不同材料颗粒对两相湍射流场的调制规律

为探讨不同材料颗粒对气相湍流场的影响,该文采用三维颗粒动态分析仪设备测量了气固两相圆湍射流中x<25d范围内两相流中气相湍流度的分布。比较了加入250μm和75μm的玻璃微珠和铜粉颗粒产生的影响。结果显示,相同粒径的颗粒,在喷口附近区域,玻璃微珠对气相湍流度的增强作用高于铜粉;在远离喷口区域,玻璃微珠颗粒对气相湍流度的削弱作用小于铜粉颗粒。相同材料的颗粒,粒径越小对气相湍流度的削弱作用越强。     

不同材料颗粒对两相湍射流场的调制规律

为探讨不同材料颗粒对气相湍流场的影响,该文采用三维颗粒动态分析仪设备测量了气固两相圆湍射流中x<25d范围内两相流中气相湍流度的分布,比较了加入250μm和75μm的玻璃微珠和铜粉颗粒产生的影响。结果显示:相同粒径的颗粒,在喷口附近区域,玻璃微珠对气相湍流度的增强作用高于铜粉;在远离喷口区域,玻璃微珠颗粒对气相湍流度的削弱作用小于铜粉颗粒。相同材料的颗粒,粒径越小对气相湍流度的削弱作用越强。     

颗粒在气固两相圆湍射流近场截面对气相的影响

为探讨气固两相射流中不同粒径颗粒对气相的作用,用激光粒子动态分析仪(PDA)测量气固两相圆湍射流中X/D=5截面上的气相流动参数,并与相同出口速度的单相射流做比较。喷口直径为20mm,气相出口Re=13600。采用了从50μm到300μm之间6种不同平均粒径的玻璃微珠作为颗粒相。结果表明:粒径较小的粒子对气相轴向时均速度沿径向衰减的延迟作用较强,对气相轴向和径向湍流度的削弱幅度较大。粒径较大的粒子能增强轴心附近气相轴向湍流度。     

气固两相自由射流燃烧的数值模拟

采用修正的k—ε湍流模型，利用k-ε-kp气固两相模型和EBU—Arrhenius燃烧模型模拟了不同工况下煤粉气固两相自由射流燃烧的过程。在SIMPLE计算程序的基础上编制了计算气固燃烧程序。由冷态气相场开始，计算了冷态颗粒场，热态气相场和热态颗粒场，其中包括了两相间的耦合及迭代过程。对冷态和热态气相和颗粒相湍动能进行了比较。模拟结果表明，为保证燃烧的充分进行，在一定的颗粒浓度下，应保证自由射流的入口速度。     

气固两相圆湍射流流动的大涡模拟

针对气固圆湍射流流动采用基于双向耦合的大涡模拟方法进行了模拟,研究了直径为105μm的颗粒的存在对圆湍射流的影响。单相流动的预报结果在射流形态以及时均速度和湍流强度等统计结果方面均与实验结果符合良好。两相流动的时均速度和湍流强度等统计结果与实验结果符合较好,与单相流动的模拟结果相比,105μm的颗粒加入流场后,由于其较快的响应特征起到了阻尼作用,从而降低了气相场的湍流强度。     

高速圆射流中典型非球形颗粒的扩散特性

低氧稀释(moderate and intense low-oxygen dilution,MILD)燃烧具有传热均匀、 NO_x污染物排放低的特点。新一代MILD煤粉燃烧技术主要通过高速射流引起强烈的湍流混合来实现。其中,煤颗粒在高速射流中的扩散行为非常关键。目前对球形颗粒在气固射流中扩散行为的研究已非常深入,然而化石燃料属于典型的非球形颗粒,其在射流中的扩散行为与球形颗粒具有一定的差异,该类非球形颗粒在高速射流下的扩散特性值得进一步研究。为此,该文采用玻璃珠、玻璃渣和煤粉等颗粒开展了宽Re范围下的高速两相圆射流实验,通过激光Doppler相位分析技术(phase-Doppler anemometry,PDA)获取并分析了颗粒的质量浓度、速度及湍动能分布随球形度、粒径以及射流速度的变化规律。结果表明:非球形颗粒在射流中的质量浓度、速度、湍动能分布与粒径较小的球形颗粒具有一定相似性,但其扩散行为不能仅通过Stokes数进行定量表征,除曳力之外,升力对非球形颗粒扩散也具有一定影响;与球形颗粒相比,非球形颗粒的扩散更为显著,其主要原因是其径向湍动能显著增强所致;射流速度的增加促进了颗粒的剪切层集聚和径向扩散,对非球形颗粒的促进作用更强。     

存在温差的气体-颗粒两相流实验研究

为研究气体-颗粒两相流中温度梯度对流场特性的影响,采用三维粒子动态分析仪(particle dynamics analyzer, PDA)测量了水平管中颗粒的大小、速度和脉动速度之值.实验选用粒径小于100 μm的玻璃微珠,实验段中颗粒的体积分数约为10-4.通过PDA数据分析系统对小于2 μm和 48～52 μm颗粒的运动参数进行了分析,以小于2 μm颗粒作为两相中的气相参数.结果表明,在气粒两相流主流与壁面间存在温差时,两相流场的湍流强度和湍动能增加而横向速度减小,且在近壁区,湍流强度、湍动能和横向速度受温度场的影响更加显著.     

气液两相射流破岩流场数值模拟

为解决传统水射流破岩资源消耗巨大的问题,急需研究出一种高效节能的射流破岩技术,以达到节能减排、绿色可持续发展的目的。本文基于计算流体力学方法,在水射流的基础上加入定量气相,形成气液两相射流,并对其进行数值仿真,研究了气液两相射流的速度场、压力场特性,分析了气相体积分数、入射压力和喷距对气液两相射流破岩性能参数的影响规律。研究结果显示：气相体积分数为30%的气液两相射流的最大轴向速度为288 m/s,相比纯水射流提升超过19%。当射流从喷嘴喷出,高压的气泡溃灭会形成高速溃灭微射流,提高射流速度和射流冲击力。随气相体积分数增加,射流最大轴向速度不断增加,而驻点压力略有下降。随入射压力增加时,射流最大轴向速度呈上升趋势,但增幅逐渐变缓。当喷距增加到35 mm时,射流中的大部分气泡在靶面附近发生溃灭,对靶面产生脉动冲击,使驻点压力回升到26 MPa,此时驻点压力高,射流扩散较小,射流破岩性能良好。     

多喷嘴对置式煤气化炉激冷室颗粒运动及碰撞特性研究

多喷嘴对置式水煤浆气化技术是我国自主研发的一种洁净煤技术,具有转化率高、有效气含量高等优点.气化炉是煤气化工艺的核心设备之一,其主体结构包括燃烧室与激冷室两部分.燃烧室反应生成的粗合成气夹带固体灰渣颗粒进入激冷室液池,在气液两相湍流作用下与炉体发生碰撞,造成冲蚀磨蚀等破坏,对气化炉安全和长周期稳定运行造成影响.本文以多喷嘴对置式气化炉为研究对象,建立了激冷室三维物理模型;利用VOF多相流模型和DPM离散相模型研究了气液固三相流场,得到连续流场和不同粒径颗粒的分布状态;通过FluentUDF对灰渣颗粒与炉体碰撞位置和碰撞参数进行了统计分析,得到激冷室内碰撞多发区域及破坏机理.研究结果表明:合成气进入激冷室液池中形成负浮力射流,动量逐渐衰减,最终改变运动方向而向上反折流动;不同粒径的颗粒在激冷室流场中的分布不同,粒径较小的颗粒气相跟随性更为明显,分布范围更广;颗粒粒径影响其与激冷室壁面主要碰撞区域,粒径为0.05 mm和0.1 mm的小尺寸灰渣颗粒碰撞主要发生在下降管下端;0.5 mm的大尺寸灰渣颗粒碰撞主要发生在激冷室炉体下部,在设计制造过程中要重点关注;分析碰撞角度发现各壁面碰撞破坏机...     

提升管内多股交叉射流的数值模拟

在内径为186 m的提升管冷模装置上,对单个及两个喷口横截面为40 m×10 m的矩形喷嘴,采用k-ε双方程湍动模型,通过对喷嘴出口边界条件的修正,进行了气相流动的数值模拟.射流气速为41.67 m/s,提升管底部来流气速为7.16 m/s.模拟结果显示,射流影响区约在喷嘴上方1.4 m处结束,根据射流流体在提升管内的流动形态,沿轴向可将其分为核心区,偏折区和发展区;射流的外轮廓为瓮形.模拟结果与实验结果相吻合.