液滴与球形颗粒相互碰撞的数值模拟

为了研究液滴与球形颗粒的碰撞规律,建立了正确反映液滴与颗粒间相互碰撞的物理模型.利用所建模型模拟了液滴与颗粒的动态碰撞过程,进而对液滴半径铺展系数及液膜中心高度系数进行分析,研究了液滴与颗粒间的撞击速度、湿润角、粒径比等参数对碰撞结果的影响.结果表明:在一定条件下,撞击速度的提高会增大液滴的最大铺展半径系数,当撞击速度为0.4 m·s-1时,液滴完全反弹,当撞击速度提高到1.4 m·s-1时,液滴发生破碎;当速度和粒径比不变时,湿润角与最大液膜中心高度系数成正比;在湿润角不大于90°时,粒径比越大,液滴包覆的概率就越大.     

MgO溶液混气式喷涂过程的数值模拟

基于欧拉多相流模型和颗粒动力学理论,对MgO溶液混气式喷涂气液两相耦合过程进行数值模拟,研究了辅助雾化压力和喷涂压力对气雾流场中MgO液相分布、液滴粒径分布及涂料沉积分布的影响。结果表明,在辅助雾化空气冲击作用下,涂料沿Z轴的扩散范围要大于沿X轴的扩散范围,并且同一喷涂压力下,辅助雾化压力越大,涂料雾化越充分;随着喷涂压力的增大,喷涂流场中MgO液滴粒径逐渐减小,但小粒径液滴在流场中易受气流影响发生逸散,成膜区大粒径液滴撞击壁面后会破碎成小液滴并附着在壁面形成涂膜;当喷涂压力从6 MPa增至12 MPa,涂层厚度减小39.7%,涂层有效覆盖面积增大26.9%,涂层沉积分布形态呈圆形→椭圆形→椭圆环形的变化趋势。     

高压喷雾射流雾化及水雾捕尘机理的拓展理论分析

通过对射流扰动控制方程、射流色散方程解算结果的分析,基于两相流的喷雾概念模型,引入了空穴、湍流和空气动力共同作用的雾化模型。认为高压喷雾时,喷嘴内部形成的空穴和湍流作用主导喷嘴出口附近的一次雾化,而空气动力则控制着此后的二次雾化过程。提出以临界韦伯数作为射流是否发生二次雾化的判据。根据对液滴破碎方式的分析,认为液流完全分裂成雾滴的射流临界初速度为60 m/s,且射流破碎一般发生在一次雾化中,薄膜破碎一般发生在二次雾化中。基于液滴对尘粒的主动碰撞理论,对典型喷雾降尘机理进行了改进,认为当含尘气体处于非饱和状态且温度高于液体温度时,捕集率与液滴粒径间存在一个最佳组合;在相同的液气比,相同的液滴喷入时,降低气流速度有利于微细液滴对细小尘粒的捕集。     

液滴撞击固体表面过程的实验研究

对液滴撞击固体表面的过程进行实验研究,考察液滴的物性和操作条件对撞击过程的影响,结果表明：随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的增大、或撞击速度的减小,液滴的铺展直径、铺展速度和铺展面积均减小;液滴的能量在黏性中的耗散主要发生在撞击的初始阶段,随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的减小、或撞击速度的增大,黏性耗散的速率均增加。本文得到的关于液滴雷诺数和韦伯数的关联式可用于预测液滴的最大铺展直径和最大铺展面积。     

液-液循环流化床制取流体冰雾化机理实验

对液-液系统射流雾化机理进行了实验研究.通过改变水的喷射速度和非相溶介质的流速,来研究不同条件对雾化的影响,利用高速摄像仪捕捉各种工况下的雾化结果.采用图像处理与数值计算相结合的方法对雾化结果进行了统计整理,对雾化过程中影响雾化液滴平均粒径、射锥高度以及雾化现象的关键因素进行了探讨,并应用Rosin-Rammler分布函数对液滴粒径分布进行了分析.结果表明:每种工况下的雾化液滴粒径存在着离散性,能很好地符合Rosin-Rammler分布规律;当非相溶介质流速保持不变时,雾化液滴统计平均粒径与射锥高度分别在喷射速度为2.3与 3.5m/s时,达到最大值;而在相同的喷射速度下,改变非相溶介质流速所得雾化结果也完全不同.喷射速度以及周围非相溶介质的流速是影响雾化结果的重要因素,合理选择其值对优化雾化性能及控制雾化过程有着重要的意义.     

荷电液滴撞击织物表面铺展特性的试验

基于显微高速摄像技术对荷电液滴撞击多孔织物后的铺展行为进行了可视化研究,并结合图像后处理技术获得了液滴撞击多孔织物表面后液滴表面张力、荷电电压以及初始速度等参数对液滴在织物表面的铺展因子随时间变化的影响规律.结果表明:液滴撞击织物表面后的最大铺展因子和铺展速率都随着液滴撞击初始速度或者表面活性剂质量分数的增大而增大;随着荷电电压的增大,液滴最大铺展因子总体呈增大趋势;撞击初始速度增大后,液滴在织物表面的最大铺展因子会在液滴荷电电压为4 kV时达到最大值,并且当速度增大到一定值时,荷电液滴会产生破碎.     

液滴与液面碰撞对冲聚合现象研究

液滴撞击是一个复杂的过程,溅射堆积与被抛射体的速度密切相关。在撞击过程中,除了可以观察到常见的一般溅射外,还经常可以观察到在撞击中心区域的强烈抛射现象,这些被强烈抛射的物体是如何产生并获得较大的抛射速度一直未能被清晰揭示。利用牛顿碰撞定律,研究了被抛射体获得较大抛射速度的一种途径,即撞击的对冲聚合效应。不考虑液滴撞击液面过程中的复杂动力学及热力学过程,将撞击对冲聚合过程简化为两次非弹性碰撞过程,建立了撞击对冲聚合模型。该模型非常简洁地得出了碰撞过程中的被抛射体的速度以及撞击过程中的总动能转化为热能的比率。由于天体撞击过程与液滴撞击过程具有一定的可比性,研究结果对于理解天体撞击抛射和撞击熔融现象非常有意义。     

基于SPH应力修正算法的液滴撞击超疏水壁面模拟分析

 针对SPH方法中的压应力不稳定问题,提出一种改进的Quintic核函数,相对于传统的“钟形”核函数可以更好地改善SPH模拟过程中粒子的聚集现象。应用改进模型对液滴撞击超疏水壁面过程进行模拟研究,根据撞击后液滴铺展的运动特征,分析了影响壁面摩擦阻力的因素以及摩擦阻力的作用区域。结果表明,当壁面相对浸润直径φ<1时,撞击后液滴铺展受壁面黏度系数υ'的影响不明显,而当φ≥1时,相同条件下υ'越大液滴铺展速度越小,壁面相对浸润直径的最大值φ_max越小,因此φ≥1为撞击后液滴铺展过程中壁面摩擦阻力的主要作用区域;壁面黏度系数υ'值对撞击后液滴铺展时间影响较小,不同υ'条件下液滴铺展达到φ_max的时间相近,在相同壁面条件下液滴铺展受到的摩擦阻力会随着撞击速度v₀的增加而变大,υ'与v₀大致按二次抛物线变化。     

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.     

300MW燃煤锅炉SNCR过程的数值模拟

利用FLUENT软件对300 MW燃煤锅炉的选择性非催化还原(SNCR)过程进行了模拟.重点分析尿素溶液的喷射位置、液滴喷射速度、雾化平均粒径对SNCR过程脱硝效率以及漏氨量的影响,从而得到实际运行过程中最佳运行条件.结果显示,增加喷射速度能加快蒸发过程;雾化粒径越大越有利于还原剂的平均分布,但也会延长蒸发时间;在第1,2层同时喷射尿素溶液,并控制雾化平均粒径为0.3 mm和液滴喷射速度为30 m/s时,能够获得较好的脱硝效果.将不同氨氮摩尔比模拟结果与实际过程进行对比,结果表明两者能够较好地吻合.     

消防水幕用扇形喷嘴的雾化特性研究

为了分析消防水幕用扇形喷嘴的雾化特性,本文使用Fluent软件中的DPM模型对扇形喷嘴的雾化特性进行了仿真分析。研究结果显示,喷嘴工作压力越大二次雾化过程越长,喷雾过程中平均粒径呈现先减小再增大的趋势;喷雾过程中粒径与速度呈规律性分布,粒子速度呈指数衰减,相对小的粒径粒子衰减速度更快,粒子空间停留时间更长,这对水幕的隔热性能有很大意义。     

气液旋流器内液滴破碎和碰撞的数值模拟

气液旋流分离器内是一个复杂的强旋湍流场,流场内的液滴受气动力、剪切力和湍流脉动的作用,发生剧烈的相互碰撞、聚合、破碎并撞击筒壁.对旋流器内液滴间的碰撞、聚合、液滴的破碎和碰壁的机制进行分析,在前人研究的基础上,结合旋流器的实际情况,提出适用于气液旋流器强旋气相湍流场内液滴问碰撞、液滴破碎和碰壁过程的计算模型,对新的数学模型进行数值模拟计算.结果表明,本模型能较为准确地预测强旋气相湍流场内液滴间碰撞、液滴破碎和碰壁过程,完善了气液旋流器的分离机制模型,为改善其分离性能及其工程设计提供了理论基础.     

单液滴撞击高温钢板表面铺展特性实验研究

对液滴撞击高温钢板表面铺展特性进行了实验研究。应用压电式共振腔均匀液滴发生器产生不同粒径不同速度的液滴,撞击400℃的高温不锈钢钢板表面,其中液滴工质为去离子水,撞击表面为2520不锈钢。用高速摄像机及IPP软件进行拍摄及图像处理。实验结果表明:相同韦伯数(We)下,液滴速度对铺展因素的影响大于液滴粒径,随着We增大液滴最大铺展因素增加。液滴撞击过程中We=39.3时液滴处于临界破碎状态。液滴撞击高温固体表面最大铺展因子大于撞击干燥常温固体表面。并且计算得出We与最大铺展因子的关系式。     

数值模拟喷射夹角对VIGA制粉雾化过程的影响

通过计算流体力学软件数值模拟和实验相结合的方法，以高温合金雾化过程中气、液、固三相的交互作用机制为研究对象，采用欧拉-拉格朗日法的VOF(volume of fluid)多相流模型和DPM(discrete phase model) 离散相方法，研究了喷射夹角对熔体主雾化和二次雾化过程TAB(Taylor analogy breakup)破碎过程和粒度分布的影响，并与同步实验结果进行了对比.研究结果表明，随着喷射夹角的增大，回流区面积逐渐减小.金属熔体的初次破碎形态呈“倒喷泉状→伞状”，初次液滴的尺寸为0.3~0.9mm.初次破碎液滴的气体韦伯数(We)为10~90，随喷射夹角的增大，粉末的平均粒径逐渐降低，喷射夹角为36°时，实验制备的粉末粒径与数值模拟得到的粉末粒径基本一致，表明了数值模拟合金雾化破碎过程的合理性.     

可调节双介质外混式喷嘴雾化特性的数值模拟

以采用蒸汽工质的某双介质喷嘴为研究对象,通过构建离散相模型,开展不同工况下的喷嘴雾化数值模拟计算,研究不同蒸汽入口压力与不同针阀开度对喷嘴雾化特性的影响。结果表明：雾化液滴的空间分布受喷嘴非对称进气结构的影响,在滚筒腔体内呈现非对称分布;雾化液滴粒径随空间位置变化显著,在雾化范围外部的液滴粒径最大,在雾化空间内部液滴粒径较小,约为1μm;随着蒸汽入口压力的增大,雾化液滴平均粒径减小;随着气液相对速度的增大,液滴最大粒径与平均粒径均减小,雾化效果显著改善。     

除尘脱硫装置气液两相流场的数值模拟

利用FLUENT软件对SHG-Ⅱ-Z型除尘脱硫装置内的气液两相流场进行了数值模拟.计算中选择RNG k-ε湍流模型及随机轨道模型,数值计算采用SIMPLEC算法.计算结果表明,实心圆锥喷射方式的除尘脱硫效率高于空心圆锥喷射方式;喷射液滴的直径和速度影响其在筒体内的分布,喷射速度越大,被完全脱除的液滴直径越大;进口气速影响液滴的脱除效率,当气速增大时要适当增大液滴的直径.     

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。     

水滴在撞击不同厚度水膜条件下产生的二次液滴特性

采用高速相机对水滴撞击水膜的飞溅过程进行了详细测量,分析了水滴撞击水膜的飞溅临界值、二次液滴的直径分布和二次液滴的速率等飞溅特性。结果表明,在实验参数范围内,当韦伯数增大时发生飞溅现象。此外,可以使用量纲为一参数K 来描述飞溅临界值,K=We·Oh^-0.4。当K值大于2 100时发生飞溅现象,二次液滴的量纲为一直径和二次液滴的量纲为一速率随着K值的增大而增大。水膜量纲为一厚度对二次液滴直径分布的影响不明显,但由冠状水花产生的二次液滴的平均量纲为一速率随水膜量纲为一厚度的增加而减小。     

雾化喷涂过程中的液滴特性研究

研究高压静电雾化过程液滴特性,运用信息熵方法建立油液粒径分布模型,通过静电涂油雾化实验研究液滴粒径分布规律.结果发现,液滴粒径随电压变化而变化,静电电压升高,液滴粒径减小;电压不同,液滴粒径的分布状态不同,电压为65 kV时,液滴粒径较小且分布均匀.所得实验结果与理论模型吻合.     

稀土氯化物喷雾热解装置雾化效果的物理模拟

稀土氯化物雾化热解是稀土氧化物制备新工艺,但目前喷雾热解装备雾化效果差,雾化后液滴粒径分布不均匀.本文自行设计了文丘里管喷雾热解反应器,将粒子图像测速技术与MATLAB图像处理技术相结合,研究了气体流量、文丘里管和引流管几何尺寸等因素对雾化效果的影响.结果表明:文丘里管扩散段中较强的回流作用会加剧气液相间的混合碰撞,进一步破碎液滴;而过多的液相携带量容易导致雾滴密度变大,增大了液滴在运动过程中的碰撞几率,致使雾滴尺寸变大.文丘里管反应器适宜的几何尺寸和操作条件为:内径100mm,喉口内径10mm,引流管内径5mm,气相流量20.5m³/h.