考虑盐度因素的水中气泡上升规律表征研究

对考虑海水盐度因素的气泡上升规律进行研究,主要包括不同海水盐度对气泡脱离体积、瞬时稳态上升速度的影响。通过搭建气体水下排放试验台,使用常压空气和8种不同盐度的海水液体分别作为实验的气相和液相,将气泡划分为低雷诺数缓慢上浮及高雷诺数快速上浮两种运动状态;并分别进行实验。用高速摄影技术对气泡运动进行实验观察;并通过MATLAB编程对拍摄的图像进行分析处理。测定气泡脱离体积及瞬时稳态上浮速度。结果表示,气泡受海水密度、表面张力、黏性系数等物性条件共同作用,在低流速非射流工况下,随海水盐度的增加,气泡脱离体积减小;瞬时稳态速度属于低雷诺数上浮时,随盐度升高而增加明显;而属于高雷诺数上浮时,瞬时稳态上浮速度随盐度升高而缓慢降低。     

不同密度气体射流混合过程的大涡模拟

对不同密度气体在圆管射流情况下的湍流混合过程进行了大涡模拟计算,研究气体密度比对下游气体混合过程的影响.考虑了氦气和二氧化碳分别射入空气中的两种情况,其雷诺数分别为7 000和32 000.计算得到的速度、质量分数等各项参数均与试验结果吻合良好,研究表明在相同的射流动量通量下,低密度射流比高密度射流混合发展得更快.同时验证了变密度射流的准相似性,并分析了其中的相干涡结构.计算研究了CO_2射流在不同射流速度下的湍流场,发现低速射流相比于高速射流具有更高的混合速率.     

环形与圆形喷管水下气泡生成的实验对比研究

对环形喷管与圆形喷管水下气泡生成进行了实验对比研究.利用自行设计建设的水下气体射流实验系统,结合高速摄影仪图像记录及图像处理,比较分析了两种喷管气泡生成的异同.研究表明:对于圆形喷管,其气泡生成随气体流量增加依次呈现单周期、双周期和三周期特性;而环形喷管,在初始低流量时,气体在环形喷管出口截面呈随机无规则喷发,一旦形成稳定环形气泡则直接进入三周期区制;两种喷管在后续气泡断裂时整体气泡顶部上浮高度也不同;3类气泡所受各种力处于动态变化之中,且3类气泡所受主要控制力不同.      

静止液体中顶部浸没管口处气泡形成的数值预测

综合分析气泡的受力,基于动力学平衡建立了长大-脱离的两阶段气泡运动方程.对顶部浸没管口处形成气泡的尺寸进行直接数值预测.分析了气体流量、管口内外直径以及表面张力、液体粘度和液体密度对气泡尺寸的影响.并将计算结果与实验结果进行了对比,两者吻合较好,变化趋势一致.研究表明:气泡尺寸随着气体流量以及管口的内径和外径的增加而增大.气体流量和管口内外径都是影响气泡尺寸的重要因素;在一定气体流量下,气泡的直径随着表面张力和液体粘度的增加而增大,而随着液体密度的增加而减少;随着气体流量的增加,液体粘度对气泡尺寸的影响增强,而液体密度以及表面张力对气泡尺寸的影响减弱.     

不同尺度水平并列气泡运动特性三维数值研究

本文基于Open FOAM开源代码建立了能描述气泡运动的三维气液两相流数学模型,对单个气泡及不同尺度大小的并列气泡在静水中上升的运动过程进行模拟.通过数值模拟进一步了解气泡形变特征以及射流产生与发展的真实物理过程,同时探究新增气泡的尺度效应对原单气泡的影响.结果表明,本模型能较精确地模拟气泡在水中的运动变化过程,适应于具有大密度比的复杂界面流的三维数值研究;气泡周围的速度场与涡量场有效地揭示了气泡射流的动力结构特点;对于能贯穿气泡上表面的射流,其速度在穿透气泡之前与气泡上升速度同时达到最大值;在单气泡周围一定范围内布置新的气泡,新增气泡的尺度越大,对原气泡流场结构影响越大,新增气泡尺度增大导致气泡射流向两气泡所处位置连线的中轴线方向发展.     

浸没侧吹气体的流动和穿透行为

浸没侧吹技术目前被广泛应用于火法冶金，极大促进了冶金工业的发展。本文旨在进一步了解火法冶金中的气液相互作用机制。本文采用高速摄像-数字图像处理-统计方法，系统研究了气体流量、喷嘴直径和喷嘴倾斜角度对空气-水体系中浸没侧吹气体的时空分布和穿透行为的影响。结果表明，随着气体流量的增加，气体运动将逐渐从鼓泡机制转变为稳定射流机制，并将逐渐形成完整射流结构。当气体流量较低时，在喷嘴上方将形成一个由大气泡构成的气泡区域。当气体流量和喷嘴直径均较大时，在喷嘴上方将形成一个由微小气泡构成的气泡区域。增加喷嘴倾斜角度将导致形成完整射流结构需要更大的气体流量。在采样时间内，无量纲水平和竖直穿透深度呈高斯分布。减小喷嘴直径，增加气体流量或喷嘴倾斜角度，将扩大气体的分布范围和采样时间内气体穿透深度的离散性。通过量纲分析，获得了误差在±20%以内的关于气体穿透深度的新关联式。由当前研究提出的关联式计算出的120 t转炉中氩气-熔体系统的水平穿透深度与文献中关联式的计算结果和文献中的数值模拟结果非常接近。     

水下超声速气体射流初期流场特性的实验研究

实验研究三维水下超声速气体射流,重点分析气体射流初期气泡运动演化过程,对射流初期数值模拟结果做相关辅证.同时引进非圆整度概念,定量分析水下气体射流初期气泡运动及形态变化的某些规律,得到一些实验分析结果,为工程实践提供了有用的参考数据.     

空气暖等离子体射流发生器降温系统设计

为了更好满足等离子体射流发生器便携、易操控、应用环境多样性等要求，针对传统水冷笨重、难以移动等缺点，在发生器电极、冷却结构等方面设计了以空气为工作气体并且兼具冷却功能的气体回路便携式暖等离子体射流发生器，研究了工作气体流量、放电频率、放电电压对等离子体射流温度的影响规律.研究发现，冷却气体的引入明显降低了射流温度，在5.5 kV电压、22 kHz频率和7 L/min流量条件下，冷却气体的引入使得射流温度降低了302℃.射流温度随着气体流量和放电频率的增加而减小、随放电电压的增加而增加.相对于放电频率或放电电压，射流温度的降低对气体流量依赖性更强.     

结构参数对气体钻井防沉屑工具性能的影响

针对气体钻井岩屑易沉积的问题,研制一种具有分流继能功能的防沉屑工具.利用计算流体动力学(CFD)技术研究分流喷孔结构参数(开孔斜度、开孔方位、喷孔线型)对防沉屑工具吹扫和推举性能的影响.结果表明:随开孔斜度和开孔方位增大,轴向射流动能急剧减小,切向射流动能缓慢增大;开孔方位增大,径向射流动能降低;流线型喷孔与直线型和曲直型喷孔相比,其射流动能损耗最小,轴向、径向和切向射流动能均最高;改变喷孔结构参数可以有侧重地增强防沉屑工具的径向、切向吹扫能力和轴向推举能力,以适用于造斜段、水平段及深部直井段的气体钻进施工.     

液态金属中气体射流过程数值模拟研究

应用欧拉-欧拉法双流体模型描述液态金属中气体射流搅拌过程的两相流动及气泡分布.采用分别描述气泡和液体湍流的k-ε两相湍流模型,重点分析气泡和液体在流场中的受力,详细讨论了阻力、升力等相间作用力对气泡分布的影响.结果表明,气泡的喷射对熔池起搅拌作用,中心线上入口处气含率最高,进入熔池后迅速下降,到一定高度后下降趋势变缓,在出口附近趋于不变.预测结果和文献中的实验结果进行对比表明,在给出合理的相间作用力模型时,该模型预测值和实验结果符合较好.     

脉冲磨料射流中球泡溃灭特性的理论

从理论上研究了脉冲磨料射流中球泡的溃灭特性，建立了脉冲磨料射流中空化球泡的动力方程，分析了磨料粒径和浓度对射流中空泡溃灭过程的影响规律。研究表明，在磨料粒度和密度较小时，粒径的变化对空泡溃灭影响不大，浓度的增加使得混合流体的粘性增大而且使渍灭空泡附近的磨粒动能增加，使得空泡溃灭过程减缓。在磨料粒度和密度较大时，粒径越小对空泡溃灭的阻滞作用越大，浓度的增加同样使得混合流体的粘性增大、溃灭空泡附近的磨粒动能增加，射流的空蚀强度减弱。     

喷雾对人工海水雾化室气粒两相流场的影响

进气滤清器在燃气轮机中有着极其重要的位置，而喷雾条件又影响着其设计可靠性．因此，为燃气轮机进气滤清器研究和设计实验条件建设实际需求而设计某种形式的人工海水雾化室，并针对结构优化后的雾化室进行数值模拟．由于喷嘴可变参数的数目比较多，现只局限于研究喷嘴数量、喷雾角对燃气轮机盐雾滤清器气粒两相流进气流场均匀性的影响，为优化人工海水雾化室结构提供理论依据．     

基于SPH方法的不同材质射流毁伤性能研究

为研究不同材质射流的毁伤性能,使用AUTODYN有限元软件,采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对Cu、PTFE、PTFE-Cu三种材料药型罩形成射流的成型及侵彻靶板过程进行了数值仿真,并通过实验进行验证.研究结果表明:Cu材料药型罩在爆轰波的作用下形成凝聚的射流,而PTFE和PTFE-Cu材料药型罩则形成飞散的粒子流;三种材料射流侵彻靶板过程中,Cu射流头部速度最低,侵彻深度最深,开孔最小;PTFE粒子流头部速度最高,侵彻深度最浅,开孔大小居中;PTFE-Cu射流的头部速度和侵彻深度都居中,而开孔最大;PTFE-Cu射流克服了PTFE射流侵彻性能不足的缺点,其开孔能力较之铜射流有所提高.      

海洋平台超大型透平发电机组安装工艺

介绍了一种海洋平台上超大型燃气透平发电机组的安装工艺,该工艺采用了辅助定位架定位及同步顶升调平方法,具有设备安装快速准确、调平精度高、安全性好等特点,确保了超大型燃气透平发电机组的顺利安装,为今后海洋平台大型透平发电机组的安装提供一定参考.     

爆炸气泡与水面相互作用的数值模拟研究

为探究近水面水下爆炸水幕的形态及形成机理,采用LS_DYNA软件对0.6gRDX球形装药的水下爆炸过程进行了数值模拟. 数值模拟获得的水幕形态、气泡形态及气泡脉动参数等与实验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的正确性. 通过观察气泡与水面之间的速度流场变化过程,分析了速度流场变化与水幕、气泡形态的对应关系,揭示了爆炸水幕的形态演变规律和形成机理. 研究结果表明,不同起爆深度下,气泡与水面之间的相互作用过程差异明显,直接影响了爆炸水幕的形态;径向、垂直喷射水柱的形成均产生于气泡膨胀阶段;水射流的形成与气泡是否破裂无关.     

崂山气泡洞特征及与天然石臼的联系

作为中国东部A型花岗岩带的一部分,青岛崂山花岗岩岩体上不仅发育众多开口向上的天然石臼,还存在众多开口侧向的大型气泡洞,利用立体镜分别观察人工作用、风化作用、水动力作用等不同成因岩石的表面微观特征,通过与气泡洞洞壁岩石表面特征对比发现,大型气泡洞洞壁表面无外力作用的痕迹,初步认定这些大型洞穴属于原生气泡洞。崂山花岗岩岩体上天然石臼周围经常伴生众多的小型晶洞,两者之间可能存在某种必然的联系,这种联系可以为研究崂山晶洞花岗岩原生环境提供新的依据。     

水力脉冲振动注水泥装置的设计与试验

研制了新型水力脉冲振动注水泥装置,该装置安装在套管底部,在注水泥过程中产生水力冲击作用于套管、水泥浆和钻井液,通过消除气泡、清除泥饼、提高顶替效率和水泥石强度来提高水泥胶结质量.试验测量了水力脉冲装置的脉冲特性.结果表明,当喷嘴压降产生的上推力超过弹簧预紧力时,脉冲装置可以形成幅度为0.5～1.5 MPa、频率为22～25 Hz的压力脉冲,压力脉冲波形规则.调整喷嘴直径,可以控制压降;调整弹簧预紧力,可以控制脉冲压力幅度.该水力脉冲振动注水泥装置活动部件少,安全可靠,便于现场应用.     

三级碳化反应器中的气泡行为研究

针对“钙化碳化法”处理低品位铝土矿及赤泥新方法的核心环节碳化过程,为实现碳化反应器内气泡微细化及均匀分布,提高碳化效率,提出了“三级错流文丘里式射流反应器”,并进行了冷态物理模拟研究,考察了反应器内的局部气含率和气泡上升速度.结果表明,气含率随表观气速的增大而增大,随表观液速的增大而减小,沿反应器轴向逐渐降低,后一级反应器的气含率大于前一级;气泡上升速度随表观气速和表观液速的增大而增大,沿反应器轴向逐渐降低,后一级反应器的气泡上升速度大于前一级,该结果为碳化反应器的设计和工业应用提供了依据.