撞击流反应器内微观混合过程的研究

采用α－萘酚与对氨基苯磺酸重氮盐的偶合竞争串联二级反应体系,在４种型式的两喷嘴对置同轴撞击流反应器内研究了喷嘴中心和环隙射流的动量比、射流速度、喷嘴间距、反应器容积对撞击流反应器内微观混合过程的影响。结果表明：增大喷嘴中心和环隙射流的动量比可改善微观混合状态;在撞击区特征停留时间处于０．０３－１．０ｓ的实验范围内存在一最佳特征停留时间ｔＲＣ,当ｔＲ〈ｔＲＣ时,减少ｔＲ并不能有效改善微观混合状况;当     

撞击流气固两相流动中曳力模型的分析

为研究水平对称撞击流中气固两相曳力模型对球形颗粒运动的影响,运用FLUENT软件对spherical、stokes-Cunningham模型以及一种新型曳力模型下的气固两相流进行了数值模拟。新型曳力模型利用FLUENT中用户自定义函数(UDF)程序实现。采用欧拉-拉格朗日方法计算流场速度分布、进出口压力差、颗粒在撞击流装置停留时间以及颗粒运动轨迹。结果表明,采用新型曳力模型模拟撞击流气固两相流动,其速度分布基本关于撞击面对称分布。对于不同曳力模型,气固两相撞击流装置进出口的压力差在24. 9～25. 0 Pa之间。采用新型曳力模型模拟颗粒在撞击流装置停留时间主要分布在0. 4～1. 0 s,其颗粒运动现象与实验结果在定性上是一致的。     

颗粒入口条件对HVAF流场中颗粒轨迹的影响

运用计算流体力学对超音速空气火焰喷涂(HVAF)喷枪流场进行模拟,根据模拟结果选择恰当的送粉位置,并研究了入射角度(θ)、WC-10Co4Cr颗粒入射质量流量(M)、颗粒直径(D)、入射速度(v)对颗粒轨迹的影响。研究发现:送粉位置有两个选择点,即分别距离喷嘴5倍于喷嘴直径处和20倍于喷嘴直径处;入射角为30°~50°时颗粒飞行轨迹最佳,而入射角为10°和70°时均出现部分颗粒撞击壁面的情况;当质量流量为1g/s时,粒子在流场中的轨迹最佳;颗粒直径在50μm左右时粒子飞行的轨迹最好;当入射速度达到30m/s左右时,颗粒的飞行轨迹最佳;而入射速度超过35m/s后,会出现严重的颗粒相互撞击的现象。     

底吹冰铜吹炼炉中气-液流动状况的数学模拟

采用Eulerian-Eulerian模型描述了底吹冰铜吹炼炉内气液两相流行为,在模拟结果与实测结果一致的基础上,对双喷嘴在不同喷气角度下熔池内的气液两相流行为及气体含量进行模拟计算与比较.结果表明:随着喷吹角度的增大,喷溅情况相应有所减弱,在14°对喷角度下的喷溅现象最为严重.随着双喷嘴对喷角度的增大,射流轴线横向穿透距离增大,湍动能的分布区域也相应增大,气泡在容器中停留时间增加.但当夹角超过一定范围后,继续增大角度会使喷嘴口距离液面垂直距离减小,气泡在熔池中的停留时间反而减小,其中28°对喷角度下,熔池中的气体体积分数最大,而且湍动能分布范围最广.     

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.     

撞击流吸收器中铁系脱硫剂运动特性的CFD研究

通过采用Fluent软件中的RNGk-e模型和DPM模型对铁颗粒运动特性进行了三维数值模拟．研究结果表明,铁颗粒在撞击区和加速管内减幅振荡运动且运动场与气流场都关于撞击面呈对称分布;铁颗粒平均停留时间随空气进口速度的增大而增加,随铁颗粒直径和加速管间距的增大而减少．数值计算结果与试验数据基本一致,为进一步优化和改进撞击流脱硫吸收器的设计提供了有价值的基础数据和理论依据．     

撞击流反应器停留时间分布

在直径300 mm、高500 mm的冷模装置上,以水为介质,KC l饱和溶液为示踪剂,测定了两喷嘴及四喷嘴撞击流反应器的停留时间分布,探讨了流量以及喷嘴数量对停留时间分布的影响。结果表明:流量相同时,增加对置喷嘴数量可明显改善反应器内混合效果;利用前短路Γ混合模型和组合模型对实验数据进行了关联,并对两种模型的特点进行了分析比较;模拟计算结果显示:模型可以很好地描述撞击流反应器的停留时间分布。     

不同湍流模型比较模拟撞击流

构造了计算撞击流流场分布的数值简化模型,并用有限容积法对间距为H的两个对置平板喷嘴间的湍流作用区域进行数值模拟研究．数值模拟采用了三种湍流模型：标准的k-ε模型、RNG k-ε模型（renormalization group k-ε model）以及雷诺应力模型．数值模拟数据的有效性通过将模拟结果与由对环境温度下两对置喷嘴之间的撞击流试验的结果比较得到证实．通过与实验数据的比较发现,由于考虑了平均流动中的旋转及旋流流动情况,RNG k-ε模型在撞击流区域获得的结果要好于用标准k-ε模型和雷诺应力模型获得的结果．     

湍流多相混合与气化反应耦合机理、过程强化及火焰结构特征研究

经过该年度的实施,已完成了研究任务,上述预期目标均已实现,主要完成情况如下:(1)调试、升级了PIV测试平台,配置了平面激光诱导荧光(PLIF)系统,新购置了Photron Fastcam SA2高分辨率高速相机。(2)研究了激励作用下轴对称撞击流和平面撞击流的流场形态及撞击面振荡规律,获得了激励频率、振幅和喷嘴出口湍流强度对撞击面振荡的影响规律,研究结果为湍流撞击流的混合机理和强化手段研究提供了参考。(3)利用光场相机与高温内窥镜相结合,结合数字图像处理技术,对不同工况下的柴油撞击火焰高度及脉动频率进行研究,建立了多喷嘴对置式气化炉内火焰三维温度场,获得了气化火焰撞击高度,为大型气化炉的安全稳定运行提供了理论指导。(4)运用优化的PTV算法,获得了复杂对置撞击射流中颗粒运动行为的定量测量。利用国家超算中心平台,实现了气固两相对撞流的大规模直接数值模拟。基于热力学第二定律分析了撞击流的不同流态。(5)采用附加边界应力的格子Boltzmann方法(LB-EBF),进一步研究了不同颗粒数目、颗粒流体密度比及颗粒容积率下的惯性颗粒群沉降的运动规律,发展了两类三维不可压缩多松弛格子Boltzmann模型,并实现了单相撞击流以及运动颗粒两相流动格子Boltzmann模拟的GPU并行化。     

半圆环折返管内长江水固液两相流的数值模拟

应用欧拉两相流模型和计算流体力学对含沙长江水在半圆环形折返管中的流动进行了数值模拟,模拟结果表明,在雷诺数Re为2.8×104时,泥沙代表粒径ds为0.030 3 mm的颗粒在各种弯曲度(R/r)的折返管中都有一定的分离效果; 但对于代表粒径ds为0.010 2 mm的颗粒基本没有分离效果;对具有明显分离效果的代表粒径ds为0.108 5 mm的颗粒,当弯管弯曲度R/r在10～40的范围内其分离程度相对较小.