受限气固两相射流的实验研究和数值模拟

采用PV4A颗粒测速仪测量受限气固两相射流流场中固体颗粒的速度和浓度并运用CFD软件对颗粒相进行数值模拟,模拟和实验结果基本吻合。结果表明,颗粒轴线速度衰减存在一个峰值而轴线相对浓度在起始段急剧衰减然后趋于平缓;颗粒因为湍流扩散在炉壁上有富集现象,并且相对于小粒径颗粒,大颗粒在壁面富集现象更明显。实验结果对粉煤气流床气化炉的工业应用有重要的参考意义。

基于CFD的气液两相射流引射器设计模拟研究

文章采用Fluent模拟软件对气液两相引射器的最优尺寸进行了数值模拟研究，并分析了引射压力和出口背压对引射器工况的影响。研究结果表明：引射器内射流喷嘴直径受流场发育情况、压力特性曲线和气相体积浓度等因素的影响和制约，综合考虑这四种因素，确定了喷嘴直径范围为16～20mm；当引射压力一定时，随着出口背压的增大，气相流量、气相浓度和出口流速均逐渐减小；当出口背压一定时，射流气相浓度随引射压力的增大呈逐渐上升趋势。

喷嘴内液固两相射流流场的数值模拟

基于连续介质理论,考虑了液固两相间的相互作用,给出了喷嘴流道内液固两相射流的控制方程,利用标准的k-ε两方程模型对磨料射流喷嘴内流场进行了数值模拟研究,并对模型中的主要参数进行了优选。研究结果表明,水与磨料颗粒之间存在速度滑移,在相间力的作用下磨料颗粒一直作加速运动,颗粒速度逐渐趋向水的速度;进入喷嘴收缩段后,水与磨料颗粒同时得到加速,但由于惯性力的作用,达到相同速度磨料颗粒的加速过程要长;进入直柱段后,液相速度继续增加至最大速度,此后缓慢降低,而磨料颗粒在整个直柱段内一直加速,液固两相的速度差逐渐减小,直至从喷嘴喷出;喷嘴出口处液固两相的速度剖面近似为抛物线形,在喷嘴截面中心处速度最大,沿径向逐渐减小,离壁面越近,速度降低的幅度越明显。与前人的研究结果对比发现,模拟所得的结果是正确的。

带有侧边风的气固两相射流混合特性的实验研究

带有侧边风的燃烧器在电厂锅炉中得到广泛应用,侧边风往往布置在一次风射流的背火侧,可以起到防止水冷壁结渣和高温腐蚀的作用。该文通过气固两相模化实验,采用基于光学波动法的激光光纤探针对带有侧边风的燃烧器出口射流的混合特性进行了试验研究,获得了带有侧边风的气固两相射流沿程各截面固相浓度分布规律以及侧边射流的混合特性,试验结果对深入了解气固两相射流的发展规律、平行射流的混合特性以及电厂锅炉燃烧器的设计有指导意义。

入流滑移条件对两相射流特性影响的大涡模拟研究

研究了入流滑移条件对空间发展的气粒两相平面湍射流的非定常流动特性的影响。以 Re数 130 0 0的平面不可压缩湍射流流动为例 ,气相场用 Euler方法求解 ,通过大涡模拟 ( large- eddy simulation,L ES) ,直接求解大尺度涡运动的 Navier- Stokes方程 ,小尺度涡用标准 Smagorinsky亚格子模式模拟。颗粒相的运动用 L agrangian方法直接求解。在不同入流滑移条件下 ( Up0 / U0 =α) :α=1,两相无滑移 ;α=0 .5 ,中等滑移情况 ;α=0 ,颗粒相以静止状态进入射流 ,分别求解了 5种尺度 ,共 2 5× 10 4个颗粒的运动方程。结果表明 :对于 Stokes数远小于 1或量级在 O( 1)附近的颗粒 ,颗粒与气相拟序结构的相互作用行为对入流滑移条件的变化不敏感。但是 Stokes数显著大于 1的颗粒 。

冷喷涂制备功能涂层工艺中两相射流数值模拟研究

在材料表面改性新技术——冷喷涂工艺中，喷嘴出口射流流场的特性对喷涂介质参数、涂层性质有重要影响．为此通过适当的工程简化，以不同材料、直径的固体颗粒，对圆喷嘴超音速流场进行了两相射流流场的数值模拟计算，得到了流场的压力和速度分布．结果表明：大密度颗粒与大直径颗粒受流场影响趋势相同；材料密度较大时，颗粒直径应相对取小，材料密度较小时，颗粒直径应相对取大些，喷涂效果最佳；若喷涂气体为空气时，最佳颗粒直径应在1～10μm．

脉冲气液两相射流雾化的数值模拟和试验研究

以内径70 mm的脉冲气压喷雾水枪为例,通过Fluent软件采用两相流大涡模拟方法对工况进行分析,并将结果与实验进行比较,验证了数值模拟的可靠性。

气液两相射流表面清洗流场数值模拟

为了研究节能高效的油管表面清洗技术,基于计算流体力学方法,应用Fluent软件建立气液两相射流清洗三维物理模型,模拟研究气液两相射流速度场和压力场特性,分析喷嘴锥度、气体体积分数、喷射速度和喷距等射流参数对清洗效果的影响规律。研究结果表明:当气体体积分数为7.4%、喷嘴喷射速度为265 m/s时,两相射流速度较纯水射流提高14.2%,气泡通过喷嘴瞬时的射流速度较纯水射流提高221%。气液两相射流经过喷嘴速度迅速增大到最大值,并出现“等速核”形状,从等速核逐渐向外扩展,速度逐渐减低。两相射流从喷嘴喷出后,射流压力逐渐降低,压能逐渐转换为动能,在距离壁面约1/7喷距处,压力开始以球形向内逐渐增大,在壁面驻点处达到极大值;随喷嘴收缩段锥度增加,射流最大速度逐渐增大,收缩段锥度为3.5时,等速核最长;随着气体体积分数增加,最大射流速度逐渐增大,气体体积分数大于7.4%时,等速核长度基本不变;随喷射速度增大,流场内最大速度和等速核长度不断增加,射流冲击能量更高;随喷距增大,射流冲击壁面的压力逐渐减小,喷距小于5倍喷嘴直径时,冲击效果较好。气液两相射流比纯水射流的清洗作用面积提高24.7%,清洗效率更高。

警用脉冲防暴水炮气液两相射流的数值研究

为优化装备设计,奠定气液射流雾化研究的基础,对脉冲防暴水炮气液两相射流进行了实验研究。采用4种模拟方案对实验工况进行数值模拟,得到大涡模拟方法耦合二维非稳态隐式的VOF方法可以对高速气液两相射流进行较好的描述,所得结果与实验结果吻合较好。展开变动力参数和结构参数的数值模拟,结果表明:初始压力和初始水量对水炮性能影响较为明显,较短的炮管长度可以促进射流雾化,较长的炮管长度可以增加最大有效射程。

基于Fluent的油气两相射流仿真分析

基于两相流基本理论,建立了三种不同出口直径的圆柱形喷嘴模型,通过Fluent流体分析软件对喷嘴环状两相射流进行了仿真计算。分析仿真结果得出了喷嘴油气两相速度分布,并结合油气润滑条件下滚动轴承对油气两项速度的要求,比较仿真结果得出文中模型条件下,喷嘴出口直径在2mm附近时,射流油滴连续,速度适中,能够较好的满足润滑条件,为油气润滑系统中喷嘴的选择和优化提供了依据。

高浓度气固两相射流的稳定性研究

针对高浓度气固两相射流，本文采用连续介质耦合模型，借助势流理论，推得两相射流场的稳定性控制方程．通过数值计算，得到了不同固粒容积系数和等效斯托克斯数下气固两相射流的频率曲线．在分析计算所得频率曲线的基础上，得到了关于固粒不同属性对射流场稳定性影响的结论。

淹没两相射流过程噪声特性数值模拟

船舶液舱吹除排水是淹没两相射流过程,由于直接向舷外排气,会产生较高的射流噪声,难以通过一般的减振隔振措施进行抑制。深入分析船舶通海系统淹没两相射流过程的噪声特性,有助于控制淹没射流噪声,提高舰船的战斗力和生命力,具有重大的军事意义。本文借助FLUENT仿真软件,采用大涡模拟和FW-H方程对淹没两相射流过程的射流流场和噪声,进行了流场分析和噪声定量计算。计算结果表明,淹没两相射流过程噪声主要受吹除压力和背压的压差影响,压差越大,射流噪声越大;液舱排空后,直接喷射排气产生的射流噪声显著升高;频谱图呈现低频特性,频率主要分布在1500 Hz以内。

底火两相射流在传火管内传播过程的一维模型及数值模拟

底火射流在传火管内的传播过程是中心传火管及传火装药设计的主要依据。建立了底火药剂燃烧模型以及底火射流在传火管内传播的一维两相流模型,在使用四阶龙格-库塔法求解底火药剂的击发和燃烧过程的基础上,采用两步分量型CTVD格式对底火两相射流在传火管内的传播过程进行数值求解。得到了传火管内不同位置上射流的压力、两相速度以及空隙率等参量的变化规律。结果表明,底火射流在传火管内传播时,头部存在较强的压力波,气相速度大于固相速度;当压力波在端面反射并作用在后续固相颗粒时,造成颗粒的加速燃烧;当射流中的颗粒运动到右边界后,颗粒的堆积燃烧造成了反向的压力梯度,传火管内气相出现较大反向运动速度。

气液两相射流破岩流场数值模拟

为解决传统水射流破岩资源消耗巨大的问题,急需研究出一种高效节能的射流破岩技术,以达到节能减排、绿色可持续发展的目的。基于计算流体力学方法,在水射流的基础上加入定量气相,形成气液两相射流,并对其进行数值仿真,研究了气液两相射流的速度场、压力场特性,分析了气相体积分数、入射压力和喷距对气液两相射流破岩性能参数的影响规律。研究结果显示:气相体积分数为30%的气液两相射流的最大轴向速度为288 m/s,相比纯水射流提升超过19%。当射流从喷嘴喷出,高压的气泡溃灭会形成高速溃灭微射流,提高射流速度和射流冲击力。随气相体积分数增加,射流最大轴向速度不断增加,而驻点压力略有下降。随入射压力增加时,射流最大轴向速度呈上升趋势,但增幅逐渐变缓。当喷距增加到35 mm时,射流中的大部分气泡在靶面附近发生溃灭,对靶面产生脉动冲击,使驻点压力回升到26 MPa,此时驻点压力高,射流扩散较小,射流破岩性能良好。

爆炸物销毁器气液两相射流的数值模拟分析

为优化装备设计,对爆炸物销毁器气液两相射流进行了实验研究。采用模拟方案对实验工况进行数值模拟,得到大涡模拟方法耦合二维非稳态隐式的VOF方法,可以对高速气液两相射流进行很好的描述,所得结果与实验结果吻合较好。对变运动参数和结果参数进行数值模拟,得到比较可靠的实验数据,对装备的优化设计有一定的促进作用。

两相射流促进细水雾灭火技术发展

压缩气体射流与水射流混合后所产生的气-水两相射流,可获得连续、高速喷射的细水雾,水滴粒径小,穿入火焰的能力强,可沿水平方向射入火焰中,比喷淋方式水雾灭火可节省90%的用水量,缩短了灭火时间,发挥了细水雾的灭火优势,是细水雾灭火技术的最新发展。所制成的便携式、车载式、固定式的两相射流细水雾灭火装置,可扑灭多种类型的火灾,尤其适合用于扑灭有人存在的空间的火灾。以涡喷发动机为喷射动力的气-水两相射流喷射系统,制成了超大功率的喷射雾状水的消防装备,大幅度提高了控制油、气大火火势的能力和灭火效率。气-水两相射流还有稀释、吹散泄漏出的可燃性气体,防止其点燃的功能,适合于在天然气和有毒有害气体泄漏事故抢险救援中使用。将压缩气体和泡沫液按比例混和后喷射的压缩空气泡沫喷射系统,产生了喷射“干泡沫”的消防车,使灭火用水的利用率提高了8倍,被称为是世界最先进的泡沫灭火技术。气-水两相射流促进了灭火技术革命性的发展,新型的气-水两相射流消防装备不断涌现,展示出了广阔的应用前景。

高压气液两相射流冲击破煤特性

目前,水力割缝技术已经成为治理煤矿瓦斯灾害,实现煤层卸压增透的主要手段之一.高压气液两相射流作为一种新型高效的多介质强力射流,在冲蚀破岩性能上优于传统单介质射流.为了提高高压气液两相射流的破煤性能和卸压增透效果,通过改变高压气液两相射流的含气率、射流压力、冲击靶距以及喷嘴直径等基本参数,并结合超声波系统,探究了关键参数对两相射流冲击破煤的影响.结果表明:高压气液两相射流的冲击侵蚀破煤比传统纯水射流效果更显著,并且当含气率F_(a)=30%,射流压力P_(w)=10 MPa,冲击靶距D_(s)=300 mm,喷嘴直径D_(n)=3.5 mm时,气液两相射流冲击破煤的效果更好.试验研究结果对于含气率、射流压力、冲击靶距及喷嘴直径等关键参数的选择提供了合理的参考,有效地提高了高压气液两相射流冲击破煤的效果.

两相射流直接接触凝结界面传输特性的分子动力学模拟

气液两相射流直接接触凝结广泛存在于自然界和工程应用中,其界面传输特性的预测一直是研究的重点与难点。本文采用分子动力学(MD)模拟技术,建立了两侧具有较大温差和压差的气液两相界面,对两相射流直接接触凝结的界面传输特性进行了研究,验证了Schrage公式的适用性。研究结果表明直接接触凝结发生时界面附近的温度各向异性对凝结速率的影响不大,考虑了蒸发系数与凝结系数差距的Schrage修正式能更好的预测直接接触凝结速率。

气液两相旋喷射流流场特征及其影响因素研究

为揭示不同因素对带气环旋喷射流流动特征的影响规律,基于Mixture多相流模型和RNG k-ε湍流方程,对不同喷嘴结构参数和关键工作参数工况下气液两相旋喷射流流场进行了数值模拟,分析了射流轴心速度及射流冲击靶体作用压力的分布特征。结果表明:当喷嘴出口直径为2.5 mm、收敛角为20°时,射流收敛性好且速度衰减慢,对靶体冲击作用压力最大,射流压力30 MPa时在0.6 m处冲击靶体压力达到最大值(27 MPa)。射流轴心速度与冲击靶体作用压力均随射流压力的增加而增加,但射流压力过大时射流发展后期波动剧烈;高速气环能抑制射流能量衰减,使射流核心段长度随气体速度增大而增加,但气体速度过大时射流冲击性能提升反而不明显。研究结果可为旋喷作业的喷嘴结构优化和工艺参数选取提供参考。

分离涡方法模拟浓淡气固射流两相非稳态流动特性研究

利用分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES)这一新型湍流模拟技术对撞击式浓淡燃烧器内部和出口射流的气固两相流动结构进行了模拟,获得了浓淡燃烧器出口射流的旋涡拟序结构,模拟了射流出口旋涡生成、发展和脱落的规律。对于颗粒场,应用了Lagrangian方法跟踪颗粒运动,获得了浓淡燃烧器出口射流中不同Stokes数颗粒在射流流场旋涡拟序结构作用下的运动扩散规律。结果表明,射流外边界处的大涡是引起浓淡侧小颗粒相互混合的主要因素,而煤粉气流中Stokes数大于1的颗粒在射流中基本不会发生浓淡混合现象,燃烧器下游的浓淡分离效果可以在较长的距离内得到保持。