多级雾化超重力旋转床中液滴运动及三维模型

从气体的流场、液滴的碰合出发，用液滴粒径-位置联合分布模型描述了液滴群运动的特征，并在此基础上提出了多级雾化超重力旋转床中液滴运动的三维模型，该模型物理意义明确，不含有可调动参数，采用四阶龙格-库塔法进行计算，其模型计算值与实验实测值相吻合。     

并流旋转床中液滴运动规律及发散型填料设计

液滴粒径是影响旋转床中气液传质的重要因素。通过分析液滴的运动和气体的流场特性,构建液滴在单级雾化并流旋转床中的二维运动模型,探索液滴群粒径分布。根据液滴速率和粒径分布确定填料的径向间距,设计了发散型丝网填料。该填料增大了相界比表面积,对提高传热传质效率,优化旋转床脱硫工艺具有一定的意义。     

多级雾化超重力旋转床中气液传质实验研究

利用传热强化与过程节能教育部重点实验室开发的多级雾化超重力旋转床，采用化学吸收的方法测定了其在不同操作条件下的体积传质系数，并根据双膜理论建立了旋转床中气液两相之间的传质模型．实验结果表明，多级雾化超重力旋转床气液两相间的体积传质系数随气液流量的增加而增大．文中还从实验数据中归纳出了液滴内的传质系数方程，指出丝网层的雾化使液滴在离心力的作用下高速旋转进入雾化区，由于液滴内循环非常剧烈，从而使多级雾化旋转床的液滴内传质系数较高．     

旋转床内流体微观流动PIV研究

采用粒子图像成像技术（PIV）测定了旋转床空腔区内液滴尺寸和液体的流动速度,研究了填料厚度和转速对空腔区内液滴平均直径的影响,得到的液滴平均直径范围为0.15~0.9 mm。利用粒子图像成像技术观测了空腔区内流体流动情况,验证了旋转床内径处存在流动端效应区。对测量得到的速度进行了关联,得到了旋转床空腔区内液滴速度的关联式。最后通过引入切向相对速度差σ,得到了设计中所需最小填料径向厚度为10cm。     

循环床锅炉下排气旋风分离器阻力特性的研究

在大量试验研究的基础上，归纳分析了分离器的阻力随运行工况和结构参数的变化规律，分析探讨了分离器的阻力构成因素及其压力分布。根据分离器的结构特性和气流的运动规律，给出了阻力的计算模型，为分离器的优选、评价与设计提供了依据。     

三维空间液滴运动模型

为了研究三维流场中液滴运动模型,基于颗粒运动的物理描述基础和机理研究,依据液滴在流场和重力场中的受力和液滴的特性,对液滴形态、受力和运动等物理状态进行了描述,建立了单液滴的三维运动模型,并给出了其转动和移动方程的数学描述;通过时间和三维空间变量的离散,获得了其稳态流场三维运动的解,揭示了单液滴在流场和重力场中的行为机理。利用目前公开的关于球体旋转和移动算例的研究结果,在与之对应的简化工况下验证了液滴运动模型。验算结果表明:三维空间液滴运动模型的正确性。根据核能科学与工程学科的市场需求,三维空间液滴运动模型可以应用于计算管道内流场中液滴或颗粒的运动、烟囱释放尘粒在风中的运动等,为其进一步发展和应用奠定了坚实的基础,对汽水分离技术应用于核能和其他领域具有重要意义。     

脱硫废水液滴旋转喷雾蒸发的数值模拟

以江苏某燃煤电厂的脱硫废水旋转喷雾蒸发设备为研究对象,对液滴蒸发效果的影响因素开展数值模拟研究。通过用户自定义函数(UDF)的方法将反应工程法(REA)编译到Fluent DPM模型中,完善废水液滴蒸发过程的传热和传质数学模型;研究烟气分布器导流板偏转角度、雾化盘旋转方向等对液滴蒸发效果的影响。研究结果表明：REA-DPM模型能够准确地描述废水液滴的蒸发过程,与电厂现场测试结果的相对误差在5%以内,说明模型的可靠性较好;增大外导流板偏转角度,有利于增强烟气旋流强度,缩短液滴竖直蒸发距离,实现更好的液滴蒸发效果;液滴射流方向与烟气旋流方向相反时,液滴运动要克服烟气旋流,有利于避免液滴碰壁的发生,并且逆向流动的对流换热作用更强,能促进液滴的蒸发。     

超重力旋转床中气液两相流动与传质过程的数值模拟

文中采用基于颗粒轨道模型的欧拉-拉格朗日法对超重力旋转床中的气液两相流动与传质进行了数值模拟研究。在合理简化丝网填料结构和考虑液滴凝并与分散的基础上,分别利用SIMPLE算法和颗粒轨道模型计算了超重力旋转床中的气流场和液滴的运动轨迹,进而计算了液相的传质系数。数值模拟所得的液相传质系数与氮气解吸水中溶解氧实验结果符合良好,表明模型能够用于模拟旋转床中流体力学和分散相内的传质过程。计算分析表明,对超重力旋转床,在一定的转速下,液体和气体流量以及填料内径的变化对体积传质系数有重要影响。     

单液滴运动相变模型

在对汽水分离装置中液滴运动过程中的相变现象描述和物理机理解释的基础上,结合压力变化条件下静止单液滴相变模型的基础和液滴运动模型,建立了单液滴运动相变模型。该模型给出了液滴运动过程中,由于流动阻力和局部结构改变造成压力降低,打破汽液相平衡而造成液滴的快速蒸发和汽液相平衡蒸发2个阶段的机理解释和数学表述,与已有结果和理论分析结果均较符合。该模型可以用于液滴在重力分离空间、旋风和旋叶分离器、波纹板分离器等汽水分离装置中运动相变过程中的分离效率计算,衡量液滴相变对汽水分离性能的影响,指导分离装置结构的优化设计。     

斜板间液—液两相的分离（Ⅰ）：液—液两相分层流动和液滴的运动

以Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程为基础，通过假设液－液界面的滑动速度比，导出了液－液分层层流流动速度分布的数学模型及层厚度的计算公式。通过作用于液滴上力的平衡条件来建立液滴的运动方程，分别导出了液滴在连续相及相界面上相对于液体的运动模型。     

撞击流浓缩器浓缩溶液的数学模型

在理论分析的基础上导出了撞击流浓缩器浓缩溶液的数学模型,并通过实验结果验证了模型的正确性;计算结果得到了浓缩器内气、液温度和速度及液滴浓度和累积蒸发量沿轴向位移的变化。     

洗涤冷却室气液分离空间内液滴重力分离数值研究

在Euler-Lagrange三维坐标系下,建立了液滴重力分离模型.利用该模型模拟了气化炉洗涤冷却室气液分离空间内的气液两相流动.揭示了液滴的运动规律,分析了气液分离空间高度、气流速度以及液滴初始速度对液滴分离效率的影响.研究结果表明:液滴在飞溅进入气液分离空间后作减速运动,越小尺寸液滴的减速越为明显;液滴的分离效率随着气液分离空间高度的增加而提高并趋于稳定;在相同液滴初速度以及相同气液分离空间高度下,随着气流速度的降低,液滴的分离效率反而增大;随着液滴初始速度的提高,获得最大液滴分离效率所需的气液分离空间高度增加.在考虑液滴碰撞效应后,计算得到的液滴分离效率有所提高.     

喷淋液滴运动轨迹及有效控制半径的理论模型研究

通过求解单个液滴的动量方程,得到喷淋液滴水平运动速度分量和竖直运动速度分量的理论模型,并在此基础上进一步建立了喷淋有效控制半径的预测模型.实验结果表明,液滴喷出后,其水平运动速度分量很快衰减到零,竖直运动速度分量将渐进于匀速状态.初始喷射角、粒径以及初始速度是影响喷淋液滴运动包络线的决定性因素.初始喷射角越大,液滴的保护半径越大;液滴粒径越大,液滴的保护半径越大;液滴初始速度越大,液滴的保护半径距离越大.当喷头高度高于一定值后,初始速度相同的液滴,其保护半径相同.     

溴化锂溶液微小液滴绝热吸收水蒸气研究

基于动量守恒、质量守恒和能量守恒方程的基本理论提出绝热吸收器内溴化锂溶液微小液滴下降过程绝热吸收水蒸气的数学模型。通过数值计算分析了不同液滴直径时,溶液温度、溶液质量分数、传质系数和吸收率等随吸收器高度变化关系,该数学模型为喷淋绝热吸收器优化设计提供理论基础。     

静态水银液滴建模仿真研究

根据流体力学Young-Laplace公式和微分几何学主曲率方程,利用液体自由面的对称性质建立数学模型,并导出静态水银液滴自由面函数方程,然后对只有重力作用下的水银液滴建模,利用MATLAB求解出自由面函数方程,并仿真、绘制出了水银液滴在只有重力加速度下的自由面函数曲线,最后分析了影响仿真的因素.对静态水银液滴在重力加速度下的建模仿真,将对水银电容式加速度传感器的研究有重大意义.     

介电泳效应的液滴聚结过程与分布

基于Cahn-Hilliard建立Navier-Stokes两相流体动力学和电场Maxwell应力张量法的多物理场耦合模型,用于平行极板型、针型和圆环型电极的液滴聚结仿真.研究结果表明:较强的电场强度诱导分散相液滴聚结耗时较短,液滴链的结构和均匀度受电极形状和电场空间均匀性的影响较大;均匀电场诱导液滴成链较为均匀,并不受液滴数量的影响.在指针型和圆环型电极产生的非均匀电场只能在液滴数量较少的条件下,实现规则液滴链的生成.通过多物理场模型建模,仿真结果能够为静电纺丝、液滴合并、液泡回收等复杂微流体电学控制提供理论基础.     

轴向间距对二次水滴运动特性及沉积规律的影响

基于有限体积法、计算流体力学研究了某核电大功率汽轮机次末级的二次水滴侵蚀问题,采用Lagrangian方法求解了水滴的离散输运方程,利用Eulerian方法求解了叶栅内蒸汽的流动,并为叶栅通道内的汽相流动与水滴运动建立了数学模型.在定常条件下,通过轴向间距对二次水滴运动特性及沉积规律的影响研究发现:脱离静叶尾缘的水滴在叶栅通道空间中均呈现出向上端壁倾斜的运动趋势,由此获得了叶栅通道中水滴在各固壁面的沉积率;加大轴向间距可以减小二次水滴对动叶片的撞击速度,增大大颗粒水滴抛落到轴向间距上端壁的沉积率.所以,依据大颗粒水滴的集中沉积区域可以确定动叶表面去湿沟槽的适宜位置,该位置应位于吸力面上半部的前缘至中弦区域之间.     

公交车内飞沫运移的数值模拟

基于计算流体力学数值模拟方法,研究了送风风速0.25~2m/s及乘客位于车厢前、中、后部时咳嗽产生飞沫的蒸发、沉降和扩散运动.结果表明:飞沫喷出后迅速蒸发;当车厢进风速度小时,大粒径飞沫迅速沉降,小粒径飞沫在空间停留时间长,影响范围大;当进风速度大时,大粒径飞沫在空间停留时间变长,传播更远,小飞沫停留时间变短;综合考虑,本模型条件下推荐车厢进风速度为1m/s.患者位于车厢前部时,飞沫主要沉降在车壁,其次为地面;患者位于车中部和后部时,飞沫主要沉降在人及座位上,其次为地面;相较于前部和中部,患者在车厢后部咳嗽时飞沫影响范围大.本研究可为公交车内通风和消杀提供指导.     

Mechanism and simulation of droplet coalescence in molten steel

Droplet coalescence in liquid steel was carefully investigated through observations of the distribution pattern of inclusions in solidified steel samples. The process of droplet coalescence was slow, and the critical Weber number (We) was used to evaluate the coalescence or separation of droplets. The relationship between the collision parameter and the critical We indicated whether slow coalescence or bouncing of droplets occurred. The critical We was 5.5, which means that the droplets gradually coalesce when We ≤ 5.5, whereas they bounce when We > 5.5. For the carbonate wire feeding into liquid steel, a mathematical model implementing a combined computational fluid dynamics (CFD)-discrete element method (DEM) approach was developed to simulate the movement and coalescence of variably sized droplets in a bottom-argon-blowing ladle. In the CFD model, the flow field was solved on the premise that the fluid was a continuous medium. Meanwhile, the droplets were dispersed in the DEM model, and the coalescence criterion of the particles was added to simulate the collision-coalescence process of the particles. The numerical simulation results and observations of inclusion coalescence in steel samples are consistent.     

冰晶中空气和过冷水滴对毫米波雷达反演卷云冰水含量的影响

在现有对卷云的探测基础上,考虑卷云中常被忽略的冰晶空气含量和过冷水滴,应用Lorenz-Mie散射理论和Maxwell-Garnett等效介质理论研究了冰晶空气含量和过冷水滴对毫米波雷达云水量反演的影响。分析表明,过冷水滴对云水量反演的影响较大;而冰晶中空气含量对云水量反演的影响则可以忽略。因此,更准确的卷云模型应该考虑过冷水滴。