轴流泵式混合室内水力学特征的数值模拟

混合澄清槽是重要的萃取分离设备,采用计算流体力学(CFD)方法研究了一种新型轴流泵式混合澄清槽内流体流动与剪切力,确定了搅拌桨型对混合室内的平均剪切速率、剪切速率空间分布、剪切速率概率分布的影响,结果表明:与传统泵轮式混合室相比,轴流泵式混合室内锥形泵及双桨叶的搭配可以大幅提高混合室的抽吸力与剪切力,搭配六叶半闭式涡轮桨后抽吸力可提升87%,混合室平均剪切速率提升90%,同时轴流泵式混合室内剪切力的分布更加均匀。

喷嘴距及混合室喉部长度对喷射器性能综合影响研究

在实际环境条件下,采用变几何喷射器是提高喷射器性能的重要途径。基于喷嘴距可调式的喷射器实验测试平台,采用实验和数值分析相结合的方法,研究不同无量纲混合室喉部长度下,无量纲喷嘴距对喷射器的性能及不可逆性影响。结果表明:在测试范围内,喷射器的临界喷射系数随着喷嘴距的增加先增加后减小,当达到最佳无量纲喷嘴距5.83时,临界喷射系数达到最大值0.45,合理的喷嘴距应避免激波链出现在混合室收缩段;喷射器的临界冷凝压力随喷嘴距的增加逐渐下降,当无量纲混合室喉部长度为4时,其临界冷凝压力下降7.36%,下降速度最慢,原因是较大的射流冲量提高了扩压室的压力恢复能力,使流体动能衰减速度有所减缓;当无量纲混合室喉部长度为4,无量纲喷嘴距为5.83时,热力学完善度达到最大值0.21;由喷嘴距引起的喷射器熵产主要来源于两股入口流在混合室收敛段的混合和第二冲击波向扩压室出口的移动,提高扩压室的压力恢复能力能有效避免熵产的急剧增加。研究结果对喷射器的结构及综合性能进行多目标优化,以减小喷射器不可逆性提供重要参考。

两相CO_(2)喷射器混合室直径优化与模拟分析

混合室直径对两相喷射器的性能影响显著。结合湍流射流理论,本文提出两相喷射器混合室直径的射流分析设计方法:当混合射流的流量增至喷射器的目标总流量时,射流外边界的直径即为最优混合室直径。根据该方法优化某型号CO_(2)喷射器的混合室直径,引射比为0.5时的最优直径为2.4 mm。利用数值模拟研究混合室直径对CO_(2)喷射器性能的影响,结果表明:在相同条件下,混合室最优直径为2.2 mm。当混合室直径为2.4 mm时,喷射器压升为0.9 MPa,相比优化前提高了57.9%。结合射流理论,拟合了无量纲最优混合室直径的关联式。当引射比为0.4~0.8时,无量纲最优直径为1.7~2.1。关联式的预测结果与CFD模拟结果相差-6%~10%,可用于工程上预估最优混合室直径。

圆柱形及圆锥形混合室气体喷射器的适用参数区探讨

分别以水、氨、R290、R22、R134a为工质,计算分析了在不同膨胀比压缩比条件下圆柱形及圆锥形混合室两种结构喷射器的喷射系数,并定义了等喷射系数压缩比、等喷射系数参数线和参数区。膨胀比恒定,压缩比小于等喷射系数压缩比时,圆柱形混合室的喷射系数较圆锥形的大;压缩比大于等喷射系数压缩比时,圆锥形混合室喷射系数较圆柱形的大。由等喷射系数参数线知,随膨胀比增大,等喷射系数压缩比减小。在等喷射系数参数区内,两种结构喷射器效率相当;在等喷射系数参数区左边,宜使用圆柱形混合室;在等喷射系数参数区右边,宜使用圆锥形混合室。绝热指数对等喷射系数参数区的分布具有决定作用。

引射器混合室优化技术初步研究

混合室优化设计对超声速引射器引射性能的提高具有非常重要的作用。介绍了常温空气介质情况下引射器混合室不同设计参数试验件的数值模拟和实验研究结果;针对单喷嘴和多喷嘴引射器混合室收缩段长度、平直段长度及平直段截面直径等参数对引射器性能的影响作了对比分析。初步研究表明:多喷嘴引射器引射性能优于单喷嘴引射器,但多喷嘴引射器启动性能低于单喷嘴引射器;在引射器能正常启动的前提下,平直段直径越小,引射器性能更优;收缩段长度主要影响主、被动气流的混合效果,平直段长度主要影响引射器的启动性能,因此对混合室收缩段和平直段长度尺寸的设计需要根据引射器型式(单喷嘴或多喷嘴)合理确定。

混合室直径对带喷射器的跨临界CO_2热泵性能影响

通过在跨临界CO_2系统中引入喷射器是回收系统节流损失的有效手段。实验研究了混合室直径分别为1.2、1.4、1.6 mm时,对带喷射器的跨临界CO_2热泵整体性能以及喷射器自身性能的影响。整个实验中热水进口温度、蒸发温度不变,热水出口温度作为比较基准,在实验中为变量。结果表明,混合室直径对压缩机排气温度影响较小,而其对压缩机排气压力影响较大,当混合室直径为1.6 mm时,压缩机排气压力最小;当混合室直径为1.6 mm时,系统制热系数最高。

脉冲爆震燃烧器混合室研究

利用CFD程序分别对切向、轴向和径向供气方式的混合室中油、气的混合特性进行了三维数值模拟。切向进气有助于油气的充分混合,但是油、气分布不均;轴向进气时油、气分布比较均匀,但是油气的混合不够充分;而径向进气的油气分布、混合程度介于切向与轴向进气之间,能耗较大。设计了四种混合室结构,进行了基于两相无阀脉冲爆震燃烧器(PDC)的热态试验研究,找到了利于点火、起爆迅速的混合室结构。

基于实际气体的圆柱形混合室喷射器设计及优化方法

从热力学过程出发,通过引入单相及两相流声速计算模型,提出了基于实际气体的圆柱形混合室喷射器设计方法。用该方法计算出的喷射系数能与实验值较好吻合,误差在±17%内。新设计方法预测出必定存在一个使喷射系数设计值最大的最优混合室出口压力,为方便且快速确定该最优混合室出口压力与喷射器设计工况的关系,引入了最优扩压室升压比倒数。分别计算了水蒸气、氨、R290、R134a和R22圆柱形混合室喷射器常见工况下最优扩压室升压比倒数与膨胀比、压缩比的关系曲线,进而拟合出最优扩压室升压比倒数与膨胀比、压缩比的关系式。在喷射器设计过程中利用这些关系式可迅速算出最优扩压室升压比倒数,从而确定最优混合室出口压力,设计出高效喷射器。

放大准则对混合澄清槽混合室中混合时间和流动特性的影响

工业混合澄清槽混合室的放大设计多基于操作经验,缺乏理论基础。基于几何相似放大,采用计算流体力学(CFD)方法,针对间歇操作的单相体系,对4种不同放大准则下混合室内混合时间和流场特性的变化规律进行研究。结果显示,混合时间的计算值与测量位置有关,但随转速的增加受测量位置的影响减小;充分湍流条件下,本研究体系的功率准数趋于常数NP=1.3,且几何相似放大可以保证混合室中轴向流动的流型特征;等桨叶端面速度和等Reynolds数准则下,所需混合时间长,且抽吸压头小;等循环时间准则下,可以得到与基准混合室相同的混合时间和较高的抽吸压头,但单位体积功耗急剧增加到基准槽的24倍;等单位体积功耗准则下,在满足具有较低的混合时间和较高的抽吸压头的同时还保证了较低的单位体积功耗,优于其他3种放大准则。

流浆箱混合室的设计探讨

混合室在流浆箱中起着均匀浆流、稳定压力的重要作用 ,而混合室的长度是混合室设计中的重要参数。本文探讨了混合室的作用机理 ,对混合室中浆料的流动过程进行分析 ,求得射流组初始段长度 ,得出混合室的长度必须大于射流组初始段长度 。

基于CFD的新型布浆器混合室结构

为了进一步改善新型布浆器的布浆性能,设计了单腔式混合室(混合室Ⅰ)、以两组支管为单位的多腔式混合室(混合室Ⅱ)及以单组支管为单位的多腔式混合室(混合室Ⅲ),采用计算流体力学(CFD)方法对混合室内的流动特性进行了模拟。结果表明,单腔混合室内,由于平行射流组各股射流间的强烈干涉作用,导致各股射流向混合室中部聚集,造成出口处质量流量分布呈现中间明显高于两侧的状态。在多腔混合室Ⅱ内,每个混合腔内有两组射流,保证了浆料的良好混合,避免了射流在中部聚集的现象。在多腔混合室Ⅲ内,由于每个混合腔内只有一组支管射流,实现了互补混合过程,混合效果明显好于混合室Ⅰ和混合室Ⅱ。从质量流量分布看,混合室Ⅲ的分布曲线比混合室Ⅰ和混合室Ⅱ的更平缓,其最大偏差仅为0.254%,明显小于混合室Ⅰ的0.538%和混合室Ⅱ的0.294%,更接近于理论混合平均值和期望值。

渐缩型混合室引射式低压加热器的特性分析

将常规引射式低压加热器的圆柱形混合室改为渐缩型混合室,研发了一种新的渐缩型混合室引射式低压加热器,通过理论计算分析了进口参数和喉部直径对该装置加热和升压性能的影响,并将出口水温与试验结果进行了比较.结果表明:在蒸汽压力不变时,增大入水压力,加热器出口温度下降,出口压力升高,并均呈减缓趋势;当入水参数不变时,增大蒸汽压力,加热器引射系数增大,出口温度升高,但蒸汽流量对出口压力影响不大;增大混合室喉部面积可以降低出口压力,有利于提高加热器变工况运行下加热性能和实际运行的稳定性.

潜室对稀土萃取槽混合室流场特性影响的模拟分析

采用计算流体力学的方法,研究四种潜室结构对混合室混合效果的影响,利用利用湍流模型与Mixture多相流模型耦合,多重参考系法处理搅拌桨叶附近的旋转区域,对混合室液-液两相混合进行数值模拟。结果表明:隔板式混合室入料口物料流量最小,管式混合室的口流量最大;搅拌桨周围负压由大到小依次是无隔板式、管式、V字式和隔板式;综合抽吸流速和功率损耗两方面,管式结构最佳。

液-液气引射器混合室最佳长度仿真研究

研究了应用于液-液气两相流引射器的特性,建立了引射器气液两相湍流流动的数学模型,进行了以液体为工作流体,同时抽吸气、液两相介质的二维全流段数值仿真。重点研究了不同混合室长度对引射器性能的影响,结果表明,当混合室长度lH=6d3(混合室直径)时,气液两相流体混合较为均匀且沿程损失较小,还可满足经济性要求,因此lH=6d3为最佳混合室长度尺寸,此时引射器中的流体具有明显的射流特征。

聚脲喷枪混合室的设计和FLUENT仿真分析

为提高聚脲喷涂喷枪的混合效果,基于撞击流理论设计了一种新型聚脲喷涂喷枪的混合室。混合室采用两级撞击混合,分别采用两组T型和两组Y型对撞混合形式。利用SolidWorks设计混合室的结构模型后,利用FLUENT软件,采用冷、热水在混合室内撞击混合、对流传热的方法进行仿真模拟,并且计算了流体在混合室内的微观混合时间。结果表明:合理增加撞击流混合室的混合级数和采用多组T型、Y型对撞混合形式可增益混合效果;撞击流混合室的主要混合区是在撞击区;流体在喷枪内停留的总时间约为5.71 ms,满足具有反应迅速这一特性的材料的混合要求;微观混合时间小于1 ms,混合效果优异。

真空发生器混合室直径参数的研究

目前,真空发生器已普遍应用。真空发生器中混合室的直径发生变化,会对真空发生器性能产生影响。分析了混合室直径对喷射因数的影响,得到不同混合室直径下的速度和压力分布情况,同时研究了混合室直径与背压的关系。通过研究确认,存在一个合适的混合室直径值,使真空发生器处于第二极限状态,而混合室直径越小,真空发生器的升压能力越强,可达背压和临界背压越大。

脉动燃烧器混合室进气特性数值模拟研究

在脉动燃烧器中,混合室是连接化油器与燃烧室的组件。洁净的空气和汽油在混合室内混合形成可燃混合气进入燃烧室内,混合室夹角的变化会使得脉动燃烧的进气特性改变,从而影响脉动燃烧蒸汽发生装置的工作性能。现对脉动燃烧器的混合室进行三维建模,利用Fluent模块进行数值分析,研究混合室夹角的变化对脉动燃烧器进气特性的影响。结果表明,随着混合室夹角的增大,混合室内气体的流动性和均匀性减弱;混合室夹角对脉动发动机的燃烧稳定性、尾气排放有着重要的影响。

双混合室萃取箱研究──Ⅰ：连续相停留时间分布

本文用数学模型方法，以煤油／水体系。研究了双混合室萃取箱连续相停留时间分布规律．研究结果对于操作参数的优化，混合室设计、放大都具有指导意义．

混合室结构对脉冲爆轰发动机工作过程影响的试验研究

为了改善两相脉冲爆轰发动机内燃油雾化混合效果,通过试验研究了文氏管、挡板、掺混器、文氏管和挡板组合、文氏管和掺混器组合这五种不同的混合室结构对管内雾化混合和燃烧转爆轰过程的影响。试验结果表明:两种组合型混合室结构的雾化混合效果优于其他三种混合室结构。文氏管和挡板组合虽然雾化效果稍弱于文氏管和掺混器组合,但是径向液滴分布上更为合理;低频时,安装文氏管和挡板平均压力峰值最高能达到4.4MPa;高频时,安装文氏管和掺混器工作频率最高能达到32Hz;在试验范围内,改善混合室结构,形成雾化效果好和分布合理的可爆混合物有利于提高脉冲爆轰发动机的工作频率。

基于互补式布浆的混合室内浆料流动特性

为了研究互补式布浆方式下混合室内的流动特性,分析了互补式布浆方法及混合室的结构设计,采用计算流体动力学(CFD)的方法,研究了混合室内浆料流动特性,分析了支管束横排和纵排支管间的混合效应,并对经混合室混合后的布浆效果进行了实验验证。结果表明,进入混合室的平行排管射流是一种相同直径不同流量的射流流动,从支管束横排来看,各支管射流间产生了较强的卷吸和干涉作用,使射流向中间位置偏转和集中,导致在混合室中间位置处流量较大,两边流量略小。上下对应支管间射流在混合室内也形成了强烈的卷吸、干涉,使两股不等量的射流在混合室内完成互补混合和平均。实验结果与计算结果相吻合,最大偏差仅为0.538%,优于采用单侧进浆的浆料分布,表明互补式布浆方法依靠混合室的掺混作用能够很好地实现浆料均布。