喷嘴雾化性能测试实验及计算机模拟

雾化喷嘴广泛应用于各类喷雾式反应装置中。为了获得具备高效雾化性能的喷嘴结构形式,设计搭建了一套喷嘴雾化性能测试实验系统,并结合CFX软件对三种不同结构形式的压力旋流式喷嘴的雾化特性进行实验分析和内部流场数值模拟。研究结果表明螺旋槽式喷嘴的雾滴平均直径SMD较小,喷雾锥角适中,且喷嘴出口速度分布均匀,能够形成喷雾质量较好的实心锥喷雾。     

压力旋流喷嘴雾化特性的实验研究

通过激光粒度分析仪和高速摄像机对压力旋流喷嘴的雾化特性进行了实验研究,分析了不同喷雾压力及喷嘴孔径对雾粒索特尔平均直径(SMD)、雾粒运动速度和雾化角的影响。研究表明:雾粒SMD及雾化角不仅随喷雾压力的增大而减小,也随喷嘴孔径的减小而减小,同时,雾粒SMD在雾场轴向方向先增大后减小,最后趋于稳定;雾粒轴向运动速度不仅随着喷雾压力的增大而增大,也随喷嘴孔径及距离的增大而减小。     

一种类螺纹孔结构的旋转射流换热特性数值模拟

为了提高传统圆孔射流换热的均匀性,提出了一种新型的射流孔结构,即在普通圆孔周围设置螺旋槽,类似于内螺纹,并基于已有文献中的一种置入螺旋杆喷嘴的旋转射流实验数据,发展了一种采用RNGk-ε湍流模型的旋转射流传热数值计算方法。采用该方法,研究了雷诺数(4 000~12 000)、冲击距离(1~8倍当量直径)、螺旋角(0°~75°)等参数对所设计的螺纹孔旋转射流传热的影响。数值结果表明:提高雷诺数可以有效提高换热效率,并且能获得良好的换热均匀性;随着冲击距离的增大,旋转射流的局部努塞尔数先增大后减小,双峰值特性逐渐消失并转变为单峰值特性,在4倍当量直径的冲击距离时,换热系数达到最大值;随着螺旋角增大,中心点的局部努塞尔数也随之增大,同时换热均匀性会变差。研究还发现,不同冲击距离下换热性能最佳时对应的螺旋角也不同。     

基于DPM的旋芯喷嘴的雾化特性

基于离散相模型(DPM)对旋芯喷嘴雾化特性进行了数值计算,本模型中液滴破碎采用泰勒相似破碎模型(TAB).利用文本采样追踪手段记录雾化颗粒特性参数分布规律,分析喷雾压力和初始喷射角对雾化特性参数的影响.研究表明:细水雾颗粒轨迹呈非正规的中空圆锥状雾炬,雾滴颗粒主要分布在雾炬外围,在雾炬中心处几乎没有.雾滴颗粒的轴向速度随着喷雾轴向距离的增大呈降低趋势;雾滴直径随着喷雾轴向距离的增大呈先减小后缓慢增大的趋势.喷雾压力越大,喷雾方向同一截面位置的雾滴直径越小;初始喷射角越大,喷雾方向同一截面位置的雾滴直径越小,但这是以缩短喷雾射程为代价的.     

弹簧喷嘴雾化性能试验研究

对弹簧喷嘴进行了雾化性能试验研究,结果表明,射流一开始呈连续的液膜,然后液膜破裂成液线及最终的液滴;随着负荷的增加,弹簧喷嘴雾化锥角逐渐增大;在额定负荷下,弹簧喷嘴的雾化对称性和雾化液滴粒径平均分布情况都较为良好;随着负荷的增加,弹簧喷嘴雾化液滴的索太尔直径、最小直径和最大直径都逐渐增大.     

湿法脱硫螺旋喷嘴雾化性能

试验以螺旋喷嘴为对象,建立了由地下水池、潜水泵、管路、阀部件、流量计、数据处理系统等组成的试验装置,利用马尔文激光粒径分析仪、电磁流量计、液体压力传感器等仪器,系统研究了螺旋喷嘴的体积流量、雾化粒径、雾化角、雾化粒径分布等特性.试验结果表明:螺旋喷嘴体积流量与压力的平方根成线性关系;雾化粒径随压力呈幂函数变化,2种孔径的螺旋喷嘴,雾化粒径与压力具有相似的变化规律;压力大于40kPa后,雾化角基本不变;总体上,径跨随压力增加而增大,分散度增加,雾化质量变差.     

燃气轮机双燃料喷嘴燃油内流场特性仿真分析

作为燃气轮机中的重要部件,喷嘴内部结构直接决定了燃油燃烧和动力输出效率,设计喷嘴结构并开展喷嘴中内流场特性仿真分析成为新型燃气轮机开发的研究重点。使用Solidworks软件对双燃料喷嘴结构进行设计,并对其燃油流道进行数值模拟。利用Fluent软件先对喷嘴燃油的整体内流场进行数值k-epsilon模拟,再使用流体容积法（VOF）方法对喷嘴燃油的核心流道进行数值模拟,研究喷嘴燃油流道的特性。结果显示燃油流道的质量流量、进口流速和核心流道进口流速随着进口压力的增大而增大;雾化锥角会随着进口压力的增加而增大,且当进口压力超过0.5 MPa时,雾化锥角最终会稳定在110°左右;同时结合相关实验数据与仿真数据进行对比。本文的仿真研究为燃气轮机喷嘴的结构改进提供了依据。     

远程喷雾降尘两相射流流场研究

远程喷雾降尘是基于环保理念广泛应用于城镇除霾及矿山除尘的常见方式。为提高喷雾降尘效果,基于SOLIDWORKS与ICEM联合建立远程喷雾机几何模型,选用标准k-ε湍流模型以及DPM计算模型构造射流流场模型,利用FLUENT软件研究喷嘴出水口孔径与水流入射角对雾粒雾化浓度及射程的影响。在定水泵功率和定风机功率条件下,分别对喷嘴出水口直径为2,4,6,8和10 mm的5种工况以及水流入射角在0°,15°,30°,45°,60°和75°的6种工况进行数值模拟研究,分析两相射流流场特性,得出雾粒雾化浓度与射程变化规律。结果表明:在定水泵功率和定风机功率,变喷嘴出水口直径和变水流入射角工况下,分别在喷嘴出口孔径为4mm和水流入射角为60°时,喷嘴雾粒分散度及密度分布比较理想且射程达到最大,雾化除尘效果较好。     

喷雾激冷室喷嘴特性及喷嘴选型

设计了3种不同结构的用于喷雾激冷的压力雾化喷嘴,并对其进行优选研究.研究了不同压差对喷嘴流量、雾滴粒径和雾化角的影响,得到3种喷嘴的粒径变化规律.研究结果表明:当压差增大到0.28MPa时,雾滴粒径、雾化角等参数的变化渐趋平缓;当压差较低时,雾滴粒径随喷射距离的增加先减小,后增大;当压差较高时,雾滴粒径随喷射距离的增大...     

天然气管输减阻剂减阻技术的研究与应用

 通过电镜微观试验研究,揭示了天然气减阻剂的减阻机制。通过对减阻剂加剂装置关键结构仿真优化表明：旋流雾化喷嘴的旋流室内锥角为100°时雾化效果最佳;喷孔直径的变化可改变减阻剂喷射的轴向速度,有利于增大喷射距离,但雾化角减小,喷孔直径为1.4 mm时,喷嘴的雾化效果最佳;旋流室切向孔角度对旋流室内部速度流场的影响较大,切向角为14°时喷嘴雾化效果最佳;通过实验室及现场试验,得出了合理加剂量的计算公式。本研究对天然气管输减阻剂减阻技术的推广与应用具有指导意义。     

射流管伺服阀前置级建模及参数匹配研究

为研究射流管伺服阀前置级结构参数对前置级性能的影响,建立了伺服阀前置级数值模型,并利用PIV技术对前置级流场测量,验证了数值模拟模型的正确性.运用数值手段,分析了前置级主要参数喷嘴孔直径、接收孔直径及喷嘴至接收器距离对恢复压差及其稳定性的影响,获得了三种不同伺服阀流量下前置级最佳结构参数匹配范围.结果表明:喷嘴孔直径为0.22～0.28 mm时,接收孔直径与喷嘴孔直径之比的最佳取值区间为1.1～1.2,喷嘴至接收器距离与喷嘴孔直径之比的最佳取值区间为0.6～0.8.前置级结构参数对接收孔压差稳定性具有直接影响,参数不匹配导致接收器劈尖对不稳定射流边界层的剪切是造成接收孔压差振荡的重要原因.      

渐缩型气动喷砂喷嘴冲蚀模拟分析

为研究气动喷砂枪喷嘴喷射颗粒对自身造成的冲蚀磨损情况,通过选取渐缩型气动喷砂喷嘴为研究对象,运用CFD软件对其内部流场及颗粒运动特性进行模拟分析;通过改变收缩角度、颗粒粒径及颗粒质量流率进一步分析影响喷嘴冲蚀速率变化的规律。结果表明:喷嘴的冲蚀区域主要集中在收缩段及收缩段与出口段交界面处;以收缩角度为30°、45°、60°的喷嘴为例,随收缩角度的增加,冲蚀区域出现"逆向发展";随颗粒粒径的增加,喷嘴最大冲蚀速率呈现先下降后上升的"U"形变化趋势,且其最低点所对应的粒径与收缩角度成反比;随颗粒质量流率的增加,喷嘴最大冲蚀速率呈上升趋势,但并未呈现线性关系。     

顶吹搅拌液相流体的水模实验与数值模拟分析

采用水模型和VOF数学模型对浸没式气体顶吹搅拌液相流体分别进行实验与数值模拟,分析在不同喷吹条件下气泡在液相中的形变、运动及液相流体的流场特性。结果表明,随着气流量和喷管浸入液面深度的增加,气-液混合区域分布范围逐渐扩大,液面波动更剧烈;气流量越大、喷管浸入液面越深、液相温度越高,气泡运动对液相流体内部的搅拌作用越强,流体内部扰动越剧烈,液相流场域中的流场速度越大,其中,当气流量为2.0m3/h、喷管浸入液面深度为340mm时,其液相流场速度最大值达到1.18m/s。     

风琴管空化喷嘴流场数值模拟

 风琴管空化喷嘴是一种常见的空化射流喷嘴,利用喷嘴内部特殊结构形成产生空化效应,从而提高射流的打击效果,因此,研究空化喷嘴内部结构对形成的空化效应影响,有利于提高喷嘴的工作性能。本文利用多相流模型研究风琴管空化喷嘴,在出口压力为2MPa工况下,对不同入口压力下喷嘴的内流场进行了数值计算。结果表明,在正常工作压力8MPa情况下,喷嘴喉道位置出现局部低速区和低压区域,且空化位置出现在喉道截面突变位置。同时,研究了喷嘴喉道长径比和存在圆角情况下内部空化情况,发现增大喷嘴喉道长径比实际相当于增加了低压区域,有利于空化的产生;喷嘴喉道变径区域存在圆角会严重影响空化喷嘴的空化性能,且圆角半径越大,临界空化压力越大。     

气溶胶喷射打印系统成形宽度影响因素分析

在分析气溶胶喷射打印技术工作原理的基础上,利用商用压电陶瓷雾化片和自行设计制造的喷印头,构建出由气溶胶喷射打印装置、温度控制装置和运动控制装置3部分构成的气溶胶喷射打印系统。以纳米银导电油墨为对象,采用单参量对比实验分析法,研究鞘气流量、载气流量、喷嘴与衬底间距、打印速度、打印层数等因素对打印成形宽度的影响。结果表明:随着载气流量增大、层数增加,纳米银导电油墨沉积成形宽度增加;在实验参数范围内,载气流量和打印层数对成形线宽影响明显,且呈正相关;线宽随着鞘气流量的增大先减小后增大;喷嘴与衬底间距在15~45 mm范围内对线宽无明显影响;在喷嘴直径为200 μm,鞘气流量为50 mL·min-1,载气流量为3 mL·min-1,喷嘴与衬底间距为3 mm,衬底移动速度为3 mm·s-1,打印层数为6～8层,加热板温度为80 ℃时,可获得最小宽度为26 μm,高度为7 μm的均匀线条,这也是纳米银导电油墨喷射打印的最优工艺参数。     

四支管钢板控冷结构喷嘴管出口流量均匀性

利用有限元耦合场数值模拟计算方法,对钢板控冷设备中四支管结构管路的流场进行了三维稳态数值模拟,分析了喷嘴管直径、喷嘴管高度、支管直径以及入口管进水流速等参数对各喷嘴管出口流量均匀性的影响. 模拟结果表明:喷嘴管直径、支管直径、入口管进水流速对各喷嘴管出口流量均匀性影响较大,而喷嘴管高度对各喷嘴管出口流量均匀性影响较小.     

TVD格式在三维非对称流数值模拟中的应用

数值格式为有限体积的隐式ＴＶＤ格式，具有高分辨率、快速稳定收敛、适用于复杂型面流场的特点。该文对典型的锥形喷管和抛物线扩张段喷管内的三维流场进行了数值模拟，得出喷管内物理参数的分布和倾斜入流对喷管侧向力及其力矩影响的变化曲线，计算结果和实验数据吻合良好。该方法可以推广到任意曲面型面喷管内流场的数值计算。为进一步进行曲面型微推偏喷管的设计奠定基础。     

拉幅定型机烘箱内风道的数值模拟与结构优化

为改善拉幅定型机烘箱内风道的气流分布和喷嘴出口速度不均匀的现象,采用Fluent 14.5软件对风道的流场和压力场进行数值模拟,分析风道的速度矢量图,计算不同位置喷嘴的出口速度.模拟计算结果表明:在风道内等间距安装5块倾斜角为4°的导流板,并调整风道锥角为3°时,可以很大程度改善风道内气流分布和喷嘴出口速度的均匀性,结构优化也较为合理可行.     

双流体共引喷射器数值优化研究

双流体共引喷射器是船用海水淡化设备的关键部件,其结构参数和工作参数将对性能产生较大影响,利用数值模拟方法优化双流体共引喷射器的结构参数和工作参数,分析结果显示:随着出口直径的增大,引射效果增强;喷嘴处的最低压力随着喷嘴距的减小而降低,将增强一、二级喷嘴处的引射效果。两级喷嘴面积比要大于一定值才能获得较好的引射效果,同时不同面积比,导致两级喷嘴处的压力差也不同。喷嘴直径和喷嘴倾斜角不变的情况下,工作入口直径越大,引射效果越差;喷嘴倾斜角需要在一定范围内才能满足设计要求,改变喷嘴倾斜角对一级喷嘴处的影响会比二级喷嘴处的影响大。