振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合研究

旋流分离器工作时受到外部流体的影响会产生振动,从而影响内部流场分布规律。为研究振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合作用,建立振动条件下旋流分离器的双向流固耦合模型,对同种激振频率下不同激振力的流固耦合作用进行数值模拟。结果表明:螺旋流场随着结构一起运动,而结构的运动引起了流场结构的偏移;周期振动下的流场径向速度变大,并随激振力的增大而增加;周期性激振力影响了切向速度的对称性,并使轴向速度近轴区域速度变大;不同截面的结构运动轨迹呈"O"型,振动形态呈抛物线状。     

周向喷嘴数对旋流冷却流动传热特性的影响

为了研究在旋流腔周向布置多个喷嘴对旋流冷却特性的影响,分别建立了保持喷嘴几何尺寸不变和保持喷嘴进口总面积不变的旋流冷却模型。在相同质量流量和喷嘴长宽比的条件下,采用数值计算方法,研究了周向喷嘴数对旋流冷却特性的影响,并分析、对比了两种情况下旋流冷却性能的差异。研究结果表明:当保持喷嘴几何尺寸不变时,靶面平均Nu随周向喷嘴数增加而逐渐减小,但靶面Nu分布更加均匀,由于下游冷气速度受轴向横流影响较大,高Nu区向下方偏移,旋流腔冷气涡数目随周向喷嘴数增多而逐渐减少,冷气总压损失也随之减少;当保持喷嘴进口总面积不变时,随着周向喷嘴数的增加,靶面高Nu区面积和靶面平均Nu先增大然后略有减小,都在周向喷嘴数为2时达到最大值。由于下游冷气速度受轴向冲击影响较小,在旋流腔轴向下游处,靶面展向平均Nu略有提高,而总压损失随着周向喷嘴数的增加逐渐增加。     

气液旋流分离器排气管结构试验

通过对气液旋流分离器分离性能的试验研究发现,排气管的结构尺寸对旋流器分离的临界速度及分离效率有显著影响.相对于传统的直管型排气结构,采用扩散锥形的排气管结构可以有效地削弱旋流分离器内短路流的影响,增大排气心管内液膜的形成速度,从而在保证压力降基本不变的前提下提高分离效率.旋流器分离的临界速度受物料含液浓度的影响不大,主要受排气管结构尺寸的影响.     

气液旋流分离器排气管结构试验

通过对气液旋流分离器分离性能的试验研究发现,排气管的结构尺寸对旋流器分离的临界速度及分离效率有显著影响.相对于传统的直管型排气结构,采用扩散锥形的排气管结构可以有效地削弱旋流分离器内短路流的影响,增大排气心管内液膜的形成速度,从而在保证压力降基本不变的前提下提高分离效率.旋流器分离的临界速度受物料含液浓度的影响不大,主要受排气管结构尺寸的影响.     

三维编织物增强复合材料横向冲击频域响应特征

采用改进型分离式霍普金森杆测试三维编织物增强复合材料在横向(试样厚度方向)冲击加载模式下动态力学响应特征.试验结果表明,最大载荷随冲击速度增加而增加,从试样破坏显微照片中可以得出,随着冲击速度增加,三维编织物增强复合材料失效模式由树脂开裂变为纤维束断裂.采用快速傅里叶变换方法将三维编织物增强复合材料横向冲击时间-载荷曲线转换为频域内频率-振幅曲线,从曲线中可以得出横向冲击应力波频率主要集中于低频区域,且应力波振幅随冲击速度增加而增加.     

旋流分离器油水分离机理的数值分析

采用计算流体动力学(CFD)的数值方法研究旋流分离器内的速度场分布,空气柱的产生、发展过程以及油滴粒子的运动轨道,探讨油水旋流分离器的分离机理.模拟结果表明:油水旋流分离器内的流场是三维非对称分布的;空气柱的产生和发展是负压和对流传输共同作用的结果;油滴粒子在径向力、轴向力以及周围湍流脉动流场的共同作用下作随机运动,部分粒子由溢流管排出而得到分离;通过计算溢流管排出的油滴粒子数与进入旋流分离器的油滴粒子总数之比可得到油水旋流分离器的分离效率.模拟结果为进一步研究旋流器特性参数对分离效率的影响和旋流器的结构优化提供了参考.     

旋风式油气分离器分离特性影响因素的仿真研究

为提高旋风式油气分离器的分离效率,改善分离性能,研究了分离器入口形状(矩形、圆形)、入口混合气流速、圆锥段锥形角、出气管的直径和出气管插入深度对分离性能的影响。将搭建的旋风式油气分离器三维几何模型导入ANSYS体系下的Fluent软件中建立油气分离器的仿真计算模型,仿真分析了影响旋风式油气分离器分离特性的因素。得出以下结论:在同一条件下,对相同粒径微粒的分离效率,矩形入口式高于圆形入口式;入口气体流速的增加使得分离效率提高的同时,导致分离器内部整体压力损失增加,针对本文搭建的模型,在入口混合气流速为12.8 m/s左右时,压损较低,且分离效率较高;分离效率随着圆锥段锥形角度增大而缓慢增加,分离效率在锥形角度大于11.5°后基本保持不变;分离效率随出气管直径的增加而降低,并且下降的速度逐渐增加;分离效率随出气管插入深度的变化趋势呈现出抛物线式的变化规律,先增大后减小。     

幂律流体旋流射流的喷雾特性实验

采用高速摄影技术和三维相位多普勒分析技术,测量了幂律流体旋流射流的破碎形貌、液滴速度和粒径分布,获得了其破碎特征及规律.结果表明,幂律流体旋流射流随喷射压力增加可以划分为3种射流模式,即带旋转的圆柱射流模式、液线液滴共存模式和充分发展模式.黏性越大的流体,要达到同样的射流模式所需要的喷射压力也越大.液滴的轴向速度w、径向速度u和索特平均直径(SMD)在径向各位置呈中心小两侧大的分布规律,切向速度v接近于零.三维速度在轴向各位置随z的增加均有不同程度的减小,SMD也有减小的趋势.不同压力对轴向速度w的影响更为明显,且更多地影响了液滴的二次破碎.     

幂律流体同心环空内层流脉动流的数值分析

建立幂律流体环空内层流脉动流的数学模型,采用SIMPLE算法进行数值求解,得到幂律流体环空脉动层流的流动特性。结果表明:幂律流体环空脉动流的流动特性与稳态流动时差异较大;环空脉动流在距入口非常短的一段距离内就可达到充分发展,且不同时刻的入口段长度随时间而变化;低脉动频率下速度分布曲线类似于稳态时的抛物形分布,高频率下壁面附近的速度分布曲线发生扭曲,振荡速度的最大值出现在壁面附近;内、外壁面的摩擦系数和轴向压力梯度均近似满足正弦变化规律,脉动频率、振幅和流体流性指数的增加均会使壁面摩擦系数和轴向压力梯度及其变化幅度增大。     

超临界CO_2-水分离器性能数值模拟

针对超临界二氧化碳地热发电系统中热回流后的超临界二氧化碳与盐水的分离情况,设计了一种双锥双入口旋流分离器,并通过数值模拟的方法研究了主要物性参数和运行参数对分离器性能的影响.采用RSM和DPM模型模拟液滴分离过程,结果表明,分离器内部存在内旋强制涡流和外部自由涡流,能够实现盐水的分离;分离器的分离效率随水滴粒径和入口速度的增大而升高,随入口水质量分数和溢流分流比的增大而降低,在入口速度为8 m/s时,粒径大于7μm的水滴分离效率可达100%;入口速度和溢流分流比对分离器压降影响较大,在水质量分数为5%,满足分离效率为99%时,压降为0. 15 M Pa;在同时满足分离效率和工质回收经济性的条件下,水质量分数为5%,10%和15%的3种工况的最佳溢流分流比分别为0. 8,0. 7和0. 6.     

低频液体表面张力与频率关系研究

研究了低频液体在不同频率下表面张力的变化特性．计算出蒸馏水在19～30Hz频率范围的动表面张力，给出了不同频率下的表面张力与频率关系曲线．结果表明，表面张力随频率的增长呈非线性增大，且增大幅度逐渐减小．     

高可控非稳态对冲扩散火焰的实现及其时变流场特征

为研究火焰拉伸变化对流场、碳烟生成的瞬态效应，进一步完善层流火焰面模型在湍流火焰中的应用，设计并搭建了一个高可控的声激励对冲火焰燃烧器及其流场和碳烟浓度场的测量系统，利用相位锁定的粒子图像测速和激光诱导白炽光技术，测量了简谐振荡的对冲火焰中流场以及碳烟生成随时间的变化特性。结果表明：设计的声激励对冲燃烧器喷嘴出口速度为非均匀分布；非稳态工况下，施加的声激励电压信号幅值与出口速度振幅呈线性关系，频率为40 Hz的乙烯和丙烷火焰出口速度分别滞后电压信号0.09、0.14周期；随着电压信号频率的增加，速度的滞后程度也随之扩大。此外，40 Hz频率下乙烯火焰的碳烟体积分数滞后准稳态值0.35周期，具有明显的瞬态效应。研究成果可为非稳态层流火焰面模型开发提供理论依据。     

蜗壳式旋风分离器的分离性能研究

蜗壳式旋风分离器作为轻烧镁旋流动态煅烧系统中最重要的分离设备,是提高系统分离性能的关键所在.本文建立蜗壳式旋风分离器分离性能试验装置,以粒径48～75?m的轻烧镁粉、菱镁矿浮选粉和氢氧化锂粉为样品,研究了入口风速、颗粒浓度以及颗粒物性等参数对压降和分离效率的影响.研究表明:1)蜗壳式旋风分离器的静压降随入口风速的增大而增大,二者基本呈指数变化关系;入口风速增大能够提高分离效率,但是压力损失也逐渐增大,根据旋流动态煅烧系统的回收指标,得出最佳的风速约为19 m/s,此时的压降为1 100 Pa左右;2)在一定范围内,适当地增加入口颗粒浓度既能降低压力损失又能提高分离效率; 3)当粒径相同时,分离效率随着颗粒密度的增加而增加.     

自由淹没气体旋转射流速度场实验研究

为研究自由淹没气体旋转射流速度场规律,采用五孔探针对自行设计的旋流器形成的流场进行定量实验研究。测量4种不同旋流强度下的流场,计算得到了各分速度在不同截面上的量纲一分布图,并进行分析研究。结果证实:轴向速度分布在旋流器出口附近区域与旋流强度有关,在与射流轴心垂直的截面上呈"M"形分布,逐渐发展成"马鞍"状、正态分布,直至衰减到零;切向速度呈中心对称斜"S"状分布,不同截面上的最大值大致出现在同一量纲一半径处;径向速度在半径方向呈"~"形分布,比轴向速度和切向速度小1个数量级;轴向速度和切向速度沿轴向逐渐衰减,衰减随旋流强度增大而增快。     

排气管尺寸对旋风分离器流场影响的数值模拟

用雷诺应力湍流模型(RSM)模拟研究旋风分离器排气管尺寸对旋风分离器流场的影响.结果表明:单入口旋风分离器的非轴对称性在环区更明显;在排气管壁存在滞流区,排气管尺寸减小,该滞流区变薄;在分离区,De/D≥0.4时,旋风分离器的中心位置存在向下旋流,该旋流造成一定返混,对提高旋风分离器效率不利;随着De/D的减小,内旋流切向速度提高,中心处的向下旋流速度减小,总压降大幅提高;当De/D=0.3时,中心处向下旋流消失,提高了分离效率.     

低旋流CH_4/H_2火焰的燃烧特性及稳定性机制研究

为了研究低旋流CH_4/H_2火焰在不同H_2占比(体积分数)条件下的燃烧特性及稳定机制,对当量比为0.7的CH_4/H_2预混气体进行了数值模拟,分析了CH_4/H_2火焰的自相似特性、流场结构及火焰特性,研究了旋流数对富氢燃料回火性的影响。结果表明:随H_2占比增加,CH_4/H_2火焰仍保持自相似特性,其剪切层强度逐渐增加,内剪切层逐渐向中心低速区移动,火焰锋面逐渐向喷嘴移动,火焰形状由"碗"型逐渐变为"W"型,最后变为"V"型,而轴向、径向速度延伸率以及虚拟原点几乎不受H_2占比影响。在H_2占比从80%增加到95%时,燃料的层流火焰速度变化较大,使得流场结构和火焰锋面位置发生剧烈变化。对于中心低速区的CH_4/H_2火焰,当火焰传播速度等于当地气流速度时,火焰稳定;对于内剪切层区的CH_4/H_2火焰,速度梯度产生的旋流使得当地气流产生向下和向中心低速区移动的趋势,从而火焰产生向上移动的趋势,实现火焰稳定。适当减小旋流数,有利于减小富氢燃料回火发生的可能性。     

具有水平对称轴的横向各向同性线性粘弹性介质波场特征

根据具有水平对称轴的横向各向同性（HT1）线性粘弹性介质特征，推导出了本构关系式。使用平面均匀简谐波的方法，得到了Christoffel方程，利用此方程推导出纵波及快、慢横波的慢度和复速度方程。在此基础上，对粘弹性各向异性砂岩和页岩进行了模拟，得到相速度、衰减系数和品质因子随频率、方位和入射角的变化规律。模拟结果显示，3种波的品质因子和相速度在大于10Hz的地震频带内随频率的变化基本保持不变；而在低频带，品质因子趋于无穷大，介质基本上接近弹性。纵波的衰减系数在地震频带内基本上呈线性变化，而横波的衰减系数在地震频带内除低频外基本保持稳定。     

四入口液-液旋流分离器分离性能数值模拟

多入口旋流分离器能在入口速度较低的情况下实现传统旋流器在入口速度较高时才能达到的分离效果,同时具有更加稳定和对称的流场分布。为了进一步验证多入口液-液旋流分离器的分离性能以及溢流分流比和入口流速对其分离性能的影响,本文基于欧拉-欧拉多相流模型,采用群体平衡方程（PBM）对四入口液-液旋流分离器分离性能进行了数值模拟。研究结果表明：在入口流速恒定时,旋流器综合分离效率随着分流比的升高呈先上升后下降变化趋势,溢流分流比为0.22时,旋流器综合分离效率达到最高,此时分离效率为95.66%。当溢流分流比为0.22时,随着入口流速的增大,四入口液-液旋流器分离效率呈先上升后下降最后趋于平缓变化趋势,当流速为10m/s时,到达油滴剪切破碎临界条件,此时分离效率最高为96.78%。研究结果可为四入口液-液旋流分离器现场应用和适用性提供理论指导。     

内置偏心螺旋扭带的管内层流流动特性

采用数值模拟方法,对层流状态下内置偏心螺旋扭带的管内流动特性进行了研究。结果表明:螺旋扭带的偏心放置改变了管内流场的对称结构,轴向速度极值出现在扭带与管壁最大环空间隙中间,径向速度和周向速度极值出现在扭带圆周范围内的扭带两侧;轴向和径向速度极值随着扭带偏心率的增大而提高,而周向速度极值随着扭带偏心率的增大而减小;流体在偏心螺旋扭带作用下会形成一个围绕其轴线同向旋转的强制涡,当螺旋扭带靠近管壁时,该强制涡又会带动其外围流体旋转流动,形成一个与强制涡旋向相反的诱导涡;管内压力降随扭带偏心率及扭率的增大而减小,随扭带宽度及雷诺数的增大而增大;螺旋扭带的偏心放置促进了流体的径向流动,降低了流动阻力,有利于边界层内流体的扰动和更新。     

不同运动速度下轴向运动梁的非线性振动研究

应用增量谐波平法(IHB法)研究在不同轴向运动速度下运动梁的非线性振动。根据哈密顿原理建立梁的横向运动微分方程,采用分离变量法分离时间变量和空间变量,并利用Galerk in方法离散运动方程,得到了带3次非线性项的多自由度方程。典型算例获得了轴向运动梁横向非线性振动在不同速度下的频率-振幅响应曲线,讨论了出现内部共振的临界速度vc。