隔舌间隙对自吸离心泵自吸性能的影响

为分析隔舌间隙对泵自吸性能的影响及其原因,进一步掌握泵的自吸机理,对外混式自吸离心泵在不同隔舌间隙时的自吸过程进行了高速摄影试验,通过图像处理技术研究蜗壳扩散段内气泡的数量、大小及运动轨迹,同时测量自吸完成时间。研究结果表明,自吸过程中扩散段靠近气液分离室左侧区域的气泡呈现小而密的特点,右侧区域的气泡呈现大而疏的特点。直径较小的气泡在蜗壳扩散段出口更容易被排出,较大的气泡在扩散段内振荡、回旋,不利于自吸的完成。当隔舌间隙从1.0 mm增加到2.5 mm时,经过隔舌进入扩散段的气泡平均直径从1.2 mm增加到1.9 mm,自吸完成时间从28 s上升到113 s,即隔舌间隙越小,进入蜗壳扩散段的气泡直径越小,这是减小隔舌间隙自吸时间缩短的微观机理。     

湍流发生器中气泡水平向心运动试验

通过理论分析和试验测量,研究气泡在湍流发生器中的气液两相流运动特征.通过简化气泡在旋转流场中的运动,分析气泡在湍流发生器中的受力情况,推导气泡在运动过程中的速度以及运动轨迹方程,分析了气泡运动的动力学特性.搭建了一套可视化两相流测试平台,采用高速摄影技术拍摄气泡在湍流发生器中的运动图像序列.编制图像处理程序,追踪目标气泡,获取气泡特征参数,得到了直径分别为0.8,1.5,1.9 mm气泡在湍流发生器中不同转速(80,130,200r/min)下的瞬态运动轨迹.研究结果表明:水平运动过程中,气泡的径向位置与其转过的角度成自然指数函数关系,且随着气泡的直径和旋转角速度的增加而迅速减小;湍流发生器旋转速度的增大有利于气泡的加速向心运动;直径较大的气泡率先到达旋转轴面.试验结果与理论分析结果基本吻合,获得了影响湍流发生器中气泡向心运动的关键因素,为进一步的研究提供参考.     

气泡雾化喷嘴泡状流喷雾特征试验与仿真

建立了气泡雾化喷射可视化试验系统及喷嘴内部和喷雾场中气液流动模型;采用试验和仿真方法对一特定可视化喷嘴的泡状流喷雾特征进行了研究。结果表明,喷雾表面存在气相膨胀凸起现象,气相膨胀凸起宽度随液相流量和气液质量比增加而增大,凸起间距随气液质量比增加而减小;在相同气液质量比下,喷雾锥角随液相流量增加而增大,较高液相流量时液相流量的影响变弱,喷雾贯穿距在较低气液质量比时随液相流量增加而增大,较高气液质量比时则减小;低气液质量比时,喷雾形态受气液质量比影响明显,喷雾锥角和贯穿距随气液质量比增加而增大;液滴碰撞率随喷雾轴向距离增加而减小并逐渐趋于稳定;喷孔出口气液流量脉动对喷孔出口截面附近液滴轴向速度的影响只局限于很短距离内;随着与喷孔出口轴向距离增加,液滴直径分布范围变宽、液滴峰值数量减少,液滴峰值直径和液滴直径分布向大直径方向移动;随着与喷孔出口轴向距离增加,大尺度液滴区内液滴粒径增大,大尺度液滴区的径向范围变宽。     

FLOW-3D气泡流模型关键参数敏感性探究

为了探究FLOW-3D气泡流模型的黑匣子细节，以45°陡槽均匀流的试验数据为参考，对计算结果对临界韦伯数、临界毛细管数、初始气泡直径、拖曳阻力系数和Richardson-Zaki调节系数等模型参数的敏感性进行了探究。结果表明：明渠掺气水流中气泡尺寸主要受临界毛细管数控制，临界韦伯数仅在掺气水面附近对气泡大小有微弱影响。拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数对结果的影响较大，而临界毛细管数、临界韦伯数以及气泡初始直径对计算结果的影响则相对较小。大于默认值的拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数会提高湍流强度并增加掺气，但小于默认值的参数对计算结果的影响更为显著。因此，在使用FLOW-3D进行掺气水流模拟时，应主要对拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数进行调校，以提高模型的准确性。     

基于2DVD的非旋转折射式喷头水滴直径分布规律

采用基于三维视频粒子测量原理的视频雨滴谱仪(Two-dimensional video disdrometer,2DVD)对喷灌机中常用的Nelson D3000型喷头在多个工作压力下水滴直径沿射程的分布进行了测量,分析了水滴直径沿射程的变化趋势及水滴速度、水滴角度与水滴直径之间的关系。结果表明:水滴直径与射程符合指数函数关系,在距离喷头相同测点处,水滴直径随工作压力的升高而减小,而射程末端的水滴直径随着压力的升高而增大;水滴速度随水滴直径增加而增大,两者呈对数关系;水滴落地时与地面夹角(简称水滴角度)随水滴直径增加呈减小趋势,水滴直径小于1.0 mm时,50、100、150和200 kPa工作压力下,与地面夹角为90°的水滴个数占总水滴数的比值分别为90.46%、84.46%、89.91%和89.15%,其余水滴与地面夹角在30°~89°之间,水滴直径在1.0~2.25 mm范围内,水滴角度随水滴直径的增加迅速减小,水滴直径大于2.25 mm时减小趋势变缓,4个工作压力下最大直径水滴落地时与地面夹角平均值为45°;工作压力对于水滴直径与速度、水滴直径与角度之间的关系影响较小。     

振动式深松机运动特性分析及试验研究

为了深入研究深松机具作业过程中的牵引阻力、能量消耗及作业性能,首先对影响深松作业的结构参数振动幅值、振动频率、振动角度和机具前进速度逐一进行分析;然后从运动特性入手,分别对3种不同振动角度下的运动轨迹进行了研究。结果表明:振动角等于0时,运动轨迹为一段锁扣波形,总功耗增加,深松效果增加不明显;当振动角大于0时,运动轨迹为一段沿运动方向倾斜的正弦波形,将其分为向前上方切削运动和后撤运动两段,前段功率消耗与非振动深松相当,但后撤阶段功率消耗增大使得降耗效果不明显;当振动角度小于0时,运动轨迹为一段沿运动方向相反倾斜的正弦波,将其分为向前下方切削运动和提升运动两段,同时,在提升阶段运动过程中,深松铲工作于已深松过的土壤中,因而功耗大大减小,可以实现减阻降耗目的。同时,在前进速度为0.2~1.78m/s、振幅为10mm、振动角为10.80~-3 2.40和0~50Hz振动频率条件下,对振动式深松机具进行了单因素土槽试验研究,并分析了各因素与功率损耗之间的关系。     

基于LPM的摇臂式喷头水滴分布试验研究

为了研究旋转式喷头水滴直径、速度及动能的分布规律,采用激光雨滴谱仪(Laser Precipitation Monitor,LPM)对3026B型摇臂式喷头分别在0.15,0.20,0.25,0.30,0.35 MPa这5种工作压力下进行了室内无风水滴分布试验,并根据最小二乘法原理建立了水滴分布数学模型.试验结果表明:3026B型摇臂式喷头的喷洒水滴直径与喷头距离之间总体上呈指数函数分布;直径在1~3 mm的水滴在5种压力下占整个喷洒区域的频率分别为56.80%,64.35%,72.14%,61.72%,40.17%;距喷头不同距离的水滴累积频率曲线斜率随着压力的增加逐渐减小;水滴速度与直径呈对数函数分布;水滴动能与喷头距离呈指数函数分布,其相关系数在0.8以上.压力对近处水滴直径、速度及动能的分布规律影响较小,对远处的影响较大.     

基于CFD的秸秆颗粒流化特性模拟

在秸秆流化床锅炉中,秸秆颗粒的流化特性对燃烧效率、床料聚团及积灰等有重要的影响。采用计算流体力学软件FLUENT对秸秆颗粒在流化床内的流动情况进行数值模拟,并分析颗粒直径对最小流化速度、颗粒速度场和平均体积分数的影响。结果表明,颗粒最小流化速度与颗粒直径呈现近似线性的关系;达到流化状态后,流化床的床层压降不会随颗粒直径的改变而改变;随着颗粒直径的增加,床层高度减小,床内固相的体积分数增加,气泡直径增大,气泡破裂时引起的床层表面波动增大。分析结果能够为秸秆流化床锅炉的优化设计和运行提供指导。      

气泡雾化喷嘴气体溢出过程声波信号的时频特征研究

通过自建的气泡雾化喷嘴射流可视化实验平台对射流中气体溢出过程进行了声波信号采集和图像观测。采用自适应最优核(AOK)与希尔伯特-黄变换(HHT)边际谱两种时频分析方法对采集到的声波时频信号进行了处理和分析。结果表明:气泡溢出喷嘴时会导致声波信号AOK时频谱幅值的增加;时频谱幅值随时间的变化可以反映喷孔处气体溢出量的实时变动;声波信号的HHT边际谱能量主要集中在一定频率范围内,且在频率轴上的分布与气液两相压力、气液混合状态等因素有关;边际谱能量关于某一中心频率呈近似对称分布,且该中心频率与气泡压力相关,而与气泡大小关系不大;声波信号的时频分析结果能很好地捕捉到气泡雾化喷嘴射流时气相在溢出过程中的变化。声波信号时频分析方法可作为气泡雾化喷嘴射流研究的一个有效途径。     

曝气和射流的气泡分布与综合式泡沫分离效果研究

为提高循环水养殖中细微悬浮颗粒物的泡沫分离效率,试验研究了水体盐度、进气量对曝气和射流气泡分布的影响,根据相关泡沫分离理论,提出结合曝气和射流协同作用的综合式泡沫分离,并分析了颗粒物去除效果。结果表明:随着水体盐度增加,曝气和射流气泡的索特平均直径(SMD)减小,持气率增大;随着进气量减少,曝气和射流气泡的SMD减小,持气率也减小;曝气气泡的SMD一般大于射流。在试验条件下,综合式泡沫分离的持气率可达0.100,而曝气式、射流式分别为0.031、0.074;颗粒物去除率达到55.84%,曝气式、射流式分别为19.06%、39.67%,且曝气式对粒径小于50μm的颗粒物去除较好,而射流式使得较大粒径颗粒物破碎成2～30μm的颗粒物。综合式泡沫分离可以节约能耗,总体减少了由射流产生的粒径2～15μm细微颗粒物。     

热力学效应对水翼云空化非定常特性的影响

为了探究热力学效应对绕翼型云状空化非定常特性的影响,应用数值模拟的方法,分别从翼型周围温度场、空泡半径、当地空化数的角度分析了不同水温下热力学效应对空化发展的影响.依据模型试验使用的物理模型建模,采用考虑热力学效应的空化模型和基于密度修正的湍流模型(DCM)对攻角α₀=8°的水翼进行非定常云状空泡的数值求解,计算得到的空泡形态与试验结果吻合度较高.空化发生时,蒸发吸热使空泡内部温度降低,水体饱和蒸汽压力下降,空化的发展被抑制,最终附着空泡区域变小、变薄.同时,随着水温的升高,空泡半径减小,空泡扩散加剧,空化区域更加模糊.由于流场温度变化会导致流体物理性质的改变,因此采用考虑温度变化的当地空化数σ(T)可以更直观地反映流场温度变化对空化发展阶段的影响.     

基于PBM模型的微孔曝气氧化沟气液两相流分析

为了有效减少氧化沟内污泥沉积,了解其流场特性.对微孔曝气氧化沟进行模拟,模拟中引入群平衡模型(PBM),并验证了PBM模型应用在微孔曝气领域的可行性,在此基础上,建立CFD-PBM气液两相流模型,对微孔曝气氧化沟工艺的气液两相流进行Fluent模拟分析,考察了氧化沟内流速、气含率等流体力学行为.结果表明:耦合模型所得的流速值大于传统模拟结果但更接近于实际流速,其平均相对偏差分别为±8.0%,±8.5%,且收敛稳定,由于将定义一组不同直径的气泡,且考虑到气泡的聚合破碎作用,对泥水混合情况的模拟更符合微孔曝气的特点.在此基础上,建立氧化沟模型进行模拟,结果显示,PBM模型可以考虑到气泡直径微小不一的特点和气泡上升过程的聚合破碎作用,流体混合效果明显,与推流器相结合,不易出现污泥淤积的现象,泥水能够充分混合.     

基于CFD的斜三通管水力特性分析及流场计算

为探究不同出口夹角下的斜直三通管水力特性,揭示水流所受重力作用下不同入口雷诺数、斜直三通管主管与支管间夹角、局部水头损失系数三者之间相关关系,阐明斜直三通管内部流场分布情况.采用Solidworks 2016对不同夹角斜三通管建立物理模型,利用Ansys 18.0软件进行网格划分与数值计算,运用Tecplot软件进行后处理.结果表明:ζ₁₃,ζ₁₂均随着雷诺数的增加呈现降低趋势,且在雷诺数大于127 616之后呈现缓慢降低趋势;ζ₁₃随着三通管夹角的增加呈现增大趋势,ζ₁₂随着三通管夹角的增大呈现降低趋势;在相同雷诺数下,压力云图在夹角小于90°时分布较为均匀,夹角大于90°时开始出现低压区;速度云图和流线图均随着夹角的增大呈现紊乱和不规则分布;湍流强度随着夹角的增大呈现增大趋势.在实际生产应用中应尽量减少三通管夹角的大小以减少能量损失,提高过流能力.     

双腔室自激振荡脉冲喷嘴空化射流的数值模拟

为研究自激振荡脉冲喷嘴结构参数对内部空化射流流场的影响,以单腔室自激振荡脉冲喷嘴结构为基础,对采用前后串联方式建立的双腔室自激振荡脉冲喷嘴进行Fiuent数值模拟.选用RNG k-ε湍流模型,分析来流雷诺数、前后腔室腔长比、腔径比的改变对空化射流的影响,并以腔室内的液相体积分数及喷嘴出口处的流速作为流场变化的评价指标.数值研究结果表明:当双腔室内部来流雷诺数由2.98×10⁵变到4.31×10⁵时,喷嘴腔室内的空化程度先增大后减小,与之相对应的液相体积分数先减小后增大;前后腔室腔长比为0.67时,腔室内空化气囊形状规则同时具有对称分布的涡环结构,有利于脉冲空化射流的发生;当腔室腔径比为1.20时,腔室内涡环结构与空化气囊均具有一定的对称性,同样可促进脉冲空化射流的发生,同时在出口处速度分布均匀且流速较大.     

有压管道内串列管道双车的运移速度

为了完善和发展筒装料管道水力输送技术,通过物理模型试验和理论分析相结合的方法研究有压管道内串列管道双车的运移速度的影响因素.结果表明:随着雷诺数、管道车直径、车身长度的逐渐增大,管道双车的运移速度均呈现出逐渐增大的变化趋势;而随着荷重的增加,管道双车的运移速度逐渐降低;不同车间距下管道双车的运移速度小于单个管道车的运移速度,且随着车间距的不断增大,管道双车的运移速度逐渐增大并向单个管道车的运移速度靠拢.采用多元回归分析中的标准回归系数法对各影响因素进行分析,结果发现雷诺数、管道车直径、车身长度、荷重、双车间距对管道双车的运移速度影响程度依次降低.研究成果为优化管道车结构,提高管道双车的运移速度,降低管道车的输运能耗等提供一定的参考和基础.     

微型压电泵中引流道对气泡控制的影响

提出了在泵腔内加工引流道,以促使气泡迅速而有效地排除。从腔内压力方面分析气泡的滞留与输出性能的关系,同时从气泡压力降和流体阻尼方面分析引流道对气泡滞留的影响,最后通过实验验证引流道的引入对压电泵输出性能的影响以及对气泡滞留的优化效果。实验结果表明,引流道的引入能在一定程度上增强压电泵的输出压力和输出流量,引流道宽度为2.0 mm时,输出压力和输出流量分别达到17.4 k Pa和20.8 m L/min;当引流道宽度为1.1 mm和1.5 mm时,压电泵具有很强的气泡排除能力,并根除了断流现象的发生,120个0.02 m L气泡进入后,压电泵仍具有稳定的输出压力(5.8 k Pa和5.6 k Pa)和输出流量(16 m L/min和5.6 m L/min)。在泵腔内加工引流道可以使气泡得到迅速而有效的排除,并减少气泡在泵腔内滞留。     

微通道内种子汽泡抑制沸腾不稳定性研究

搭建同步光学可视化实验台,以并联三角形微通道硅基热沉为实验段,微通道入口玻璃盖板内侧溅射5个Pt微加热器构成种子汽泡发生器阵列。研究了低入口质量流量下不同种子汽泡触发频率对微通道内沸腾不稳定性的影响。实验结果表明,种子汽泡触发频率作为控制微通道内流动沸腾不稳定的重要参数,单相液体区域,种子汽泡对微通道内流动影响很小;两相区域,随着热流密度增大,压降呈线性上升,壁面温度呈指数式上升。触发频率越高,压降越高,壁面温度下降越大。相同热流密度条件下,高频种子汽泡能够完全消除沸腾不稳定性,壁面温度显著下降,温度均匀性得到明显提升。     

气液两相流工况下泵内气相特征数值计算

为研究叶片泵内气相的分布、运动规律,应用计算流体动力学方法对气液两相流工况下叶片泵内流场进行数值模拟,并通过试验进行验证.基于MUSIG模型对泵内气液两相流动进行了数值计算,同时采用Prince-Blanch模型和Luo-Svendson模型描述气泡聚并和破碎过程,揭示了压力分布、不同尺寸气泡分布和气泡平均直径分布.研...     

基于不同曳力模型的鼓泡流化床CFD-DEM数值模拟与试验研究

为了准确选择稠密气固两相流中的曳力模型以提高数值模拟结果的准确性,基于CFD-DEM双向耦合方法,采用现阶段气固流化床数值模拟中常用的Ergun,Wen&Yu,Syamal-O'Brien,Gidaspow,Di Felice以及Huilin&Gidaspow共6种曳力模型开展数值模拟,将其与高速摄影试验测得的床层高度...     

圆锥空腔内涡破裂现象的数值模拟

采用三维非定常的Navier-Stokes方程对底面驱动的密闭圆锥室内旋转层流流动中的涡破裂现象进行了数值模拟,分析了雷诺数和几何结构对圆锥空腔内涡破裂现象的发展规律的影响.利用有限体积法离散控制方程和SIMPLE算法实施计算,计算网格采用非结构化网格.根据数值模拟结果得出了圆锥室内涡破裂现象的发展特性.研究结果表明:当达到一定雷诺数时,圆锥室内中心轴线附近会出现一个低压的涡破裂区域,并伴随着局部流体回流;在所研究的雷诺数范围内,随雷诺数的增加,涡破裂气泡的尺寸先增大后减小直至消失,涡破裂气泡的位置沿中心轴向远离驱动面的方向移动;对于相同高径比的圆锥室,涡破裂现象出现和消失时的临界位置不随圆锥室几何形状的变化而变化;由涡破裂现象出现时的临界雷诺数的大小可知,圆锥室模型相对于圆柱室模型抑制了涡破裂现象的产生,且顶面直径最大时的圆锥室(H_{1/H=0)的抑制效果最好.}