气溶胶颗粒在空调管道内沉降规律的研究

研究气溶胶粒子在管道中的沉积规律,对改善室内空气质量和病态建筑综合症有理论指导作用。本文主要对通风管道影响尘粒沉积的因素,如尘粒粒径、送风风速和管壁粗糙度等进行了探讨。     

垂直管道水力输送的水击研究与AMESim仿真分析

为降低深海采矿中矿物垂直水力提升中的水击现象,根据垂直管固液两相流的特征,考虑固液两相流密度、浓度、弹性模量等特点,对垂直管水力提升不稳定流开展研究。推导出粗颗粒—匀质浆体两相流提升水击压力波波速方程、连续方程和运动方程,并且基于AMESim软件搭建了垂直管道水击仿真模型。分析了不同管道长度、不同管道直径以及不同颗粒浓度下的水击特性。仿真结果表明:每增加18 m管道长度,平均可以降低约12%的压力峰值,同时减小压力波对管道壁的冲击;每增加10 mm管道直径,也可以降低约7%的压力峰值,但流速增加,紊流强度增大;粗颗粒浓度每增加6%,压力峰值相应增加约2%,与此同时对管道壁的冲击也增加。研究方法及结论对于实际深海采矿中的垂直管道提升具有指导借鉴意义。     

FCC油浆中固体颗粒沉降特性与沉降速度模型

脱除催化裂化（FCC）油浆中的固体颗粒可以显著提高油浆的价值,沉降脱固是有效的手段之一。影响油浆中固体颗粒沉降的主要因素包括油浆体系的黏度、油浆与固体颗粒密度差和固体的颗粒度,采用添加石油醚溶剂油和改变体系温度的方法调节油浆液固体系的黏度和密度差,用重复深度吸管法计算颗粒沉降速度,得到了沉降过程中油浆物性变化和不同粒径固体颗粒沉降的规律,关联得到了油浆中固体颗粒沉降速度经验公式,建立了油浆中固体颗粒的沉降模型,模型计算结果与实验结果的误差在10%以内。研究结果可为优化油浆沉降脱固工艺提供支持。     

割缝施工中钢球及颗粒的沉降速度

在水力喷砂割缝施工中，钢球和石英砂的沉降速度和它们到达割缝层位的时间是施工中的一项重要参数，本文针对不同实际情况分别采用层流和紊流运动方程求解了钢球和石英砂的在油管中沉降速度，并计算出了到达井下一定位置所需的时间。从而保证了后续施工的正常进行。     

风管中颗粒物沉降速度的解析法预测模型

在分析颗粒在紊流边界层中运动机理的基础上,根据沉降速度的定义,推导出了浓度边界层微分方程及其解析解,进而得到了颗粒无量纲沉降速度的解析表达式.利用经典实验数据验证了该解析法模型的正确性.最后,对不同粒径颗粒在不同风速下的无量纲沉降速度进行了预测.预测结果表明:风速越大,颗粒的无量纲沉降速度也越大.     

水力输送管道中粗颗粒运动状态变化及其判别

粗颗粒运动形态变化规律是管道安全输送的关键问题.针对这一问题,利用粗颗粒管道输送试验系统,通过高速摄影技术和粒子图像测速法记录粗颗粒的运动状态及其速度变化,分析了不同粒径、不同体积浓度、不同输送速度条件下粗颗粒在管道中的水力学特性,并拟合得到粗颗粒运动状态的判定参数.研究结果显示,粗颗粒在管道中随着流体平均流速的增加依次出现扬动状态、间歇式推移状态、连续式推移状态和悬移状态,并通过不同运动状态的力学机制和能量损失分析提出了不同运动状态的变化规律;从粗颗粒安全输送的角度,提出连续式推移状态是粗颗粒在较广输送速度范围内,能够实现连续有效输送的一种运动形式,是管道运输中的颗粒物主要运动状态;从分析结果可知,粗颗粒的运动状态与流速、颗粒粒径以及颗粒浓度有关,通过引入管径和重力加速度两个参数,采用量纲分析法得到无量纲数φ为颗粒运动状态判别参数,并以此作为判定粗颗粒不同运动状态,该参数可以在工程中预测粗颗粒的运动状态.     

垂直扬矿管道堵塞条件下的水力特性

基于试验研究,探讨了不同颗粒粒径( d)、堵管高度( H)、流体平均流速( V)条件下粗颗粒在垂直扬矿管道中堵管后再起动的临界条件。研究结果表明：( a) d和H是影响单位长度压差(驻P)与V关系的2个重要参数。( b)当驻P与V呈线性关系时,垂直管道堵管后颗粒将无法实现再起动;反之,如若二者呈非线性关系,则颗粒可实现再起动。( c)基于试验结果提出的颗粒再起动时的临界流速、临界单位长度压差计算公式符合精度要求。     

颗粒组分特性对扬矿硬管输送速度的影响

对颗粒组分特性与扬矿硬管输送速度之间规律进行研究。理论分析与试验研究结果表明:单颗粒垂直管道输送时的滑移速度即为其沉降速度,当输送水流速度继续增大到超过了沉降速度后,滑移速度逐渐减小;对于同级配的固体颗粒,输送速度随着体积分数的增大而增大,当固体颗粒体积分数达到某一值后,输送速度增大的趋势减小;颗粒级配不同对体积分数的影响是不一样的,大颗粒级配占优势时输送速度大,小颗粒级配占优势时输送速度小。     

利用LBM-DEM方法模拟研究粗颗粒管道水力输送

管道水力输送是运输固体物料的一种重要方式。本文采用Fortran语言在Visual Studio平台建立了一套描述粗颗粒管道水力输送过程的LBM-DEM数值模拟方法,并用该方法对相同体积的双层颗粒群和三层颗粒群在水平管道中的运动进行了模拟,研究了不同颗粒堆积方式下的水力输送特性。结果表明:推移运动是粗颗粒在水平管道中的主要运动形式,部分颗粒在水流的作用下会产生跃移运动;颗粒群前方存在水流低速度区,且管道初始流速越低、颗粒直径越大时,低速度区的存在越明显;颗粒群上层颗粒在运动的过程中会产生坍塌,随着管道初始流速的增大和颗粒直径的减小,上层颗粒由向下层坍塌逐渐转变为向颗粒群前方坍塌;堆积方式对颗粒群在管道中的运动具有重要影响,双层颗粒群和三层颗粒群在低速度区特性、颗粒坍塌方式等方面存在部分差异。该研究可为粗颗粒管道水力输送技术的发展起到一定的指导作用。     

垂直管道中锆粉云火焰传播速度特性及锆颗粒群燃烧模型

在粉尘云瞬态火焰实验系统上开展实验研究,揭示了垂直管道中锆金属云的火焰传播速度特性并建立了垂直管道中向上运动的锆颗粒群燃烧模型. 研究结果表明,锆颗粒的燃烧产物二氧化锆颗粒具有单斜和四方两种晶相. 管道中的锆粉云浓度高低可根据火焰锋面形状进行初始判断. 垂直管道中锆粉云的最大火焰传播速度随锆粉云浓度的增加先增大后减小,这是由于管道中富燃料燃烧缺氧和未燃颗粒吸收体系热能而造成. 锆粉云浓度为0.625 kg/m3时,管道中出现最快火焰的传播速度可达39.7 m/s. 在锆颗粒群燃烧模型中将颗粒燃烧过程分为4个阶段. 从宏观现象和微观机理上对锆粉云在垂直管道中的火焰传播过程进行了表征.      

颗粒沉降末速的计算机算法

本文首先建立了单个颗粒在流体中的自由沉降的微分方程,通过对颗粒阻力系数C_d与雷诺数Re的近似数学表达.采用龙格——库塔法,用计算机算出了不同条件下的沉降末速及达到沉降末速的时间,并形象地绘出了不同条件的v—t图.文中还验证了计算结果并具有足够的精度.     

垂直单向流洁净室速度场均匀性的影响因素

对垂直单向流洁净室内的速度场进行数值模拟,计算出洁净室工作区的乱流度指标.通过分析洁净室的室宽、室高与洁净室速度场均匀性之间的关系,得出结论:洁净室的宽度尺寸是影响速度场均匀性的主要因素,当室宽小于6.0 m、室高为2.7~4.2 m时,洁净室内速度分布均匀.     

基于云模型和改进CRITIC的深井垂直充填管道磨损风险评估

为准确预测深井垂直充填管道磨损程度,建立了深井垂直充填管道磨损风险评估云模型。以金川龙首矿等国内4家深井矿山为例,选取料浆体积分数等14项因素作为风险评估指标。以指标作为云模型变量,根据云模型理论,选取适当的云模型数字特征;考虑指标之间的相关性以及指标内部变异程度对指标权重的影响,引入改进CRITIC法获取指标权重,计算评估对象隶属于风险等级的综合确定度,得到深井垂直充填管道磨损风险等级。研究结果表明,金川龙首矿、冬瓜山铜矿、孙村煤矿、广西高峰矿业垂直充填管道磨损风险等级分别为Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅲ级。与其他评估方法进行对比显示,该计算模型将模糊性与随机性转化为确定度这一定量值,实现了定性到定量的映射,为深井垂直充填管道磨损类似问题的研究提供了新方法。     

相邻两颗粒在水中沉降的动力学模拟

通过COMSOL Multiphysics有限元模拟软件,建立颗粒沉降模型并采用有限元方法模拟两个微细(d≤74μm)球形颗粒在水中沉降的过程.分析两颗粒的初始间距K、初始取向角θ、颗粒粒径d和颗粒密度ρ对两个微细颗粒沉降过程的影响.结果表明,两个颗粒的相互作用方式可分为4种状态:保持相互远离、先靠近并接近碰撞然后再相互远离、先靠近后远离不发生碰撞及先远离后靠近再远离不发生碰撞.对于微细颗粒,颗粒与颗粒之间难以发生碰撞现象.对于相同的两颗粒,在其他条件不变时,θ越小,两颗粒越有相互远离的趋势.当θ相同时,改变K或同时改变两颗粒d和ρ,并不能改变他们的总体运动趋势,但是单独改变其中一个颗粒的d或ρ,两颗粒的运动状态会发生变化.     

沉降性浆体倾斜管道浓度分布的研究

首先推导了流体在倾斜管道中的速度分布模型,在此基础上,从固体颗粒在管道中的三种运动状态出发,提出了倾斜管道沉降性浆体浓度分布的计算模型,并用相关实验结果对所提出的模型进行了简单的验证。     

大口径无缝钢管淬火冷却均匀性影响因素

根据目前无缝钢管常用的外表面常压管射流与内表面轴向喷射冷却方式,采用有限元分析软件ANSYS对大口径钢管淬火过程温度场进行数值模拟.分析了钢管的管径、钢管的旋转速度及内喷射冷却介质——水的浸润角对钢管径向冷却均匀的影响.结果表明:在大管径条件下,管径对冷却均匀影响不大;钢管的旋转速度不低于60 r.min-1,水的浸润角为270°左右时,钢管径向冷却均匀较好.     

垂直井筒两相流温度场的模拟计算

井筒多相流体的物性参数和流变特性参数等均是温度的敏感函数,因此.精确计算井筒多相流体的温度分布是准确预测其压力分布、进行油井生产参数优化设计和工况分析等的重要基础.文中基于两相流动力学和传热学理论,建立了垂直井简及其周围地层温度场的数学模型.依据建立的模型,编制了不同开采工艺下的井筒温度场计算程序.并对单相和两相流体流动下的井筒温度场进行了计算与对比分析.     

水平管道中浮游界限速度研究

在前人的理论和研究成果的基础之上,利用动量守恒所建立的清水速度、固体颗粒速度和浆体流速之间的关系。通过分析水平管道中推移质与悬移质组成的几何关系。对于水平管道中推移质与悬移质的之间比例与平均流速之间的关系进行了深入的研究,得出推移质与悬移质与平均流速之间的关系式,确定了管道输送中的重要系数K4和浮游界限速度VB,通过实验资料验证符合良好。     

长江口徐六泾洪季泥沙沉降速度研究

2007年9月底的大潮和中潮期间,在长江口徐六泾处结合采用1台光学后散射浊度仪OBS3A和1台现场激光粒度仪LISST 100（B型）并同步现场采集含沙样本对悬浮泥沙浓度进行了定点现场观测.在对絮凝体中水的体积与絮凝体体积相等这一假设条件进行修正的基础上,利用现场观测得出的絮凝体粒径和有效密度之间的关系以及每个粒径范围的絮凝体所占整个絮凝体的权重,修正了利用单一絮凝体粒径的有效密度代表所有絮凝体的假设,最终得到了更为合理的悬浮泥沙现场沉降速度.     

挟沙水流速度与含沙量垂向分布关系探讨

采用数据拟合构造的挟沙水流掺混长度,结合Prandtl掺混长度理论,得到新的挟沙水流流速分布。类比动量传递系数表达式与掺混长度的关系,结合挟沙水流流速分布公式,得到新的含沙量垂线分布公式。分别利用水槽及河道实测资料验证,结果表明流速公式与含沙量公式可以客观准确地描述流速、含沙量垂向变化规律,对含沙量有更高的精度。误差分析表明:近底层流速误差较大,说明底部边界层的选取与判别仍需深入探究;近表层含沙量误差较大,说明含沙量参考点的选取在理论上仍需研究,以摆脱其随机影响。