单液氮液滴在气流中的蒸发运动特性研究

为了研究低温风洞中液氮喷雾降温蒸发特性,从而从微观上把握整个喷雾过程,以经典蒸发模型为基础,建立了适用于高速气流下的单液滴蒸发模型,计算了高速气流下单个液氮液滴的蒸发过程,得到其蒸发过程中液滴直径、速度、蒸发速率等参数的变化规律,并比较了环境温度、环境压力、气流速度等不同因素对各参数的影响。结果表明:环境温度对液滴蒸发速率影响较大,在100~300K环境温度下,每升高100K,2m的距离内液滴相对蒸发量大约增加18%,而对液滴运动速度则基本没有影响;气流速度越大,对流换热越强,液滴等时间蒸发速率越大,但由于蒸发距离一定,高速气流情况下的实际蒸发量减少,在上述条件下,10~30m/s的速度范围内,相对蒸发量在5%~6%;大粒径液滴具有大的绝对蒸发量,而小粒径液滴的相对蒸发量则较大;随着环境压力的增大,蒸发速率会随之增加。     

采用液氮喷雾技术的低温环路结构模拟系统研究

为进行座舱盖高空低温环境飞行疲劳试验考核,设计并搭建了采用液氮喷雾技术的小型环路结构低温环境模拟测试试验台,开展了风速以及喷射流量对系统降温速率影响的特性研究。试验测试了在液氮喷雾流量为37.2、42.4和49.3 kg/h,系统风速为2.21、4.53和6.77 m/s时,工作段温度从21℃降至-30℃时各测试面的降温特性,验证了运用液氮喷雾技术快速降温的可行性。结果表明:在相同喷雾流量下,风速越大,环路的降温速率越慢,测试面的温度均匀性越好;在相同风速下,喷雾流量越大,降温速率越快,测试面的温度均匀性越差。液氮喷雾降温能够满足座舱盖疲劳测试的低温环境要求,工作段温度场均匀性良好。本文研究可为低温环境模拟系统和大空间液氮喷雾冷却系统的设计提供参考。     

串联型复合式冷却塔数学模型及试验验证

构造串联型干湿结合复合式冷却塔的数学模型,利用Matlab软件进行模拟计算,搭建试验台进行试验研究.结果显示:随着截面风速增加,冷却水进出口温差逐渐增大,而出口空气温度基本不变,焓值减小,喷淋水量对冷却水进出口温差有显著影响,但对出口空气温度和焓值影响较小.模拟计算结果与试验测试值的最大相对误差不超过12%,说明该数学模型精度满足工程计算要求.利用该数学模型计算并分析了喷淋水量为2.1m~3/h和截面风速为3.0m/s时各参数随冷却塔高度的分布情况,结果显示:空气焓值随冷却塔高度增加而增加;空气温度在蒸发冷却段基本不变而在翅片管段显著增加,冷却水在翅片管段温降占总温降的36%左右;喷淋水流经填料层后温度降低,而在光管蒸发冷却段呈现先升温后降温现象.     

压力式螺旋型喷嘴降温特性实验研究

针对空冷机组在夏季高温天气不能满发的问题,采用喷雾增湿降低入口空气的干球温度.选用压力式螺旋型雾化喷嘴进行喷雾降温试验研究,包括喷嘴流量特性试验及不同喷嘴布置方式的喷雾降温试验.从试验数据得到喷嘴流量特性曲线,并且在对降温过程进行热湿交换分析的基础上拟合出以蒸发冷却为主要降温机理的降温效果关联式.通过比较喷嘴不同布置方式的降温效果,得出排间距为500mm的喷嘴布置方式降温效果略好于排间距为1 000mm的喷嘴布置方式.     

二次加湿蒸发降温系统性能研究

构建了二次加湿蒸发降温装置,对系统的性能进行了实验研究.研究结果表明:在风速一定的条件下,入口空气干球温度越高,相对湿度越低,冷却效率越高,制冷效果越好;在干湿球温度一定的条件下,入口风速越大,冷却效率越低,当风速超过3.5m/s时,冷却效率低于63%;同等条件下,二次加湿蒸发降温系统的出口温降比直接蒸发冷却系统的出口温降平均高2℃左右,加湿量增加5%～10%,冷却效率提高4%～10%.     

喷雾重叠率对带钢冷却效果的影响

本文建立了双喷嘴气雾冷却系统的物理和数学模型,在固定单个喷嘴流量、压力、雾化角和喷嘴喷射距离的条件下,利用FLUENT软件对喷雾重叠率分别为0、25%、50%和75%时,雾化场中液滴分布、液滴速度以及带钢表面温度分布、带钢冷却速度进行仿真计算。数值模拟结果表明,当喷雾重叠率为25%时,雾化场内液滴的位置分布、带钢表面液滴的速度分布以及带钢表面的温度分布最为均匀,带钢冷却效果最佳;但与其他喷雾系统的特性参数相比,喷雾重叠率对带钢的冷却速度影响不大。     

撞击流对喷雾燃烧强化机理的数值模拟

为了掌握液体燃料喷雾撞击燃烧过程中不同流场条件对燃烧过程的关键影响因素及其影响规律,进而探索不同流场条件对喷雾撞击燃烧过程的强化机理,采用数值模拟方法对同轴对置式双喷嘴撞击流喷雾燃烧进行研究.结果表明:燃料质量流量相同时,双喷嘴撞击流对燃烧存在明显的强化作用;随着入口速度的增加,燃料蒸发与反应速率提高,燃烧温度增加;两喷嘴存在一个最佳间距,使得燃烧效果最佳,随着喷嘴间距的增加或减小,燃烧反应都会减弱;喷嘴夹角为180°时,燃烧效果最佳,随着喷嘴夹角的减小,蒸发速率会增加,燃烧反应会受阻.     

柴油喷雾粒径空间分布特征理论与实验研究

为研究小型柴油燃烧器压力雾化喷嘴在喷雾外流场空间内的柴油喷雾粒径分布特征,采用激光粒度仪测量沿喷嘴出口轴向方向各截面处的液滴粒径分布。分别测试了不同配风量,不同喷油压力,不同喷雾锥角和油量条件下在 5 ~ 50 cm截面处的粒径分布,对其液滴平均索特尔直径进行分析,用分散指数表征液滴分布的均匀性。研究表明,喷雾粒径在空间的整体分布是在喷雾出口处区域最小,在浓雾区粒径最大但分布均匀。随风量和油压的减小,平均粒径增大,喷雾锥角对粒径影响不大,而油量对全局的空间分布影响较大。液滴在风量大的浓雾区分布均匀,但油压超过 1.2 MPa,初始破碎区的均匀度反而下降。初始破碎区的液滴粒径受液滴间相互作用影响,结合实验结果,引入液滴群整体作用系数B对理论推导的临界破碎粒径公式进行修正,平均误差5%。     

风送荷电喷雾特性试验

为研究风送荷电喷雾在空间的粒径分布和沉积特性,设计了一种风送荷电喷雾试验装置,包括雾化装置、荷电装置、风送设备以及相应的测量设备.首先对轴流风机改造前后的气流速度进行了对比,然后探讨了雾滴的荷质比和云电流与电压的关系,最后研究了荷电与非荷电状态下,喷嘴轴线上的雾滴粒径和沉积质量的分布规律,以及轴线上距喷嘴出口2.0和3.0 m,沉积质量沿水平径向(y方向)和雾滴粒径沿垂直径向(z方向)的分布特点.研究结果表明:改造后的轴流风机产生的气流轴向速度增大,有助于增加喷雾射程;雾滴的荷质比与云电流随电压的升高而增大;荷电与非荷电情况下,雾滴粒径与沉积质量均随轴向距离的增加先增大后减小,呈现单峰分布;荷电雾滴沿垂直径向的粒径分布关于轴线呈现出较大的不对称性,即小雾滴在轴线上方,大雾滴在轴线下方;荷电雾滴沿轴向(x方向)和水平径向(y方向)的沉积范围较广且均匀性较好.     

基于ELM的动力排气系统喷雾降温研究

研究了动力排气系统集水箱内高温烟气的喷雾降温问题.基于欧拉-拉格朗日方法(ELM)对烟气与水雾两相流的流动和能量方程进行求解计算.分析了集水箱内部分流管的结构对集水箱温降和压降特性的影响,以及喷雾流量对烟气温降的影响,并通过实验数据对仿真结果进行了校验.结果表明:内层管长大于外层管长的弯管结构模型的综合特性较好;随着喷雾流量的增加,烟气温度、水雾的相对蒸发率和烟气进出口压差均呈降低趋势;当喷雾流量为0.04 kg/s时,未蒸发的水雾量增加,继续增加喷雾流量,烟气温度变化不明显.     

制冷剂雾化喷嘴节流性能研究

为提高制冷系统蒸发器内液态制冷剂的分配均匀度和换热性能,该文提出采用雾化喷嘴代替节流阀的雾化节流方案。采用计算流体动力学(CFD)方法对制冷剂的节流雾化特性进行模拟,分析了系统蒸发温度、冷凝温度、阀前过冷度等对制冷剂节流雾化特性的影响。结果表明,当蒸发温度、冷凝温度和过冷度的范围分别为5~15℃、45~55℃和0~8 K时,节流雾化喷嘴的出口流量在4.125~5.230 g/s之间波动,并受冷凝温度影响较大;雾化流场中约90%的两相流体处于3m/s以下的低速段时,雾化效果较好。冷凝温度升高、蒸发温度降低、过冷度减小均有利于雾化,但也造成雾化流场蒸发量不均,气流紊乱,使得湍动能边界产生剧烈波动,雾化不稳定。     

低旋流多喷嘴燃烧器性能实验

对燃气轮机低旋流多喷嘴燃烧器的性能进行了实验,分析了当量比和喷嘴出口气流速度对燃烧室压力脉动、排温和排放的影响.结果表明,低旋流多喷嘴燃烧器运行时存在稳定燃烧区、不稳定燃烧区和回火区.随着当量比的减小多喷嘴燃烧趋于不稳定,压力脉动幅值增加,主频降低.随着喷嘴出口气流速度的增加,燃烧趋于稳定,压力脉动幅值减小,主频增加.喷嘴出口气流速度大于12m/s时,多喷嘴燃烧器不存在不稳定燃烧工况.低旋流多喷嘴燃烧器NOx排放与绝热火焰温度呈对数线性相关,且NOx排放随火焰温度的变化比单喷嘴小.     

引射空气对压力旋流喷嘴喷雾特性的影响

用定容器模拟斯特林发动机的燃烧室,以低硫柴油为介质,利用高速摄影仪和激光粒度仪,研究了空气引射对压力旋流喷嘴的喷雾发展规律和粒径分布的影响规律.结果表明,喷油量和气流引射对喷雾发展特征和雾滴直径分布影响很大,引射气流能消除静态喷雾初期的液体滴漏现象,使得形成稳定喷雾的时间变短, 喷雾扩散度增大,雾滴扩散程度明显增大,宏观喷雾形态改善;气体引射使得喷雾粒径减小,粒径分布范围更加集中,雾化效果明显改善.     

喷雾冷却沸腾传热强化试验

随喷雾流量及过热度增加,热流密度增大,但热表面中心干涸区变大、液膜覆盖区减小,表面利用率降低,传热性能有提升空间。基于此,通过改变单喷嘴高度、设计微孔阵列喷嘴两种途径,探讨热表面液膜均匀性和喷雾冲击强度对传热的影响规律。结果表明单喷嘴高度存在最佳值(4 mm),此时热表面无干涸区,喷雾冷却沸腾传热性能最强;与喷嘴高度6 mm相比,在喷雾流量为50 mL/min、过热度为20 K时,热流密度提高了13%;微孔阵列喷嘴形成的液膜分布更均匀,使得表面温度也较均匀,当过热度大于10 K,微孔阵列喷雾传热性能更优,比上述工况下单喷嘴的热流密度提高16%。强烈冲击的均匀薄液膜是决定喷雾冷却沸腾传热的关键,为进一步强化喷雾冷却沸腾传热提供了可行的方向。     

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。     

带盖板预旋系统流动与温降特性的数值模拟

为了研究带盖板预旋系统的流动与温降特性,对不同喷嘴角度和不同转速(工况)下的预旋结构模型进行了数值模拟。在相同进气条件下,研究了有无预旋结构和不同喷嘴角度下的盘腔流动与温降特性,分析了旋转雷诺数对系统流动情况和温降效果的影响。结果表明：预旋结构在盖板腔内产生的漩涡增强了盘腔的流动,相比于无预旋结构,其盖板腔压力和系统出口总温明显降低;随着喷嘴角度的增大,盘腔总温和静压均增大,温降效果变差;随着旋转雷系诺数的增大,无量纲质量流量增大,无量纲温降和总压损失系数均减小;预旋角由50°减少到30°时,系统无量纲温降增加了23.7%。     

喷雾冷却沸腾传热强化试验

随喷雾流量及过热度增加,热流密度增大,但热表面中心干涸区变大、液膜覆盖区减小,表面利用率降低,传热性能有提升空间。基于此,通过改变单喷嘴高度、设计微孔阵列喷嘴两种途径,探讨热表面液膜均匀性和喷雾冲击强度对传热的影响规律。结果表明:单喷嘴高度存在最佳值(4 mm),此时热表面无干涸区,喷雾冷却沸腾传热性能最强;与喷嘴高度6 mm相比,在喷雾流量为50 mL/min、过热度为20 K时,热流密度提高了13%;微孔阵列喷嘴形成的液膜分布更均匀,使得表面温度也较均匀,当过热度大于10 K,微孔阵列喷雾传热性能更优,比上述工况下单喷嘴的热流密度提高16%。强烈冲击的均匀薄液膜是决定喷雾冷却沸腾传热的关键,为进一步强化喷雾冷却沸腾传热提供了可行的方向。     

空调冷凝器外环境喷雾冷却的数值模拟

当室外温度过高时,空调室外机组散热环境恶化,导致空调经济性降低.现采用在室外机组冷凝器上加装喷嘴进行水的喷雾冷却的方法,降低进入冷凝器的风温,改善冷凝器散热工况.通过CFD软件进行数值模拟,模拟不同水量、不同喷嘴角度的喷雾冷却对冷凝器外环境空气温度场以及对各点温度分布的影响.模拟结果表明,喷雾后冷凝器外环境温度降低,随着喷雾量、喷雾角度的增大,进风截面各点温度分布更为均匀,冷凝器散热能力得到提高.     

湿帘降温系统在陕西某温室的降温特性

为了研究陕西地区现代农业温室的降温特性,通过测试陕西省富平一栋采用湿帘-风机降温系统的温室室内温度、湿度,研究其湿帘降温效果、系统特性、温室的温度空间分布等．通过理论计算与实际测试对比,分析了循环水温对湿帘蒸发冷却效率的影响,验证了高温、低湿气候条件下湿帘-风机这一降温系统的实际降温效果．试验结果表明,温室1m高处平均降温6.7℃,最高降温9.2℃,湿帘蒸发冷却效率高达90.3％,当低于空气湿球温度的循环水时,能够提高湿帘的蒸发冷却效率．     

蒸发环境下液滴初始粒径对煤油喷雾模拟预测的影响

采用Eulerian-Lagrangian方法分别在非蒸发、蒸发环境中完成了煤油破碎、雾化过程模拟,分别采用索特直径、贯穿长度等实验数据对预测结果进行了对比分析。假设离散相的液体颗粒粒径在喷嘴出口处满足RosinRammler分布,通过在喷嘴出口处设定不同的初始液体粒径分布参数,得到了不同算例的预测结果。通过与实验数据的对比发现,在非蒸发环境下液体初始粒径对于预测结果影响较小,而在蒸发环境下其对于计算结果存在比较明显的影响,较小的初始液滴粒径会降低喷雾的贯穿长度、会造成液滴在离开喷嘴之后的速度偏快。