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。     

泡群内气泡振动特性分析

本文从均匀球状泡群内气泡非线性振动方程出发分析了驱动声压幅值、声波频率和液体环境对空化气泡振动特性的影响.数值分析结果表明:超声波驱动下的非线性振动气泡存在不稳定响应区,不稳定响应区主要分布在声波频率小于5 0 kHz的低频区和平衡半径小于1 0μm的微泡尺寸范围;平衡半径为3μm左右的空化微泡有较强的声响应能力和不稳定性,在特定的液体和声环境中,极易受到扰动生长为平衡半径更大的气泡;驱动声波频率一定的情况下,随着驱动声波压力的增加,气泡的非线性共振频率降低,声场中气泡的共振尺寸减小;平衡半径大的气泡空化阈值低,更容易引起空化效应.液体内溶解气体浓度影响空化进程以及空化声压阈值,溶解气体浓度越低空化阈值越高.     

氮化铝声表面波器件表面微液滴的声表面波操控研究

声学操控是实现芯片级微流体操控的重要方法之一,如何实现在新型压电器件表面用声表面波有效驱动操控微升量级流体是该方法中一个非常关键的问题。通过在氮化铝薄膜声表面波器件表面滴放不同体积微液滴,在微尺度下利用高速摄相机和红外热像仪研究分析了声表面波操控雷诺数较小的液滴流体力学特征和声波热效应。结果显示在较低加载功率条件下观察到声波激发液滴内粒子流场轨迹呈现出典型稳定的双涡旋蝶形结构;而加载功率继续增大时,液滴定向输运过程中输运速率随加载功率增加而增大,进一步在较高功率下液滴出现了喷射现象,进而从理论上讨论了上述特征中的耦合操控机理。同时,观察到微液滴操控过程中的声波加热效应,液滴温度变化量随加载功率呈正比线性增大趋势,但在较高功率时出现偏离。对比分析了器件表面特定位置滴放微液滴前后器件表面温度和液滴温度变化量分别随加载功率线性增大的特点,提出液滴内热量的来源以液滴内的声波因克服流体粘滞阻力做功产生的贡献占主导。     

高速公路隧道内噪声声场分布特性

针对某高速公路隧道,把隧道壁及路面设置为全反射边界条件,以点声源作为基本噪声源建立了足尺有限元分析模型。利用LMS Virtual Lab软件对模型进行有限元分析,对隧道内声传播介质——空气进行声传播计算,研究了点声源条件下隧道内声场的分布特性及声源频率和位置对声场分布的影响。研究结果表明:公路隧道内噪声主要分为两大区域分布,贴近界面呈明显的规律性声压叠加与消减的声场紊乱区及远离界面的声场稳定区。声源频率从250Hz逐步增加到1 000Hz时,紊乱区的范围由距离隧道壁2.3m以内范围向0.7m以内递减;声源位置不同时,仅影响到声源附近5m范围内的声场,隧道内整体声场仍符合前述分布规律。参数分析表明隧道内噪声场主要分为平均声压级较高的紊乱区和较低的稳定区两大区域,声源频率会影响两区域分布范围,声源位置仅能影响声源附近小范围声场分布,对隧道整体声场影响不大。     

基于灰色关联分析的生物柴油微观喷雾特性研究

为探究影响生物柴油雾化性能的主次因素,对B100（棕榈油生物柴油）、N10（生物柴油的体积分数为90%,正丁醇的体积分数为10%）和N20（生物柴油的体积分数为80%,正丁醇的体积分数为20%）的雾化特性进行了试验研究。采用定容弹高速摄影与多普勒粒子分析仪测量系统研究了3种燃油在不同喷孔直径、喷油压力及背压下的微观雾化特性,分析了雾化油滴的轴向速度和索特平均直径D_(SMD)的变化趋势,并在此基础上通过灰色关联理论,计算得到了正丁醇掺混比、喷孔直径、喷油压力及背压对生物柴油D_(SMD)的影响程度。结果表明：B100的D_(SMD)从轴向长度5 mm处的106.74 μm降低到轴向长度70 mm处的57.98 μm,且随着正丁醇掺混比的增加,雾化油滴的轴向速度与D_(SMD)都有所减小。随喷孔直径和背压减小、喷射压力增大,3种生物柴油的D_(SMD)均呈下降趋势,雾化质量得到改善,通过D_(SMD)的灰色关联计算,得到正丁醇掺混比、喷孔直径、喷射压力和背压与D_(SMD)之间的关联度分别为0.507 2、0.755 8、0.607 7和0.789 5,说明背压对D_(SMD)的影响最大,喷孔直径与喷射压力次之,正丁醇掺混比对D_(SMD)的影响最小。     

柴油、甲醇和水三相乳化液粒径分布预测模型及实验验证

为了研究柴油、甲醇和水三相乳化液在不同启喷压力下的雾化特性,采用最大熵原理和实验相结合的方法分析了喷嘴启喷压力、乳化液配比和乳化剂等对其雾化粒径分布的影响。通过最大熵原理推导了三相乳化液雾化的概率密度函数,建立了三相乳化液的体积积分分布和累积体积分布理论模型,并与实验值进行了比较验证。研究表明:基于最大熵原理确定的理论模型和实际分布趋势基本一致,随着喷嘴启喷压力的增大,Sauter平均直径随之减小,大液滴份额减少,小液滴份额增加,峰值朝粒径较小的方向移动,并且采用较小分散相含量和亲油性较弱乳化剂的乳化液雾化效果相对较好;雾化后的液滴直径主要分布在10~60μm之间,峰值在30μm左右,峰值附近理论值与实验值的相对误差最大,理论值分布较为集中,实验值分布较为分散;在累积体积分布中,随着启喷压力的增大,累积分布曲线变陡,累积体积理论值较实验值更快到达100%。     

旋笛式气动声源的声传播模拟及其计算结果分析

为探究旋笛式气动声源在气态介质中的传播规律,采用COMSOL Multiphysics软件研究半自由场中6. 3～200 Hz频段内1/3倍频程下各频率声波的声场特征,并采用声级计与无人机对旋笛式气动声源的远场分布进行实地联合测量。结果表明:声压级沿声源中轴线以指数形式衰减。当声波波长小于或接近于声源设备尺寸时,会因近地面声波干涉叠加形成指向声源设备的“条纹”状声波,该声带结构会导致近地面离源声压级呈现先上升后下降的趋势。本研究得到的气态介质内平面波传播特征对旋笛发声设备的应用及其设计具有一定的借鉴意义。     

基于灰色关联分析的生物柴油微观喷雾特性研究

为探究影响生物柴油雾化性能的主次因素，对B100（棕榈油生物柴油）、N10（生物柴油的体积分数为90%，正丁醇的体积分数为10%）和N20（生物柴油的体积分数为80%，正丁醇的体积分数为20%）的雾化特性进行了试验研究。采用定容弹高速摄影与多普勒粒子分析仪测量系统研究了3种燃油在不同喷孔直径、喷油压力及背压下的微观雾化特性，分析了雾化油滴的轴向速度和索特平均直径D_(SMD)的变化趋势，并在此基础上通过灰色关联理论，计算得到了正丁醇掺混比、喷孔直径、喷油压力及背压对生物柴油D_(SMD)的影响程度。结果表明：B100的D_(SMD)从轴向长度5 mm处的106.74 μm降低到轴向长度70 mm处的57.98 μm，且随着正丁醇掺混比的增加，雾化油滴的轴向速度与D_(SMD)都有所减小。随喷孔直径和背压减小、喷射压力增大，3种生物柴油的D_(SMD)均呈下降趋势，雾化质量得到改善，通过D_(SMD)的灰色关联计算，得到正丁醇掺混比、喷孔直径、喷射压力和背压与D_(SMD)之间的关联度分别为0.507 2、0.755 8、0.607 7和0.789 5，说明背压对D_(SMD)的影响最大，喷孔直径与喷射压力次之，正丁醇掺混比对D_(SMD)的影响最小。     

高频测量输沙浓度对湍流脉动的频率响应

为揭示风沙流中输沙浓度对湍流脉动的响应频率,在边界层风洞中对不同粒径沙样进行了两相同步测量.采用高速数字相机以2 000帧/s拍摄跃移粒子连续图像以计算瞬时输沙浓度,配合热线风速仪同步记录跃移层内的湍流脉动.结果表明,沙粒瞬时浓度变化呈典型的随机过程,其频谱规律表明输沙浓度只能响应含能较高的低频湍流脉动.引入小波包变换分析两相数据的能量结构,结果显示沙粒浓度的能量波动约有90%集中在500 Hz内的低频段.输沙浓度对湍流脉动的响应频率受粒子尺寸的影响,对于100～125μm的小粒径沙样,阈值响应频率约为40 Hz,对于300～500μm的大粒径沙样,响应频率约为30 Hz.     

220 kV城市户内变电站声场模拟与分析

为了有效地治理城市户内变电站日益严重的噪声污染,建立仿真模型对变电站机房内部以及居民区的声场分布进行计算.以南京大行宫220 kV变电站和富城220 kV变电站为例,使用ANSYS 11.0 SP1软件对变电站主要噪声源--主变压器室和电抗器室内部声场进行模拟与分析.使用LMS SYSNOISE软件对变电站外距主变压器室45 m处的居民区声场进行模拟计算.模拟结果表明:主变压器室的噪声声压级在频率为63 Hz时达到最大值90.6 dB.电抗器室的噪声声压级在125 Hz时达到最大值93.0 dB;居民区的噪声声压级为47.51 dB,夜间噪声超标.声场模拟值和现场实测数据吻合良好.通过修改模型中的相关参数,此模型可较好地用于同类变电站的声场模拟与预测,以便结合隔声、消声、吸声及隔振技术制定噪声控制的优化方案.     

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.     

柴油机SCR系统尿素水溶液的喷雾特性

通过建立柴油机SCR后处理系统的UWS喷射雾化模型,综合考虑UWS液滴在排气管道中的湍流扰动、变形、破碎、碰撞聚合和碰壁反弹等一系列理化过程,研究UWS的喷雾雾化分解特性,分析了喷嘴喷射压力、喷孔喷射角度α、喷雾锥角β、喷嘴偏置角度θ和排气管径长比对UWS液滴分解的影响.结果表明:喷射压力过小时,UWS液滴将呈液柱或大液滴状,喷射雾化效果差,NH_3平均体积分数随喷射压力的增大呈线性增大;α对UWS分解有显著影响,随着α的增加,NH_3平均体积分数升高;β对NH_3均匀性系数影响显著,随着β的增大,排气管内壁面附近NH_3的分布更加均匀;随着θ的增大,NH_3平均体积分数不断增大,但其均匀性系数急剧下降;NH_3平均体积分数随排气管直径的增大而减小,后逐渐趋于平缓.     

射流式调制声源的低频强声发射及其传播特性

为研究射流式调制声源的发射和传播特性,文中搭建了多种室外声场声压测试平台,提出具有普适性的大功率气流扬声器声压级量测方法,测试射流式调制声源的低频发射特性和传播特性。实验结果表明:(1)声发射方面,在不同海拔高度的对比试验发现,高海拔(4 000 m)地区声压级较低海拔(70 m)地区声压级下降4 dB;(2)声传播方面,在号筒的作用下低频声波在号筒附近呈现出一定的指向性;声压级在传播方向上呈现指数函数衰减形式。本研究对射流式调制声源的低频强声发射能力的技术边界和低频声波在大气中的传播规律给出定量描述。     

测振求声技术初探

本文以脉动半球声源和固定圆板的一阶振型假设为基本物理模型,导出了不同频率下的振——声转换公式,由此求出振动板上某一点处的界面声压级.然后根据平均界面声压级及空间某点的坐标,求出振动板在空间声场中该点的声压级.     

轮胎振动辐射声场有限元法与边界元法研究

为了探索轮胎振动辐射声场特征,基于实测得到的轮胎几何参数和材料参数,建立了P215/70R14型轮胎的有限元模型.将模态分析结果导入边界元软件,求解了轮胎在径向力激励下的辐射效率、辐射声功率、表面方均根振动速度、激励点法向声强及轮胎声场指向性.结果表明,在yOz平面(x轴为轮胎的对称轴)频率为61 Hz处,轮胎声辐射接近偶极子的辐射声场.在频率为451 Hz处,轮胎声辐射接近四极子的辐射声场.当频率高于451 Hz并继续升高时,声场指向性趋于复杂.该结果为进一步探讨轮胎在真实激励条件下辐射噪声的计算奠定了基础.     

撞击流内液滴碰撞的后续发展行为

为了探索撞击流内液滴碰撞后续发展行为,建立了正确反映液滴碰撞及后续发展的冷态理论模型.利用所建模型模拟了同轴对置气液两相撞击流中液滴碰撞导致的融合聚并或二次雾化过程,进而对2个喷嘴之间液滴的粒径分布进行了研究,分析了进口液滴粒径、速度、黏度以及液滴碰撞角度等对撞击流中液滴粒径分布的影响规律.结果表明:进口液滴粒径越小、黏度越大,液滴发生碰撞后聚合的概率越大;进口液滴速度较小时,液滴发生碰撞后全部聚合,继续增大进口液滴的速度,液滴碰撞后二次雾化的概率增大;在相同条件下,液滴发生斜碰时二次雾化的概率比发生正碰时要大.     

超声衰减与光散射法蒸汽液滴粒径和含量对比测试

搭建蒸汽测试实验系统,结合经典ECAH(Epstein-Carhart-Allegra-Hawley)理论模型,提出三频率超声波声衰减颗粒测量方法,采用中心频率为22,40和200 k Hz的超声波开展蒸汽液滴粒径和含量(体积分数)的超声法测量实验,在相同工况下基于光散射法的原理,同时开展多波长消光法和激光散射法对比测试研究。实验结果表明:超声衰减法测得蒸汽液滴粒径和含量与消光法和激光散射法的测量值接近,超声衰减法有望用于气液两相流中蒸汽液滴粒径以及含量(湿度)参数的在线监测。     

高速列车室内结构噪声分析

针对国内高速列车的简化结构模型,采用Virtual Lab Acoustics专业声学求解器,建立了车厢结构声场耦合分析模型,对车厢结构模态、室内空腔模态及室内声振耦合系统进行了模型化分析.理论分析结果表明:在21.24 Hz和35.53 Hz处,车身结构模态的振动频率和空腔模态的振动频率接近,产生共振;在同一水平面上场点声压呈现强弱交替分布,随着频率的增加,车厢内部同一平面上沿横向和纵向的干涉条纹增加;不同测点声压级差异明显,噪声空间分布不均;在20～38Hz频段,声压级处于80 dB以上.     

水中刚性柱在高斯声场中的声辐射力特性

以声波理论为基础,在圆柱的中心点将高斯声波用柱函数展开,计算入射高斯声波的展开系数,求解在高斯声场中柱形粒子所受声辐射力的表达式.通过数值仿真研究了频率、波束宽度、柱形粒子偏离高斯波束中心的距离等参数对声辐射力的影响.仿真结果表明:在ka1的情况下,当柱形粒子沿x轴的正方向偏离波束中心时,所受的声辐射力为负值,当柱形粒子沿x轴的负方向偏离波束中心时,所受的声辐射力为正值;ka1时,粒子所受的声辐射力随着粒子位置偏离波束中心距离的增大逐渐减小,且辐射力的方向均沿x轴的正方向;随着波束宽度的增大,声辐射力的值增大,当波束宽度相对波长较大(W0=10λ)时,高斯波束声辐射力的大小接近于平面波声场的声辐射力.     

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.