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°.     

两相流CO_2喷射器内部流场的数值模型

利用计算流体动力学模拟软件Fluent建立两相流CO_2喷射器非均相模型,基于非均相模型对CO_2喷射器的内部流场进行数值模拟,分析喷射器内部流场的相变、压力和速度变化情况,通过实验验证了模型精度;通过改变喷嘴段结构参数,探究了喷嘴设计对于喷射器性能的影响,并对喷射器结构进行优化.结果表明:喷射器喷射流量以及引射压力的模拟值与实测值的误差分别为6.5%和5.0%,即所建模型具有较高的精度;当喷射器喷嘴段出口出现激波现象时,流体的压力和速度均出现波动,并且存在明显的边界层;喷嘴发散段的长度越长,喷射流量越小,喷射速度越高;通过优化喷嘴段结构参数,可使喷射器的效率提高10.5%.     

蒸发环境下液滴初始粒径对煤油喷雾模拟预测的影响

采用Eulerian-Lagrangian方法分别在非蒸发、蒸发环境中完成了煤油破碎、雾化过程模拟,分别采用索特直径、贯穿长度等实验数据对预测结果进行了对比分析。假设离散相的液体颗粒粒径在喷嘴出口处满足RosinRammler分布,通过在喷嘴出口处设定不同的初始液体粒径分布参数,得到了不同算例的预测结果。通过与实验数据的对比发现,在非蒸发环境下液体初始粒径对于预测结果影响较小,而在蒸发环境下其对于计算结果存在比较明显的影响,较小的初始液滴粒径会降低喷雾的贯穿长度、会造成液滴在离开喷嘴之后的速度偏快。     

前混合磨料射流磨料速度测试的新方法

前混合磨料射流超强的打击力主要是由高速磨料群提供的,因此,磨料速度测试是磨料打击力分布规律等研究的基础。针对传统研究方法的不足之处,笔者提出采用PIV技术结合自主编程设计的磨料中心识别程序,实现非接触式测试手段下磨料速度测试实验研究,并利用该方法简要分析了喷嘴结构对磨料速度的影响。结果表明,在一定范围内增加直线段长度有利于提高喷嘴出口处磨料的速度,表明在喷嘴直线段末端磨料依然处于明显的加速状态;增加收敛段长度对提高喷嘴出口处磨料速度有一定的作用,但磨料速度增幅不大;收敛角较大时,液相在收敛段前半段加速缓慢而在后半段过于剧烈,因磨料颗粒加速滞后于液相的原因导致喷嘴出口处磨料速度降低。     

湿喷机喷嘴流场仿真分析

为了研究湿喷机喷嘴出口混凝土的均匀程度,根据湿喷机喷嘴流场的结构建立物理模型,再根据流体动力学方程建立混合流体在喷头内部流场中的力学模型,得到混合流体在喷嘴流场出口的理论速度和理论压力。然后利用Gambit软件对湿喷机喷嘴内流体进行三维建模,结合CFD软件Fluent选用RNG湍流模型与多相流中的欧拉模型,对喷嘴内气固两相流进行仿真计算,得到喷嘴内流体的压力、速度云图和相体积分数云图。在此基础上分析混合流体在出口截面上各相的体积分数,得到了混合物中空气的均匀度为93.88%。研究结果表明:通过将理论值与仿真值进行对比,发现混合流体的理论值与仿真值较为接近;在喷嘴出口处混凝土和空气混合的很均匀;通过混凝土喷射试验验证了仿真计算的正确性,且现有的喷嘴结构具有一定的合理性,并为今后喷嘴结构的改进与优化提供依据。     

连铸喷嘴气路加速环对喷嘴出口处液相运动与分布的影响

为获得更好的高速连铸二冷区铸坯冷却效果,本文提出在气-水雾化喷嘴气路通道内增设加速环装置。根据生产工艺条件,利用Fluent软件建立了优化前后气-水雾化喷嘴的三维气-液两相流模型,分析了喷嘴进水压力和进气压力对喷嘴出口处液相速度和液相体积分数分布的影响。结果表明,本文计算条件下,当喷嘴进水压力一定时,随着进气压力的增加,喷嘴出口处液相速度显著增大,液相体积分数呈减小趋势;当喷嘴进气压力一定,随着进水压力的增加,喷嘴出口处液相速度减小,液相体积分数整体呈增大的趋势;相同工况条件下,喷嘴气路设置加速环后,喷嘴出口处的液相速度分布较优化前更稳定,液相分布均匀性得到改善。     

埙型结构喷嘴自激振荡脉冲空化射流的数值模拟

为研究自激振荡脉冲空化喷嘴空化性能,采用流体仿真分析平台Fluent,以Helmholtz喷嘴原型构建一种具有埙型结构的喷嘴模型,同时基于自激振荡脉冲空化喷嘴的空化效应与多相流模型,数值模拟其在100ms振荡时间内的空化情况,并与Helmholtz喷嘴空化效果进行对比。并分别改变埙型结构喷嘴上下流道的直径比和弧线角度,通过数值模拟考察直径比和弧线角度对喷嘴空化效果的影响。结果表明:上、下流道直径比在0.5～0.6空化效果最好;弧线角度θ=50°时的埙型结构喷嘴,出口处速度呈现均匀性,同时出口更易形成均匀负压区域,喷嘴腔室内空化呈对称分布,空化效果最佳。     

高压除鳞喷嘴内部流场数值模拟与仿真分析

针对目前工厂广泛使用的高压除鳞喷嘴,应用前处理软件Gambit建立其内部流畅的三维模型,采用Fluent软件提供的Laminar层流模型对不同结构参数的喷嘴内部不可压缩、稳态、层流流场进行了数值模拟,并分析了各参数对其流场速度分布、压力分布和出口轴心速度的影响.仿真值与理论计算值十分接近,数值模拟结果表明,喷嘴收缩角和直径对其内部流场影响较大,而扩张角对其内部流场影响相对较小,但各参数都存在最优值,且各参数之间也存在着最优搭配使射流打击效果最好.     

结构参数对离心喷嘴出口液膜厚度的影响

应用基于VOF的界面跟踪方法和realizable k-ε湍流模型分析了喷嘴出口结构参数对出口液膜厚度的影响规律,并将数值结果和试验数据进行对比,证实了模型的可靠性.结果表明:在喷嘴出口处液膜以环状形式分布,中间有一空心气锥,空心气锥半径越大,液膜越薄,并且随着流量的增大,液膜的破碎长度减小;喷嘴出口扩散角越大,喷嘴出口处液膜越薄,液膜破碎长度越短;喷嘴出口直径越大,液膜破碎长度越长,但液膜厚度不稳定;喷嘴出口直管段越长,液膜破碎长度越短,但对液膜在喷嘴出口后期发展的影响不是很大.     

喷雾重叠率对带钢冷却效果的影响

本文建立了双喷嘴气雾冷却系统的物理和数学模型,在固定单个喷嘴流量、压力、雾化角和喷嘴喷射距离的条件下,利用FLUENT软件对喷雾重叠率分别为0、25%、50%和75%时,雾化场中液滴分布、液滴速度以及带钢表面温度分布、带钢冷却速度进行仿真计算。数值模拟结果表明,当喷雾重叠率为25%时,雾化场内液滴的位置分布、带钢表面液滴的速度分布以及带钢表面的温度分布最为均匀,带钢冷却效果最佳;但与其他喷雾系统的特性参数相比,喷雾重叠率对带钢的冷却速度影响不大。     

一种喷嘴的改进设计及其喷雾性能仿真分析

为研究并优化喷嘴的结构参数,结合离心式喷嘴的结构特点,在原有喷嘴结构的基础上增加旋流槽.利用VOF模型以及双方程湍流模型对原始结构喷嘴以及新增旋流槽结构的改进喷嘴,分别进行数值模拟.分析了两种喷嘴内部的液体流动特性及喷雾场中的喷雾特性和变化规律.结果表明,增加旋流槽结构能够有效减轻喷嘴内部出口处的涡流现象,降低喷嘴内压强;喷射液体的轴向速度减小,喷射束更发散,雾化锥角变大.     

基于数值模拟的高压磨料射流喷嘴流场分析及结构优化

为得到高压磨料射流喷嘴内部水流和磨料颗粒运动分布的最佳特性,本文基于二相流理论,利用数值模拟方法研究了高压喷嘴内部混合水相的速度及湍流强度分布,重点分析了磨料入口位置对喷嘴出口处磨料颗粒收束性及喷嘴内壁面磨损状况的影响,并提出了减轻壁面磨损的改进措施。结果表明,距喷嘴中心轴线距离越远,喷嘴内部混合水相的湍流强度越低,但由于磨料入口处存在旋涡,混合水相速度则随之先降低后升高。随着磨料入口位置越靠近高压水入口,出口处磨料的收束性呈现先变好后变差的趋势,磨料颗粒则会大量聚集于磨料入口与上壁面交界处,造成喷嘴内壁磨损,此时可通过在后壁面和上下壁面使用圆角过渡来改善射流流向,进而减少聚集处磨料颗粒的体积分数。     

涂布机干燥箱风嘴热风流场分析

利用Fluent软件对涂布机干燥箱风嘴热风流场进行模拟计算,得到风嘴内热风的速度场分布规律,找出热风出口处速度波动过大的影响因素,对喷嘴结构进行优化,使得出口热风的均匀性得到提高,涡流的影响减小,对提高干燥效果有一定的指导意义.     

阵列多孔式辅助喷嘴和异型筘组合流场特性

为了改善喷气织机单圆孔辅助喷嘴的引纬速度、能耗和织物质量,阵列椭圆孔得到两种不同出口形状的辅助喷嘴.通过数值模拟结合实验方法研究了阵列式辅助喷嘴和主喷嘴射流汇入异形筘内组合流场特性.分析了异形孔辅喷结构参数和阵列方式对组合流场的速度、集束性和湍涡分布的影响.结果表明:阵列式多孔辅喷射流汇入异形筘组合流场核心速度区域更长...     

基于VOF方法数值模拟离心式喷嘴内两相流流动

离心式喷嘴内的气液两相流动是影响喷嘴雾化特性的重要因素.利用FLUENT软件,基于VOF(volume-of-fluid)方法对离心式喷嘴内的气液两相流动进行三维数值模拟.模拟计算很好地捕获了燃油在离心式喷嘴内所形成的空气涡及雾化锥角,所得的喷嘴内压力分布、相分布与雾化锥角反映出该离心式喷嘴内流动特点,并与试验结果吻合较好.同时还计算了不同入口压力下喷嘴出口处的速度与雾化锥角,结果表明,随着入口压力的增加喷嘴出口速度增加,但对喷嘴雾化角影响较小.因此,数值模拟方法为离心式喷嘴的设计与雾化性能预报提供了必要的边界条件与理论基础.     

新型后混合磨料水射流喷嘴流场均匀性分析

针对目前后混合磨料喷嘴流场不均匀性问题，利用FLUENT仿真软件，对一种新型后混合磨料水射流喷嘴内部流场进行三维数值模拟. 通过比较喷嘴内部有无圆锥挡板的内部流场，分析圆锥挡板对流场均匀性的影响. 分析不同参数圆锥挡板喷嘴的喷射效果，得出新型后混合磨料水射流喷嘴不同参数结构对内部流场均匀性的影响规律，来提高后混合磨料水射流喷嘴中水和磨料混合均匀性. 分析结果表明：在保证出口仍具有较高速度的情况下，增大缩口直径，可以降低混合腔空气压力，改善液体在腔内聚集现象. 在此基础上，向混合腔中加入二次B样条曲线形状的圆锥挡板，当磨料入口采用斜入式与喷嘴轴线成45°时，出口体积分数最接近15%，体积分数波动最小，磨料与水混合均匀性大大提高. 通过正交试验分析多参数对磨料均匀性的影响，得到最优的结构参数.     

水煤浆气化炉三通道喷嘴气相流场的数值模拟

为研究三通道喷嘴结构对气化炉宏观冷态气相流场的影响,利用计算流体力学软件F luen t对水煤浆气化炉的三通道喷嘴和简单的单通道喷嘴分别在自由射流和受限射流情况下进行了气相流场的数值模拟。通过对两种喷嘴在自由射流和受限射流流场的比较,发现二者的流场非常相似,只是在距喷嘴出口较近处速度分布有明显不同。这说明喷嘴的结构对气化炉宏观气相流场的影响并不如入口速度对气相流场的影响显著。通过对喷嘴附近处径向和轴向速度分布的分析,发现三通道喷嘴外环气流和中心气流有强烈的撞击,这对水煤浆的雾化起到重要作用。     

水力喷射压裂用喷嘴结构分析

为提高水力压裂用喷嘴在喷砂压裂过程中的喷射性能，利用计算流体力学软件建立了喷嘴流场模型，分析了喷嘴直圆柱段长度、收缩角和喷嘴全长对水力喷射特性的影响。结果表明，随着喷嘴直圆柱段长度的增加，喷射流体速度增加，能量损失减小；收缩角较小的喷嘴喷射动能较大且能量损失较小；喷嘴总长越长，流体速度保持越好。在井底空间条件限制下，通过分析3种结构参数的变化对水力性能的影响，最终确定了最优喷嘴结构参数。     

基于Fluent的临界流文丘里喷嘴的内部流场仿真分析

针对目前无法对小喉径临界流文丘里喷嘴内部流场进行检测的缺点,本文在建立喷嘴数学及物理模型的基础上,运用Fluent软件对喷嘴的内部流场进行模拟仿真。鉴于喷嘴结构对其流出系数及临界背压力比有较大的影响,本文通过数值模拟的方法对喷嘴内部不同位置处的速度场、压力场进行了分析,将仿真所得到的喷嘴的流量和临界背压力比同理论计算值和通过标准检定装置测试得到的实测值进行比较,并绘制了质量流量与背压力比的仿真及实测关系图,据此提出了在喷嘴制造方面上的建议。     

用离散涡方法模拟喷嘴出口射流流场的数值模型

根据流体力学原理,用离散涡方法建立了在复平面上模拟喷嘴出口流场的一套完整模型。在此基础上,用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编写了计算机程序,模拟了喷嘴出口流场的速度分布,利用涡元矢量图对计算结果进行了分析,得出了射流在喷嘴出口分离流动及流场中旋涡形成及发展的规律。射流在有锐缘的地方会发生流动分离,形成的剪切边界层逐渐卷起,形成旋涡结构。在喷嘴出口与哨嘴出口处形成的旋涡结构,在势流流场和其它涡元的作用下逐渐向下游运动,并向两边扩散。由于粘性扩散及计算误差的影响,在远喷距处会出现涡旋结构变形