信息熵在喷雾液滴尺寸分布计算中的应用

将信息熵理论应用于喷雾油束液滴尺寸分布的研究中 ,提出了在两个约束条件下的液滴尺寸分布函数式 ,该式不是依赖于特定试验条件的经验公式 ,与广泛应用的分布函数相比具有许多相似和不同之处 。

Nukiyama-Tanasawa型雾化液滴尺寸分布函数的引申

使用信息论推导Ｎｕｋｉｙａｍ ａ－Ｔａｎａｓａｗ ａ型喷雾液滴尺寸分布函数的具体形式，与实验数据进行比较，并提出了修正分布函数的方法。

湍流搅拌槽中的液滴尺寸分布

基于群体平衡（ＰｏｐｕｌａｔｉｏｎＢａｌａｎｃｅ）概念，从液滴的湍流破碎机理出发，建立了一个描述搅拌槽液液分散体系中的液滴尺寸分布的数学模型。模型参数根据试验结果由Ｍａｒｑｕａｒｄｔ方法确定。通过引入相对分配函数，提高了模型精度，并适用于体积分布密度具有双峰的乳液分散体系。

LPG/柴油混合燃料喷雾液滴尺寸分布的数值模拟

运用最大熵原理和质量守恒定律,推导出混合燃料喷雾液滴尺寸分布函数,建立了柴油和LPG/柴油混合燃料的喷雾液滴尺寸分布模型,对纯柴油、LPG与柴油质量掺混比为30%的L30混合燃料进行了模拟计算,并与试验结果进行了对比分析。结果表明:由于LPG的闪急沸腾效应,LPG/柴油混合燃料的喷雾液滴尺寸分布相对于柴油的尺寸分布向小颗粒方向偏移;计算数据与试验数据拟合很好,柴油中溶入LPG有助于改善雾化质量。

HAN基液体推进剂喷雾场液滴尺寸分布的简化模型

为了建立HAN基液体推进剂喷雾场液滴尺寸分布的简化模型,基于最大熵原理,在质量守恒与概率和为定值的约束条件下,用拉格朗日因子法则推导了液滴尺寸分布函数,将该函数应用于HAN基液体推进剂模拟工质喷雾场液滴尺寸的预估;采用相位多普勒粒子动态分析仪（PDA）测量了HAN基液体推进剂模拟工质在1.8~2.6MPa喷射压力下对撞式喷嘴雾化液滴尺寸分布;通过最小二乘法优化Nukiyama-Tanasawa分布函数式中的q值对数目微分分布进行了修正,拟合得到q值与喷射压力p之间的函数关系为q（p）=-0.344p2＋1.525p＋1.268。结果表明,计算得出的液滴尺寸数目微分分布与HAN基液体推进剂喷雾场实测数据变化趋势相符,表明建立的液滴尺寸分布模型是合理的。

初始液滴尺寸分布对超高压喷雾大涡模拟的影响

分别在100、200 MPa常规喷油压力和300 MPa超高压喷油压力条件下,研究了不同初始液滴尺寸分布对柴油喷雾结构的预测性能.基于OpenFOAM开源平台比较了欧拉-拉格朗日喷雾仿真中常用于计算初始液滴尺寸分布的两种方法——Blob和Rosin-Rammler.结果表明:在300 MPa超高喷油压力下,Blob方法和初始液滴平均尺寸为喷嘴有效直径的Rosin-Rammler函数分布对喷雾贯穿距随时间发展的预测几乎没有影响,而减小液滴平均尺寸使喷雾贯穿距稍微降低.虽然初始液滴尺寸分布对索特平均直径(SMD)影响比较大,但随着喷油压力的提高,影响逐渐减小.超高喷油压力会产生大量直径小于1μm的液滴,初始液滴尺寸分布对该尺寸液滴形成过程的计算有重要影响.

凝结初期固体表面纳米液滴尺寸分布特征

研究凝结初期纳米液滴在固体表面纳米液滴的尺寸分布特征,不仅有助于揭示纳米结构表面凝结换热的微观机理,同时还可为纳米结构表面的设计提供参考依据。借助分子动力学模拟,考察了体系温度、固体表面亲水性对光滑和纳米方柱结构表面纳米液滴尺寸分布特征的影响。结果表明:系统温度升高,表面大液滴比例降低,表面液滴覆盖率下降;表面亲水性增强,表面大液滴比例增加,表面液滴覆盖率增加;纳米结构表面相对光滑表面更易出现小尺寸液滴。

滴状凝结全过程液滴尺寸分布数值模拟

研究液滴在冷凝表面的尺寸分布特征,不仅有助于了解冷凝表面换热机理,同时也为疏水表面的设计提供参考依据。本研究中,借助于液滴生长、合并和脱落全过程的数值模拟方法,研究液滴凝结核密度和液滴脱落尺寸对液滴尺寸分布的影响。模拟中采用热阻模型对液滴生长进行描述,利用链表搜索算法加速液滴聚合及新凝结核确定的搜索过程,再现大液滴脱落和表面清扫过程。模拟结果与实验结果及理论模型吻合良好。模拟结果表明,随着凝结核密度增大,小液滴数密度相对增加,液滴平均半径减少;随着液滴脱离半径减小,液滴尺寸范围减小,液滴尺寸分布整体升高。

基于最大熵原理的喷雾液滴尺寸和速度联合分布函数

应用最大熵原理和动量守恒定律,从理论上建立了喷雾液滴尺寸和速度联合分布函数。应用该方程编制数值计算程序,对纯柴油与质量掺混比为30%(L30)的柴油/液化石油气(LPG)混合燃料的喷雾液滴尺寸和速度联合分布进行了数值计算,比较了两种燃料的雾化特性。比较结果表明:由于L30闪急沸腾效应的影响,其液滴尺寸分布曲线的峰值明显高于柴油的分布曲线峰值,且峰值和曲线整体趋势都向小颗粒方向偏移,说明喷射L30产生的液滴颗粒比柴油颗粒小;L30的速度分布曲线峰值较高,且位于小速度范围,说明小速度液滴所占的比例更大。液滴尺寸与速度(D-u)等高线图表明:液滴颗粒越小,其速度分布范围越广;液滴速度越小,其尺寸分布范围越大。L30液滴尺寸与速度联合分布的收敛速度较快,说明L30喷雾所产生的小颗粒和小速度液滴更加密集,雾化质量更佳。

超疏水表面弹跳凝结液滴尺寸分布模拟

液滴尺寸分布是冷凝换热的关键参数。对超疏水表面上液滴尺寸分布的研究,有助于理解弹跳凝结换热机理,以及优化超疏水表面的结构设计。考虑弹跳冷凝液滴成核、生长、合并和脱落过程,本文对超疏水表面上的液滴弹跳凝结过程进行了数值模拟研究。在本研究的数值模拟方法中,液滴弹跳判据基于实验拟合动能转换系数,从而扩大了模型算法的应用范围。相比于理论模型,本文的数值模拟结果与实验结果更加吻合。结果展示了凝结核初始位置分布与凝结核密度对尺寸分布的影响,以及凝结核密度同液滴平均数密度之间的关系。

雾化液滴尺寸和速度分布函数的推导

为了增强雾化液滴质量和热量的传递,有效预测与评价喷雾质量,应用最大熵原理和动量守恒定律推导出了新的雾化液滴尺寸和速度的概率密度分布函数,包括数目分布函数、数目微分分布函数、体积分布函数、体积微分分布函数与总体积公式。当不考虑速度分布时,推导的喷雾液滴尺寸分布与曹建明先前推导的尺寸分布具有完全相同的形式,其分布函数是Nukiyama-Tanasawa型雾化液滴尺寸分布函数的一种特定形式,推导结果具有普适意义。

湍流分散体系中液滴破碎频率模型的黏性修正

在分析研究分散相黏度对液滴变形和破碎影响的基础上,提出了一个改进的液滴破碎频率模型并拓展了液滴破碎判据标准.同时通过MonteCarlo模拟的随机方法,得到了湍流搅拌槽中液-液分散体系的液滴直径分布和Sauter平均直径d32.通过与文献中关于d32的实验结果比较发现,该模型预测的Sauter平均直径更接近实验值,对于黏性分散相改进的液滴破碎频率模型要优于Coulaloglou和Tavlarides提出的模型.计算结果表明对于黏性分散相液滴,其黏度限制了液滴变形,使得液滴破碎频率被大大减少,液滴直径明显增加,液滴直径分布向右偏移.

液滴在液液接触塔中的前混返流模型

为了描述液液接触塔中流体，特别是分散相的非理想流动，考虑了塔中分散相液滴直径分布及其本身的返混，提出了文题模型。实验结果表明，用该模型计算所得的停留时间分布曲线与实测曲线相符；该模型与液滴传质理论结合，可以较准确地预测塔的传质单元数。

不同环境背压和环境温度下的液氨喷雾微观特性

为以液氨为内燃机燃料来实现低碳化和零碳化,实验研究了液氨喷雾的微观雾化特性。采用激光粒径微观成像(PDIA)方法,使用单孔喷油器,在低喷射压力(1 MPa)、环境背压100、200、400、600 kPa、环境温度293、313、333 K下,进行喷雾实验。获得了液滴概率密度分布函数(PDF)、累计体积分布函数(CDF)、Sault平均直径(SMD)和液滴数量密度等微观参数。结果表明:液氨喷雾在低环境背压下雾化效果好,喷雾中小液滴数量多,SMD较小,增大环境背压,喷雾概率密度分布和累计体积分布曲线向大粒径方向移动,大液滴数量增加,液滴数量密度减小;液氨液滴概率密度分布、累计体积分布和SMD几乎不会随环境温度的变化而变化,但增加环境温度可以增强液氨喷雾的蒸发,环境温度高的时候液氨喷雾蒸发增强。

液体工质喷雾特性的测量与分析

借助粒子动态分析仪PDA系统,开展了HAN基液体推进剂模拟工质喷雾特性的试验研究,分别观测了单孔圆柱形射流和双孔对撞射流在大气中的雾化特性,研究了喷射压力、喷孔直径及喷射模式对雾化性能的影响,定量测试了喷雾场轴向、径向雾化液滴的索特平均直径D32和液滴速度v.结果表明,对撞射流与单股圆柱形射流相比,在喷雾场中下游空间里雾化液滴均匀度较高,液滴D32和速度v易达到稳定.

冻细雨分布匹配的量化评估方法

为实现过冷大水滴(Supercooled large droplet,SLD)结冰条件中冻细雨结冰条件的精细化匹配,本文通过分析美国联邦航空管理局颁布的14CFR25附录O中给出的冻细雨液滴尺寸分布,提出了冻细雨分布匹配的量化评估方法。该评估方法引入标准化质量分数概念,计算测量值与冻细雨液滴尺寸分布之间的匹配偏差因子,采用Rosin-Rammler分布函数构建最优匹配累积分布函数,以此作为匹配偏差最小阈值,量化评估液滴尺寸匹配程度。基于新型喷雾测试平台和自研的空气辅助雾化喷嘴Model 1和Model 2,采用该方法对冻细雨条件开展匹配和评估研究。研究结果表明:针对冻细雨(水滴中值体积直径(Median volumetric diameter,MVD)<40μm)条件,液滴尺寸分布匹配偏差最小阈值F_(c)=11.82%,Model 1+Model 1和Model 1+Model 2组合匹配偏差因子F分别为24.08%和22.02%,匹配程度均评价为“中等(Fair)”。针对冻细雨(MVD>40μm)条件,液滴尺寸分布匹配偏差最小阈值F_(c)=3.76%,Model 1+Model 1和Model 1+Model 2组合匹配偏差因子F分别为22.78%和14.89%,其中Model 1+Model 1组合匹配程度评价为“中等(Fair)”,而Model 1+Model 2组合匹配程度评价为“良(Good)”。

不溶液-液分散在搅拌槽内的CFD模拟

液滴平均尺寸和液滴尺寸分布是描述不溶液-液分散程度的2个重要参数,决定着两相接触面积的大小,进而决定着相间的传质、传热和化学反应速率。利用CFD方法详细研究了水-油两相在搅拌槽内的分散过程,发现叶轮转速、分散相体积分数和连续相黏度对分散效果有显著影响。当两相组成一定时,增大叶轮转速和连续相黏度均有利于两相的分散。在一定范围内,液滴平均直径与叶轮转速、分散相体积分数均为对数线性关系,相关系数高达0.999。基于个数的液滴尺寸分布在不同转速和连续相黏度条件下出现了双峰分布,而基于体积的液滴尺寸分布则始终为单峰分布。

液-液旋流反应器内混合特性CFD-PBM数值模拟

基于离子液体烷基化工艺特点,提出一种液-液旋流反应器,利用旋流反应器的特殊结构实现反应及产物初级分离过程的一体化,提高产量的同时可降低副反应的发生。利用CFD-PBM耦合模型,对无反应条件下旋流反应器反应腔内分散相液滴尺寸分布及两相相接触界面面积进行研究,研究了操作参数(入口总流量、进料比、溢流比)对反应腔内分散相液滴尺寸分布和相接触界面面积的影响。结果表明,入口总流量的增加导致分散相液滴所受剪切力增大,增大了分散相液滴破碎概率,相接触界面面积随之增大。此外,进料比主要影响分散相液滴之间的接触及聚并概率,而溢流比的影响则主要体现在反应腔内有效混合区域的大小上。

醇类-生物柴油混合燃料喷雾特性的试验

利用高速摄影和粒子图像分析技术(PDIA)研究了生物柴油、B 20(80%,生物柴油和20%,正丁醇)、P 20(80%,生物柴油和20%,正丙醇)和E 20(80%,生物柴油和20%,乙醇)的喷雾宏观和微观特性,主要对喷雾贯穿距离、喷雾锥角、索特平均直径(SMD)和液滴尺寸分布等喷雾特性参数进行了分析.结果表明:生物柴油、B 20、P 20和E 20的喷雾贯穿距离依次减小,平均锥角依次增大.随喷射压力和环境压力的增加,燃料的影响逐渐削弱,喷雾贯穿距离和锥角主要受喷射压力和环境压力的影响.喷射压力的升高使生物柴油和醇类-生物柴油混合燃料的SMD减小,小粒径液滴所占的比例有所上升.喷射压力为80,MPa、环境压力为1,MPa时,轴向距离为50,mm处,醇类-生物柴油混合燃料相对生物柴油SMD平均减小1.6,μm(5.7%,),不同醇类-生物柴油混合燃料间SMD也依次减小,但幅度略小.醇类与生物柴油掺混可以提高喷雾质量.

Q型静态混合器内液滴群分散特性

静态混合器因具有结构紧凑、强化性能优异和连续性生产等优点被广泛应用于过程工业中,但Q型静态混合器(QSM)内多相流分散混合强化机理不完善制约了其在精细化工和原料药绿色生产中的应用。采用计算流体力学(CFD)耦合群体平衡方程对QSM内相含率α≤5%时液滴分散特性进行数值模拟,分析液液界面张力、动力黏度和相含率对液滴群d_(32)的分散行为的影响。标准旋流静态混合器内的d_(32)数值预测结果与实验结果有良好的一致性。模拟结果表明,在z/l=11.5处不同分散相d_(32)减小73%~96%,RL-90-QSM对不同物性介质的分散混合具有高效性和普适性;在高雷诺数和低相含率下,不同分散相流过z/l=0~2时d_(32)破碎速率最大,在z/l=2.5处d_(32)减小51%~90%,d_(32)随混合时间的增加逐渐减小且在z/l=10后趋于稳定;界面张力对混合结果的影响大于动力黏度。