液—液循环流化床液滴形成特性研究

基于图像采集与处理方法对液-液循环流化床液滴形成特性进行了实验研究,提出了形成液滴的3种液-液雾化方式,考察了液-液雾化方式与射流长度脉动、液滴粒径分布的相关性,获得了液-液雾化方式的转变规律以及雾化强度、射流长度脉动和液滴粒径分布基于相对雷诺数的变化规律.结果表明,雾化过程与相对雷诺数密切相关,随着相对雷诺数的增加,雾化强度持续增强,液-液雾化方式由滴流型向层流射流型转变,最后发展为湍流射流型;在整个相对雷诺数实验范围内,射流长度的脉动表现出随机和非周期的特点,其标准方差与平均值的变化规律基本一致,在相对雷诺数为1.3×104时达到最大值;液滴的粒径分布参数一直增大到湍流射流型雾化阶段,在相对雷诺数为2.5 ×104时,液滴的粒径均匀性最好,而液滴平均粒径总体上随相对雷诺数的增大不断减小,形成液滴的最小平均粒径发生在湍流射流型雾化阶段.     

液液系统中荷电射流不稳定性

针对生物柴油液液静电雾化乳化过程,建立了色散方程并应用Matlab进行数值计算,分析了水射流速度、荷电电压、水与生物柴油各自的黏度、表面张力对生物柴油中水射流不稳定性的影响.研究结果表明,在水-生物柴油系统中,提高水射流的速度或荷电电压,均能使界面波最大增长率增大,对应的最优波数也随之增加.水的黏度阻碍水射流的破碎雾化,而生物柴油黏度对水射流的破碎雾化却起着促进作用.水-生物柴油的界面张力越小,对液液静电雾化乳化过程越有利.在水-生物柴油液液静电雾化乳化实际应用过程中,除提高水射流速度和荷电电压外,提高水的温度同时尽可能地降低生物柴油的温度,可以形成粒径细小均匀离散相液滴,获得优质的生物柴油乳化燃油.     

喷射参数对扇形喷嘴雾化特性的影响

针对扇形喷嘴雾化特性问题,在Ansys Fluent中基于Taylor Analogy Breakup(TAB)破碎模型,采用Eulerian-Lagrangian连续相与离散相耦合算法,实现了扇形喷嘴的液滴破碎、雾化形成及气液两相流场的非定常数值模拟,完成了喷射压力与喷雾高度2个参数对扇形喷嘴液滴速度、液滴直径、离散相模型(DPM)质量浓度、液滴通量(N)等雾化特性参数的影响研究,通过激光粒度仪在试验台上得到了液滴索特平均直径(D_SM),并与模拟结果进行了对比.研究结果表明:随着喷射压力的升高,液滴的速度越大,液滴在计算域内平均停留时间越短,在计算域停留的液滴数越少;液滴的索特平均直径(D_SM)、液滴体积中值直径(D_VM)、数量中值直径(D_NM)随着喷射压力的升高越来越小,喷射压力为0.3 MPa后液滴D_SM减小的趋势变大,这有利于改善实际作业中的雾化质量,当然在有风状态下也会加大雾滴飘逸的风险.喷雾高度对液滴D_SM影响不大.不同喷射压力下DPM质量浓度以及喷雾的覆盖面积不受喷射压力的影响,由于N的变化与液滴D_SM呈三次方,与覆盖面积A呈反比关系,液滴的数量通量随着喷射压力的变大而逐渐变大.DPM的质量浓度随着喷雾高度的升高而逐渐降低,喷雾的覆盖面积随着喷雾高度的升高而逐渐变大.由于液滴的D_SM随喷雾高度的变化可忽略不计,因此液滴数量通量随着喷雾高度的增加而逐渐变小.不同喷射压力下和不同喷雾高度下试验和模拟计算所得到的D_SM变化趋势一致,整个过程的误差不超过10%.     

气流中荷电液滴破碎数值模拟

荷电液滴破碎过程十分复杂，影响因素繁多，并且破碎时间短暂。难以进行试验研究。对荷电液滴的破碎过程进行了分析，根据荷电后液体表面张力的变化，得出荷电液滴耽数的表达式，得出破碎过程的主要影响因素有气液相对速度、气液物性参数以及静电场。在此基础上，选用VOF多相流模型、四边形网格和SIMPLE算法，设定不同的气液相对速度、液滴初始粒径等参数。对液滴破碎过程进行了数值模拟。模拟结果发现耽数不同，液滴有可能出现袋形破碎、剪切破碎或爆炸破碎。对于低粘度液体，We数可以作为破碎类型的主要判别依据。气液参数相同的情况下，荷电液滴耽数大，液滴更容易发生变形破碎。     

液—液循环流化制冰床流化特性研究

基于图像采集与处理方法实验研究了液-液循环流化制冰床的流化特性,发现颗粒的聚团、分散、粘连和聚并4个典型流化特征,获得了颗粒的沿程粒径分布,基于弗劳德准则数Fr揭示了颗粒流化特征与液-液循环流化床流化状态的相关性,讨论了流化床散式流化状态的参数区域。结果表明,颗粒的流化特征和沿程粒径分布随液-液循环流化床高度、运行参数及参数组合的变化而发生改变;距液-液循环流化床底部0.50 m高度内首先发生颗粒的聚团流化,受颗粒相变程度影响,进而在流化床0.50 m高度以上形成颗粒的聚并、粘连和分散流化,但颗粒聚并形成更大颗粒的现象不可避免;液-液循环流化床的流化状态由弗劳德准则数判别,并与颗粒的流化特征相对应,其理想的流化状态——散式流化主要发生在分散液体流量较小、循环液体流速和温度较低的区域。     

液环泵内部气液两相流动及其性能分析

为改善液环泵水力性能,采用VOF气液两相流动模型对液环真空泵内部三维非稳态气液两相流动进行数值模拟。通过数值模拟分析叶轮及泵腔内的流线分布、速度分布、相态分布及压力分布规律,对泵内复杂的二次流进行了分析,对液环真空泵工作过程中泵内气液两相流的自由分界面进行追踪,并分析了泵内气液两相流自由分界面的变化规律及其与泵外特性的关系。对液环泵进行试验研究,模拟结果与试验结果进行对比分析表明,数值方法结果与试验结果基本一致,能够较准确地描述液环泵内气液两相流流动规律,捕捉气液分界面,预估液环泵的水力性能,为液环泵的性能优化研究提供了依据。     

柴油液滴冲击液膜润湿壁面实验和数值模拟

从实验和数值模拟两方面研究了液滴碰撞液膜润湿壁面的过程。实验采用高速摄像仪观测并分析了液滴撞壁后的铺展、水花形成和液滴破碎飞溅现象,并定量获得了液滴的铺展系数和铺展速度随时间的变化规律。实验结果表明:液滴的铺展系数和铺展速度的碰撞速度效应明显;碰撞速度越大,液滴的铺展系数越大;液滴撞壁后的铺展速度迅速减小,碰撞速度越大铺展速度越大。数值模拟采用流体体积法,综合考虑液滴与壁面间传热及接触热阻的作用,建立了液滴撞壁数值模型。该模型模拟结果和实验数据吻合较好,证明了数值模型的准确性。数值结果表明:液体内部的压力梯度是液滴铺展、产生皇冠水花和以及液滴破碎飞溅的主要原因;毛细波是水花颈部收缩和液滴破碎飞溅的关键因素。     

二流体雾化器雾化过程仿真及实验

探究了二流体雾化器液膜破碎过程与液滴形成过程,对不同螺距和喷嘴出口形状的二流体雾化器喷嘴进行仿真研究。仿真分析了二流体雾化器的液膜形成与破碎过程,通过耦合VOF-DPM模型,成功获得了雾化过程中的液滴粒径尺寸分布,并通过实验验证仿真结果的准确性。研究结果表明：二流体雾化器中螺距对气相的速度影响较大,高速的气相从出口流出时会形成较大湍流抬升导液管附近液相;不同的喷嘴结构会导致液相延伸的长度和一次破碎完成的时间不同,气相的速度越高二次破碎能产生粒径更小的液滴颗粒;气相速度较低的喷嘴二次破碎过程以液团形式完成二次破碎,气相速度较高的喷嘴则以液带形式完成二次破碎。     

射流泵液固两相流特性三维大涡模拟

为研究射流泵的三维液固两相流动特性,应用计算流体动力学（CFD）方法模拟其内部流动特征.采用LES方法和混合模型对射流泵在输送固体颗粒时的三维流场进行了数值模拟,分析了不同的固体颗粒直径、固相初始体积分数及流量比等参数对射流泵液固两相射流的湍射流场及射流泵基本特性的影响.结果表明：在较小的流量比条件下,固液两相流射流泵的压力比和效率与清水时的差别不大;但是在较大的流量比条件下,随着固相初始体积分数的增大,基本性能曲线与效率均下降,且流量比和固相初始体积分数越大时,其下降幅度越大;在固相初始体积分数和固相颗粒直径一定时,流量比越大,充分混合后的含砂体积分数将随之增大.固体颗粒直径越大,则越容易产生局部体积分布集中的现象,易在射流泵内形成堵塞.研究结果为工程实际应用提供了一定的技术支持.     

静电雾化中圆锥-射流模式的数值模拟

在液体高压静电雾化过程中,如何匹配众多参数得到稳定的均匀液滴是该技术的关键和难点。为此,针对以上问题,建立了均匀液滴喷射过程的流场计算模型,应用FLUENT软件,通过参数的合理匹配,模拟得到圆锥-射流模式下的均匀液滴流和稳定雾场,并对静电雾化过程的流场和雾场的相关特性进行分析。结果表明,在场强很大的区域内,雾滴轴向速度也较大;在接收板附近,外部流动的空气对雾滴产生加速作用,使雾场区域发散。研究结果对静电雾化效果的优化有一定的参考价值。