剪切流场中液滴形变模型的理论研究

从力学的角度出发,在由两个同心圆筒形成的旋转剪切流场中,分析油水乳化液中分散相液滴的受力及形变,推导出分散相液滴受力与液滴形变的相互关系。提出了剪切流场中液滴形变的三维力学模型,初步建立了拉伸率、收缩系数和剪切应力之间的关系。结果表明,如果测得液滴破裂的临界拉伸率,就很容易求得液滴破裂的临界剪切应力,从而可以应用分散相液滴的拉伸率或收缩系数来分析剪切对油水分离特性的影响。     

单液滴在射流场中的形变及破碎实验研究

在射流场中对自由上升单液滴的形变和破碎过程进行了研究。采用高速摄像技术拍摄记录液滴的初始形状、上升速度、进入射流场后的形变破碎等现象，运用粒子图像测速(PIV)技术研究了射流场的流场情况。通过改变液滴初始粒径大小、入射位置、射流速度等参数考察了在不同射流速度下液滴在流场中的形变破碎过程。结果表明，液滴在进入射流场后会发生3个尺度的形变过程，随后会发生从生成子液滴数为两个至多个不等的二元破碎至多元破碎现象；液滴一次破碎位置随流场剪切力而变化，主体破碎区域为射流场的中间部分；液滴在射流场中生成的子液滴数量会随入射流量、入射位置和母液滴粒径的改变发生变化。     

剪切流场下液滴碰撞的流变特性

基于VOF液/液相界面追踪方法,建立了不可压缩水/油单乳液液滴动力学模型并进行数值求解,模拟研究了剪切流场条件下2个相同体积的液滴在碰撞过程中的相互作用及变形行为.观察了液滴碰撞过程中液滴的运动轨迹,并对相应的内在机理进行了分析.在剪切流场作用下,两液滴的碰撞过程分为接近、碰撞、分离3个阶段.由于碰撞过程中液滴间的相互挤推作用,液滴分离后,液滴间的侧向质心间距Δy/a增大.此外,分析了液滴碰撞过程中毛细数对液滴间相互作用的影响.两液滴在碰撞靠近过程中,在碰撞区中心处产生一个高压区,随着毛细数Ca从0.2增加到0.4,界面挤压变形越明显,液滴变形系数D也从0.32增加到0.51.     

用液滴碰壁模型对波形板汽水分离器的模拟

分析了不同参数的液滴碰壁后各参数的变化，应用液滴碰壁模型对波形分离器内进行了二维数模拟，计算出不同液滴直径在同一入口条件下的分离效率，得出液滴开始发生沉积和完全沉积的临界速度，并计算出发生飞溅的液滴比例，计算结果表明，发生飞溅现象时，液滴的直径已不在波形板内液滴直径分布的主区域内。     

撞击液滴形成的液膜边缘特性

以旋风分离器内液滴撞击筒壁为研究背景,探讨了撞击形成的液膜边缘特性,考察了韦伯数(We)、撞击速度、初始液滴直径对液膜边缘形成的指形液滴和卫星液滴的影响.结果发现:不同We数下,最大液膜直径形成的指形液滴体积分布集中在0.2～0.6,近似于高斯分布;随着We数的增加,大体积卫星液滴出现的几率也随之增大;且卫星液滴的体积随着初始液滴直径和初始撞击速度的增大而增大;另外,在同一铺展过程中,边缘液滴、指形液滴和卫星液滴三者的数量呈依次递减的关系.     

牛顿流体中表面活性剂对浮力驱动的单液滴动力学行为的影响研究

研究了不同粒径单液滴在去离子水中和加入表面活性剂的去离子水中的形变、上升速度和曳力系数等动力学参数，液滴当量直径范围290mm     

液滴碰撞倾斜壁面的动力学特性

为了探究液滴碰撞在固体表面的动力学特性,该文进行了不同初速度的液滴以不同角度撞击光滑不锈钢表面的实验,通过实验研究了液滴的碰撞角度和Weber数对碰撞过程中液滴的动力学特性,如液滴前后沿点位移、最大铺展直径、滑移距离等的影响。结果表明:液滴的最大无量纲铺展直径随Weber数的增大而增大,随斜面倾斜角度的增大而减小;但是,液滴最终静止在表面时与表面的接触直径几乎不受Weber数和碰撞角度的影响,而是取决于液滴在表面上的前进接触角和后退接触角;另外,液滴的前后沿点位移和滑移距离随碰撞角度和Weber数的增大都呈现上升趋势。     

基于FTM的双液滴流动特性数值模拟

基于界面追踪法（Front-Tracking Method,FTM）建立了重力场中多个气液界面间相互耦合的数值模型。以两个液滴的自由落体运动为研究对象,在不同Reynolds数(Re)、Eotvos数(Eo)和液滴初始中心距的情况下进行数值分析。研究结果表明：当液滴初始中心距较大(Lc/D≥4)时,两个液滴间的相互作用很小,对液滴的变形和运动过程不产生影响,而此时液滴的运动特性由Re数和Eo数决定;当液滴初始中心距较小(Lc/D=2)时,液滴在下落过程中的变形是不对称的,并且液滴会相互排斥,在大 Re数和Eo数时,这种现象更加明显。     

高频调幅交变电磁场金属液滴悬浮振荡的 3 维数值模拟

采用有限元方法模拟高频调幅交变电磁场以及液滴内流体流动, 金属液滴自由界面的追踪采用任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Euler, ALE)方法. 数值模拟得到了高频调幅交变电磁场、金属液滴内部液体流动和液滴表面形变的动态行为. 数值结果表明: 在高频调幅交变电磁场中, 金属液滴所受洛伦兹力集中在液滴内部近表面区域, 液滴受近似表面力的洛伦兹力激励; 在表面张力和重力的共同作用下呈周期性振荡, 液滴的振荡幅度起伏变化, 具备参数振荡特征. 对液滴振荡的频谱分析结果显示, 液滴振荡的主频和高频调幅交变电磁场的调制波频率相同, 在其倍频处也会出现较大峰值, 液滴振荡的频谱特征与高频调幅交变电磁场中金属液滴所受洛伦兹力的频率特性吻合.     

铜表面液滴冻结的实验研究

为了研究液滴冻结过程中液滴内部固-液相界面的动态变化特性以及液滴形变的变化规律,基于液滴冻结可视化实验平台,对冷铜表面液滴冻结过程进行了可视化实验研究,分析了不同冷表面预设温度下液滴过冷度和液滴冻结时间的变化规律以及液滴体积对液滴冻结时间的影响。实验结果表明:在液滴冻结过程中,液滴内部固-液相界面呈现出凹界面特性;在表面张力和固-液相界面的凹面特性的共同作用下,液滴完全冻结后会在其顶部形成明显的乳状凸起;液滴冻结前期固-液相界面的推移速度较快,冻结速度较快,随着时间的推移,固-液相界面的推移速度逐渐减小,致使冻结速度减小;随着冷表面温度的降低,液滴冻结所需要的过冷度不断增加。研究发现了临界过冷度的存在,约为-12℃,适当增加液滴的临界过冷度可延缓其冻结过程。液滴冻结时间主要取决于液滴过冷时间,液滴过冷时间受冷表面温度的影响较大;液滴体积对液滴过冷时间的影响并不是单调的。     

汽轮机缝隙抽湿式隔板中的水份运动特性

本文计算并分析了湿蒸汽汽轮机级隔板中大分散度水份的尺寸分布、运动特性及沉积位置。利用平板上的气-水膜两相流试验装置,研究了流动参数对沉积水份流动形式的影响,并测定了壁面上抽湿缝隙的去湿率与抽吸压差、缝隙宽度、汽流切应力及水膜雷诺数等参数的关系.     

制冷剂侧结构对多元微通道平行流冷凝器传热与流动性能的影响

建立了多元微通道平行流冷凝器的稳态分布参数模型,将模型计算值与其实验结果对比验证了模型的正确性.同时,利用所建立的模型研究了扁管孔数、扁管内孔高宽比、流程布置、各流程间扁管数分配方式等参数对平行流冷凝器传热和流动性能的影响.结果表明:随着扁管孔数的增多,换热量逐渐增大,制冷剂侧压降逐渐减小,空气侧压降逐渐增大;随着扁管内孔高宽比的增大,换热量与制冷剂侧压降逐渐减小,空气侧压降不变;随着流程数的增多,换热量与制冷剂侧压降逐渐增大;当流程数一定时,各流程间扁管数的分配宜从第1流程向后依次递减,其递减速率逐渐减小,且过冷区的扁管数不宜过少.     

粉煤浓相气力输送中的固气比

研究了室温下浓相输送粉粉的规律，固气化（固体与气体的质量流量之比）最高可达512．2kg/kg。通过大量实验，得出固气比与总压降的关系。利用最小二乘法，对52组实验数据进行拟合，得到了固气比与气体Froude数、固体质量流量这宰的关系，揭示了3个参数之间的回归方程。     

基于分布参数模型的满液式蒸发器性能模拟

基于流动沸腾换热的Chen氏加和模型，建立了满液式蒸发器分布参数的热力计算模型．采用分相流动模型计算制冷剂横掠管束的两相压降，考虑了压降对制冷剂饱和温度的影响；对于流程上下布置的满液式蒸发器，模型计算了制冷剂流量沿轴向的分布，改进了前人忽略制冷剂流量轴向分布对蒸发器性能的影响．应用该模型对一水平布置、2流程、采用强化管的满液式蒸发器进行了性能计算，热负荷的计算值与试验值吻合良好．同时，研究了不同管型、不同流程布置对满液式蒸发器性能的影响．     

应用神经网络法智能识别油气水多相流流型

采用分形理论和神经网络技术来实现智能识别油气水多相流流型 .测量了水平管内油气水多相流的压差 ,应用分形理论中的重构相空间算法 (Grassberger Procaccia算法 ) ,算出压差信号的关联维数 ,然后将关联维数作为径向基函数神经网络的输入 ,从而实现对流型的智能识别 .实验结果证明 ,该识别方法十分有效 .     

密相气力输灰管的流动参数

根据研究和经验数据，预设输灰管入口的压力、流速和沿管的压力降落，利用气体状态方程、多变过程方程和气固两相流的压力降落计算式，由迭代法或假定逼近法进行计算，就可以得到管进出口流动参数。     

钻井环空固液两相流压降模型理论分析

针对直井钻进过程中环空内岩屑运移的特点，对环空中固液两相流动压降进行了理论分析。采用因次分析的方法综合考虑了影响压降的诸多因素，导出了固相摩阻系数与傅劳德数之间的关系，提出了总摩阻系数的理论计算公式，修正了过去计算环空压降时忽略固相引起的压降，为准确进行水力优化设计提供了参考依据。     

泡沫流体管流流动与换热数值模拟

基于质量、动量和能量守恒方程,建立泡沫流体在圆管内流动与换热的物理模型和数学模型,并利用FLUENT软件进行模拟,得到不同雷诺数下圆管内的压力损失、管道横截面上的速度分布和表观黏度分布,同时回归了不同雷诺数下的摩阻系数和努塞尔数经验关系式.结果表明:管内压力沿管程不断降低,且流速越大压降越大;管内温度沿管程不断升高,且流速越小温升越大;管道横截面上的速度、温度分布不均匀,越接近管壁速度越小,温度越高.     

烧结矿余热回收竖罐内气体流态的实验研究

采用对Ergun型方程无量纲化的方法对气体通过烧结矿床层的流态进行了研究,考察气体表观流速、烧结矿颗粒直径和床层空隙率对床层内气体压力降的影响,进而探讨床层内临界颗粒雷诺数随颗粒直径的变化规律.研究结果表明:当颗粒直径一定时,床层内单位料层高压力降随气体表观流速的增大呈二次方关系增大.当气体表观流速一定时,单位料层高压力降随颗粒直径和空隙率的增大呈指数关系衰减.床层内临界颗粒雷诺数随床层几何因子的增大呈指数关系减小,且临界颗粒雷诺数实验预测公式的平均计算误差在5%以内,显示了良好的预测性能.     

车用平行流式冷凝器流程扁管数布置的优化设计

基于平行流冷凝器换热和压降的理论计算方法、拉丁超立方实验设计方法;多项式响应面模型以及惯性因子改进和模式改进的粒子群优化算法,提出一种车用平行流冷凝器流程扁管数分配的优化设计方法;并采用该方法对某平行流冷凝器进行优化设计。结果表明,在设计工况下,优化后的冷凝器换热量较原始模型提高了3. 6%,冷媒压降降低了21. 4%。在非设计工况下,优化后的平行流冷凝器换热量较优化前分别提升了4. 5%和5. 3%,冷媒压降分别降低了19. 7%和18. 5%。