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。     

采煤机喷雾嘴内流场的数值模拟

为了改善采煤机灭尘、降尘效果,利用Pro/Engineer建立采煤机喷雾嘴的三维模型,选用标准k-ε湍流模型,通过ANSYS/FLOTRAN CFD模拟了喷嘴结构参数对内流场的影响。仿真结果表明：随着喷嘴出口直径和旋芯中心孔直径的增大,出水口的流速也增加,但雾化分散锥度角变小;螺旋孔螺旋角增大,雾化分散锥度角也增大,但出水口的流速降低。该研究明确了喷嘴结构参数与其内部流场的关系,可为喷嘴结构的参数选择和优化设计提供依据。     

涡旋气动雾幕控尘装置的研发与模拟分析

为有效控制由机械截割破煤产生的大量粉尘,结合风幕除尘技术与高压喷雾降尘技术,研发了一种可以阻隔工作区域粉尘扩散的新型涡旋气动雾幕控尘装置模型.通过模拟后实验的研究方法对装置进行测试,采用CFD软件对装置内部的风流速度场、涡旋气动雾幕出口速度以及涡旋气动雾幕雾滴粒子场进行了数值模拟,得出初步装置运行最佳工作参数后对实验模型装置的性能进行了测定实验.研究结果表明:水泵供水压力为8 MPa、风机供风风速为12m/s、喷嘴安装角度为75°时,涡旋气动雾幕降尘装置模型处于最佳工况,涡旋状雾幕的有效覆盖范围达到最大.     

高压喷雾射流雾化及水雾捕尘机理的拓展理论分析

通过对射流扰动控制方程、射流色散方程解算结果的分析,基于两相流的喷雾概念模型,引入了空穴、湍流和空气动力共同作用的雾化模型。认为高压喷雾时,喷嘴内部形成的空穴和湍流作用主导喷嘴出口附近的一次雾化,而空气动力则控制着此后的二次雾化过程。提出以临界韦伯数作为射流是否发生二次雾化的判据。根据对液滴破碎方式的分析,认为液流完全分裂成雾滴的射流临界初速度为60 m/s,且射流破碎一般发生在一次雾化中,薄膜破碎一般发生在二次雾化中。基于液滴对尘粒的主动碰撞理论,对典型喷雾降尘机理进行了改进,认为当含尘气体处于非饱和状态且温度高于液体温度时,捕集率与液滴粒径间存在一个最佳组合;在相同的液气比,相同的液滴喷入时,降低气流速度有利于微细液滴对细小尘粒的捕集。     

真空喷射射流流场的Fluent模拟分析

为了对真空射流流场进行研究,应用Fluent软件并基于VOF(volume of fluid)方法、k-ε标准湍模型及PISO算法,对不同喷口直径及入射压力的直射式锥型流道喷嘴的射流流场速度和湍流运动分布进行了数值模拟分析.结果表明:1)入口压力相同,喷嘴直径越大,射流与周围介质间的速度梯度越大,可促进射流的扩散和液滴破碎后的尺寸均匀分布;2)喷嘴直径一定,入口压力在10~15 MPa内,射流湍流强度分布达到最佳状态,射流流场较好;3)如果不考虑材料的溶解性,相对于三氯甲烷和四氯化碳,丙酮作为溶剂时的液体喷射雾化效果较好,适于制备质量较好的高分子薄膜.     

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.     

基于Fluent的射流喷嘴结构设计与优化

合理地选择射流喷嘴参数,实现天然气水合物的固态硫化开采,是促进天然气水合物商业化采掘的关键因素之一.利用Fluent软件建立不同结构参数的单喷嘴流场湍流模型,仿真分析了5种不同结构尺寸的喷嘴对水合物射流破碎的影响,并通过正交试验对单喷嘴结构参数进行优化.仿真结果表明:喷嘴出口处带有扩散角时有利于利用水射流的能量,达到良好的射流破碎效果;最优的喷嘴结构参数为,入口直径D=2.0mm,过渡段直径d0=0.8mm,过渡段长度l=4mm,收缩角α1=24°,扩散角α2=10°.     

带分流叶片水泵水轮机特殊工况内部流场特性

基于国内某抽水蓄能电站建立的水力模型并结合该模型试验报告,采用SSTk-ω模型计算带分流叶片水泵水轮机7.5°导叶开度下零流量工况附近的制动工况和反水泵工况,进行定常和非定常数值模拟,研究其内部流场压力分布、速度流线分布及径向力分布规律.结果表明:计算流体动力学数值计算可以很好地模拟分析带分流叶片水泵水轮机的内部流场特性;制动工况下的流态很差,涡结构充满整个流道引起水流拥堵且成不对称分布;反水泵工况导叶和转轮出现了严重的流动分离,水流在叶片中上游发生冲击;分流叶片的存在减小了负压区域,降低了汽蚀现象发生的可能性,有助于水轮机内部水流流动更加平稳;带分流叶片水泵水轮机的径向力在一个周期内的变化规律与转轮叶片数强关联,峰谷值个数与叶片数相对应.     

超高压喷射条件下非常态燃油缸内喷雾特性

为了研究超高压喷射条件下缸内非常态燃油的雾化特性,分析非常态燃油各个物性参数与压力之间的关系;搭建可视化喷雾闪光摄影试验台架,在AVL FIRE平台上对喷雾过程进行三维数值仿真;利用喷雾发展的试验结果验证仿真模型的准确性,并研究喷射背压、喷孔直径对燃油雾化特性的影响。研究结果表明:在超高压喷射条件下,燃油密度、音速和弹性模量的增大有利于油滴在喷嘴出口处获得较大的湍动能,进一步提高燃油的雾化质量;喷射背压增大时油束与缸内空气之间的能量交换加剧,射流扰动增强,加剧了油滴的二次破碎;随着喷孔直径增大,油束的初始湍动能增加,有助于气态燃油向燃烧室四周和底部扩散发展。     

基于遗传算法的掘进机外喷雾降尘效率最大的参数优化

 为了提高掘进机外喷雾降尘效率,降低煤矿掘进工作面生产时产生的大量粉尘,改善工作面工作环境及人体健康,提高掘进机截割头的使用寿命,抑制由于粉尘浓度达到一定程度后而发生粉尘爆炸情况造成的人身财产的重大损失;为了避免过多的雾滴落在截割机构上造成水的浪费,令喷雾截面圆与大端面圆近似相切,并保证喷雾覆盖区域相互重叠1/4、捕集区的喷雾截面积近似为环形、雾流形状在有效的作用区内为圆锥形以及喷雾捕集区的粉尘分布是均匀的,建立了掘进机外喷雾降尘效率的数学模型,选择喷雾压力、喷雾有效作用区的长度、喷雾扩散角度以及喷嘴的直径为设计参数,以掘进机外喷雾降尘效率最大为优化目标,建立了相应的约束条件,并且将优化模型进行了无约束化处理,采用遗传算法对影响掘进机外喷雾降尘效率的主要参数进行了优化。优化结果表明,喷雾压力增大了9.79%,喷雾作用区的长度降低了8%,雾化角度减小了11.15%,掘进机外喷雾的降尘效率增加了15.19%。该研究为工程实践提供了理论基础,为掘进机外喷雾系统结构参数的整体优化,使其整体功能达到最佳状态提供了依据,并且对于掘进机内喷雾系统的建模及优化方法提供了重要参考,具有一定的指导意义。     

前混合磨料水射流除鳞喷嘴混合腔内部流场

基于计算流体动力学多相流混合物模型,应用FLUENT软件对前混合磨料水射流除鳞喷嘴高压水与磨料混合腔内部流场进行数值模拟.比较了不同进料方式对流场均匀性的影响.分析了两侧为高压水入口条件下,磨料入口直径、高压水入口直径、高压水入口位置和角度以及收缩段锥角对流场混合均匀性的影响,得到了影响混合腔内部流场混合均匀性的合理结构参数.数值计算结果表明:入口速度一定的条件下,磨料中进式喷嘴混合腔的混合均匀性优于磨料侧进式喷嘴混合腔.随磨料入口和高压水入口直径增加,混合腔出口的射流速度均增加,但随高压水入口直径增加导致出口磨料浓度呈先增后减的趋势,磨料入口与高压水入口合理的质量流量比值约为3∶4,两侧高压水入口位置对流场混合均匀性影响较小,高压水入口角度和收缩段锥角均为30°时流场性能更佳.     

制冷机房冷冻水和冷却水变流量解耦控制策略

为降低制冷机房运行能耗,提出了一种基于正交试验分析法的变流量变温差控制策略。首先介绍了变流量变温差的提出和实现思路,然后建立了螺杆式冷水机组和水泵设备模型,对模型进行编程并植入TRNSYS软件进行了模拟及验证;最后建立了由冷水机组和水泵组成的地表水源制冷机房仿真平台,并在该平台上进行二次正交回归试验,得到了制冷机房总功率与冷负荷、冷却水进水温度、冷却水流量、冷冻水流量和冷冻水供水温度五因素的经验关联式,再通过数据处理,得到不同冷负荷和冷却水进水温度下,使制冷机房总功率最小的冷冻水流量、冷却水流量和冷冻水供水温度的优化值。结果表明,某工况下变流量变温差控制策略下的制冷机房总功率相对定流量变供回水温差和传统变流量定温差两种控制模式下的总功率,分别下降了14.023 kW和4.94kW;变流量变温差法比传统变流量定温差法的节能能力提高54.6%。     

叶片交错布置不同角度对双吸离心泵蜗壳内压力脉动的影响

双吸离心泵内部流场压力脉动是影响水泵机组运行稳定性的关键因素,为了研究双吸离心泵叶轮两侧叶片交错布置对泵蜗壳内压力脉动的影响,以某双吸离心泵为研究对象,将其两侧叶片分别交错布置15°和30°,在蜗壳的不同位置设置监测点,利用CFD技术对离心泵内部流场在设计工况下进行三维非定常数值模拟,得到监测点处的压力脉动情况,并对其进行时域与频域分析.结果表明,该泵蜗壳内的压力脉动主要以轴频和叶频为主,相对于原模型泵叶轮,将叶片交错布置可以有效改善蜗壳内的压力脉动情况,且将叶片错开30°减弱蜗壳内压力脉动的效果比错开15°更好.     

喷射压力对生物柴油喷雾特性的影响

基于WAVE和KH-RT这2种液滴破碎模型分别对定容燃烧弹内生物柴油喷雾过程进行数值模拟,利用定容燃烧弹试验台架获取生物柴油喷雾过程,通过数值模拟的计算结果与试验参数对比确定最佳的液滴破碎模型。进一步研究喷油压力对生物柴油的喷雾贯穿距离、喷雾锥角、索特平均直径(SMD)、速度场以及浓度场的影响并与柴油进行对比,结果表明:提高喷射压力,对2种燃料的喷雾贯穿距离都有较大影响,而对其喷雾锥角的影响均较小,但能大幅度降低SMD且均能提高燃料的喷射速度,更易于燃料的破碎蒸发。对比相同工况,生物柴油的破碎雾化效果较差。     

采用仿秋沙鸭翼型叶片贯流风机的气动性能数值研究

为提高空调性能,满足产品节能要求,本文基于叶片仿生设计及叶轮交错角改良开展贯流风机的优化研究。首先,通过逆向工程方法提取了秋沙鸭翅膀40%翼展截面处的型线特征,结合产品的工艺要求设计了贯流风机仿生叶片;然后,采用三维数值计算模型对带有仿秋沙鸭翼型叶片的贯流风机内部流场进行了数值模拟,研究了具有不同叶轮交错角的仿秋沙鸭翼型叶轮对贯流风机气动性能的影响;最后,选取气动性能最优的叶轮交错角为5°的仿秋沙鸭翼型叶轮进行加工测试。研究结果表明：三维数值计算结果能够有效地揭示贯流风机内轴向流动特性,叶轮交错角对叶轮中盘附近流场影响显著;采用仿秋沙鸭翼型叶轮能够改善贯流风机叶轮进出口流动状态,增大叶轮偏心涡强度,提升叶轮做功效率。根据实验结果,与原型机相比,采用仿秋沙鸭翼型叶片的贯流风机在相同转速下风量基本不变。在送风工况条件下,功率最大降幅为3.3%;在制冷工况条件下,功率最大降幅为2.7%,噪声最大降幅为0.3 dB。     

贯流泵装置出水流道进口区压力及速度场分析

为分析贯流泵装置出水流道进口区流场的非定常特性,在考虑水泵与流道的水力相互作用基础上,采用RNG k-ε湍流模型对贯流泵装置进行全流道的非定常数值计算。通过非定常求解预测的贯流泵装置能量性能数据与物理模型试验值进行对比,验证数值计算方法的可信度,分析出水流道进口区非定常压力及速度场的演变规律。结果表明:(a)贯流泵装置数值预测的扬程系数与模型试验结果的最大相对误差为3.15%,效率的最大相对误差为3.07%。(b)出水流道进口区轴面速度场的波谷数与导叶体的叶片数相同。(c)随着流量系数的减小,出水流道进口区的轴面速度场的波峰特征越趋明显,轴面速度的尾迹特征逐步增强。(d)水流经出水流道扩散,速度逐步减小而压力逐渐增大,出水流道进口区的脉动主频受叶轮旋转的影响很小,压力波动主要受导叶体进口流态和导叶体结构的双重影响。(e)不同工况时各监测点的主频及次主频均为低频脉动。     

垂直轴风力机主动式变桨距控制规律

针对定桨距垂直轴风力机启动能力差与风能利用率较低的问题,对主动式变桨距控制方法和规律进行研究,以达到提高风能利用率的目的.以双盘面多流管理论为基础,分析叶片的局部流场,建立风力机的数学模型,并以最大瞬时功率为目标函数设计桨距角优化程序,通过分析获得不同尖速比下的桨距角控制规律.根据CFD模型,对定桨距风力机进行数值模拟,分析不同桨距角下的气动性能;对优化后的控制规律在CFD中进行仿真研究,分析风力机的力学行为和风能利用率.研究结果表明:外偏置桨距角可以提高上盘面的气动性能且在桨距角为-4°时获得最大的风能利用率;变桨距控制下的有效力矩区相比定桨距风力机增加了1倍,最大风能利用率也高达39.12％,主动式变桨距控制规律可以明显提高风力机的整体性能.