和4.0 m及以上检测距离内的颗粒扩散行为建立了径向扩散模型和轴向两组分叠加模型,模型预测的颗粒浓度值与实验值吻合较好.     

内送粉超音速等离子喷涂颗粒飞行状态分析

针对超音速等离子喷涂过程中飞行颗粒与气流相互作用过程难以从实验获得的问题,采用数值计算方法,对以内送粉形式加入的原料颗粒的飞行状态进行跟踪分析,并利用SprayWatch-2i仪对飞行颗粒进行在线监测。计算得到了粒子的动力学和热力学行为以及撞击基体前的速度和温度分布,发现颗粒在喷涂距离为80~100mm的速度和温度最大,这与实验收集到的此范围内单个颗粒的形态相符,可选择此范围为最佳喷涂距离。通过分析韦伯数以及小直径颗粒的速度分布得出,在内送粉超音速等离子喷涂过程中,颗粒在喷枪内部和近出口位置会发生破碎细化和雾化,这与实验观测的结果一致。该计算及分析结果可为颗粒在射流中的传热传质研究提供参考,为获得高质量涂层提供理论依据。     

两相流管道中颗粒悬浮速度理论公式及其实验验证

本文根据流体力学与两相流的有关理论与实验观察,提出了两相流管道中固体颗粒悬浮理论。认为两相流管道中固体颗粒除受通常所谓浮重及流体平均速度作用的轴向动力外,还受流体的脉速径向、轴向作用力及涡旋径向升力。在此基础上根据颗粒受力平衡条件,导出了流体三个阻力区的任意倾角管道颗粒悬浮速度理论计算公式。尔后在气固两相流悬浮速度实验台上,对理论公式进行了初步实验验证。验证的几种物科颗粒的悬浮速度实验数据比较接近理论公式计算结果。本文最后并提出了对理论公式的分析意见。     

用数值计算求解吹吸气流的速度分布

对速度分布进行了理论和实验研究，应用数值计算求解流场中速度分布，确定了对于吹吸式通风装置设计计算有重要实用价值的临界断面位置。理论计算结果与试验数据基本一致。     

基于Lagrange算法的熔盐泵叶轮内稀疏颗粒的跟随性分析

基于固液两相流理论,分析了熔盐泵叶轮内结晶颗粒的受力情况,并对颗粒在Lagrange坐标下的运动方程进行了解析计算。运用离散相模型(DPM)对熔盐泵内部流动进行了数值模拟,并将模拟结果与解析解进行比较,讨论了颗粒的跟随性与颗粒直径、颗粒和叶轮的相对位置的关系。结果表明:解析解与数值模拟得到的颗粒跟随性具有较好的一致性;颗粒的周向跟随性优于径向;随粒径的增大,颗粒径向和周向的跟随性均明显变差;颗粒的周向跟随性受颗粒位置的影响不大,径向跟随性随颗粒离叶轮中心距离的增大而变差,且吸力面附近的径向跟随性优于压力面附近。研究结果可为预测泵内颗粒的分布及两相流情况下泵性能提供参考。     

高炉内料层结构动态追踪的技术开发

炉料径向分布影响着高炉下部所形成软熔带的形状和位置，进而间接决定和控制了高炉燃料比的高低.建立了预测高炉内部料层结构的数学模型，并将其转化为可视化界面的软件，供现场人员在线使用，用于计算不同布料参数下料层结构的详细信息，布料参数包括布料矩阵、料线高度、布料方向、径向下降速度分布，预测结果包括径向矿焦比分布、追踪料层位置、料层厚度变化.计算结果均可为现场布料制度优化提供参考依据.     

宏观粒子在等离子体中的纯化模型研究

从宏观粒子和微观粒子的输运现象及等离子体化学入手 ,建立了宏观粒子沉降过程中的纯化模型 .计算了各类粒子的浓度的径向分布、加速度、速度、沉降时间及杂质的去除总量 .结果表明 ,对于纯度为 99%的Si Ge合金颗粒中的杂质总量可去除 97%左右 .计算结果与实验结果接近     

高速圆射流中典型非球形颗粒的扩散特性

低氧稀释(moderate and intense low-oxygen dilution,MILD)燃烧具有传热均匀、 NO_x污染物排放低的特点。新一代MILD煤粉燃烧技术主要通过高速射流引起强烈的湍流混合来实现。其中,煤颗粒在高速射流中的扩散行为非常关键。目前对球形颗粒在气固射流中扩散行为的研究已非常深入,然而化石燃料属于典型的非球形颗粒,其在射流中的扩散行为与球形颗粒具有一定的差异,该类非球形颗粒在高速射流下的扩散特性值得进一步研究。为此,该文采用玻璃珠、玻璃渣和煤粉等颗粒开展了宽Re范围下的高速两相圆射流实验,通过激光Doppler相位分析技术(phase-Doppler anemometry,PDA)获取并分析了颗粒的质量浓度、速度及湍动能分布随球形度、粒径以及射流速度的变化规律。结果表明:非球形颗粒在射流中的质量浓度、速度、湍动能分布与粒径较小的球形颗粒具有一定相似性,但其扩散行为不能仅通过Stokes数进行定量表征,除曳力之外,升力对非球形颗粒扩散也具有一定影响;与球形颗粒相比,非球形颗粒的扩散更为显著,其主要原因是其径向湍动能显著增强所致;射流速度的增加促进了颗粒的剪切层集聚和径向扩散,对非球形颗粒的促进作用更强。     

风管中颗粒物沉降速度的解析法预测模型

在分析颗粒在紊流边界层中运动机理的基础上,根据沉降速度的定义,推导出了浓度边界层微分方程及其解析解,进而得到了颗粒无量纲沉降速度的解析表达式.利用经典实验数据验证了该解析法模型的正确性.最后,对不同粒径颗粒在不同风速下的无量纲沉降速度进行了预测.预测结果表明:风速越大,颗粒的无量纲沉降速度也越大.     

气力输送的数值模拟研究

对气相湍动能采用修正的κ-ε二方程模型,颗粒相湍动动能采用颗粒动力学方法,发展建立了气力输送的数学物理模型和计算方法,就垂直管中圆柱坐标系下二维悬浮稀相和密相动压气力输送过程进行了初步数值研究,所得结果(包括管压降、气固速度分布、一定输送量下最佳经济速度等)与文献实验结果吻合,为进一步用该法研究气力输送打下了基础.     

泥沙颗粒团沉速

针对现有的泥沙沉速公式大多适用于单颗粒泥沙沉降的情形,基于前人对单颗粒泥沙沉速规律的研究成果,利用试验测得不同泥沙颗粒团在水中沉降时的沉速数据,引入泥沙颗粒团特征粒径及附加粒径2个因子,对多个广泛运用的单颗粒泥沙沉速公式进行了修正.用修正后的公式计算得到的泥沙颗粒团沉速与用试验测得的泥沙颗粒团沉速较接近,可推广运用到计算泥沙颗粒团在水中的沉降速率.     

双组分颗粒系统流化特性的试验

在Ф129mm的有机玻璃流化床中，对玉米芯、木屑和稻壳的流化特性进行了较为系统的试验研究，并对流化床炉渣和河砂两种不同粒径的惰性粒子的加入进行了对比试验，在理论分析的基础上，得出了双组分混合颗粒系统的最小流化速度的经验公式．试验结果表明，惰性粒子的加入量应多于20％（质量分数），惰性粒子与生物质在粒径比较相近的情况下，经验公式计算所得的最小流化速度与实测值吻合较好．     

液固两相流动系统中固体颗粒浓度和速度的CCD测量

为了研究液固两相流动系统中固体颗粒的浓度和速度随操作条件的变化,开发了适用于液固两相流动体系的电荷耦合器件(CCD)测量系统,该系统可在高空隙率和较宽液速范围内准确测量固体颗粒的速度与浓度,利用该CCD测量系统,对冷模(多管)循环流化床的分布板设计和冷模(单管)液固循环流化床的两相流动特性进行了研究。系统中采用的CCD单场测量方法可用于粒子高速运动情况,测得的颗粒最高运动速度为1．5m／s,测量精度高于奇偶两场的测量精度。     

回转窑内物料传输模型的研究

回转窑内物料平均停留时间（MRT）直接决定物料化学反应程度,它是回转窑设计的重要依据之一。在回转窑实验台上对5种不同的固体废弃物料和窑内风速、回转窑转速和回转窑倾角及物性参数改变的情况下进行了实验,获得了不同工况下物料MRT的变化规律：随着回转窑转速的提高、倾角增大和窑内风速增加,MRT减小;物料的物性参数中,休止角对MRT影响较大,休止角大的MRT小,而密度的变化影响相对较小。MRT对于以上各影响因素的敏感性差别也较大：回转窑转速对MRT影响是比较敏感的,特别是转速较小时;转窑倾角对MRT的敏感性则比较均匀;窑内风速在小回转窑转速、低窑内风速时对MRT的影响较为敏感。针对回转窑内物料传输影响因数众多、非线性机理强烈的特性,建立风速条件下物料传输模型（MMCAV）,并在回转窑转速倾角和一定风速条件下对模型进行了验证。在次高倾角（α=4.56°）时,MRT随窑内风速变化的情况,其中最大相对误差为7.1％。在低窑转速和高风速情况,总的平均相对误差为2.81％。用稻壳作为输运物料,把实验数据与Perry等模型对比发现：Perry模型在c=0m/s时,Saeman模型在c=0.41m/s附近时与实验值差异较小。风速的影响范围与回转窑倾角有较大关系,倾角α=3.04°时,风速c>0.41m/s必须考虑风速对物料输运的影响;而倾角α=4.56°时,c>0.25m/s就应考虑风速的影响。     

非均质流管内流动机理的研究

从水平管道内非均质流中固体粒子处于悬移流动状态下的浓度分布与速度分布之间的关系分析出发,提出了预计水平管道内固体粒子处于悬移流动状态下非均质流速度断面的新模型和方法。     

斜板间液—液两相的分离（Ⅰ）：液—液两相分层流动和液滴的运动

以Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程为基础，通过假设液－液界面的滑动速度比，导出了液－液分层层流流动速度分布的数学模型及层厚度的计算公式。通过作用于液滴上力的平衡条件来建立液滴的运动方程，分别导出了液滴在连续相及相界面上相对于液体的运动模型。     

一维垂向水库水温数学模型研究与黑河水库水温预测

根据黑河水库的特点与类比库实测水温分布特性,对现有一维垂向水温模型进行了改进,提出一个包括入库泥沙影响的水库垂向水温预测模型。根据类比库的率定结果和黑河水库的实际情况,并参考前人的经验,合理选择了模型参数,在此基础上,分别预测了丰、平、枯三种代表年及不同运行方式的水温分布。     

Flame propagation characteristics and flame structures of zirconium particle cloud in a small-scale chamber

Flame propagating through zirconium particle cloud in a small-scale vertical rectangle chamber was investigated experimentally. In the experiments, the zirconium quoted 99% purity was used and the diameter of particles was distributed 1–22 μm. The zirconium dust was dispersed into the chamber by air flow and ignited by an electrode spark. A high-speed video camera was used to record the images of the propagating flame. Micro-thermocouples, schlieren optical system and microscopic lens were used to obtain temperature profiles and flame structure, respectively. Based on the experimental results, flame propagation characteristics and flame structure of zirconium particle cloud were analyzed. The propagation velocity of the flame is quite slow in the initial 14 ms and then accelerates to maximum value. Subsequently, the propagation velocity of the flame almost keeps constant. The combustion zone width of zirconium particle cloud is 5–6 mm. Smaller particles burn mainly at the leading edge of combustion zone in the width of 1.4 mm followed by larger particles burning 1.4–6 mm behind the leading edge of the combustion zone. Gas phase flame is not seen in zirconium particle cloud and the combustion time of single zirconium particle is 1–5 ms, which depends on its original size. The preheated zone is 7–8 mm thickness ahead of the combustion zone and intensive chemical reaction takes place at 490 K. The maximum flame temperature increases at lower concentrations, reaches the maximum value, and then decreases slightly at higher concentrations.