氨气射流卷吸特性的数值仿真

基于Ansys Fluent软件进行三维数值仿真,研究了氨气射流贯穿距特性及卷吸特性,分析了射流形成的亚膨胀区结构及涡流特点,并利用控制截面法对氨气射流的卷吸质量特性进行了研究.结果表明:氨气射流贯穿距的发展分为三阶段,这种三段式特点由氨气射流形成的一次涡及剪切层的特性所引起;第一阶段(0<t<0.14 ms)为线性阶段,在亚膨胀区及其边界氨气射流对空气无卷吸;第二阶段(0.14 ms≤t≤0.40 ms)为过渡阶段,在该阶段内一次涡及剪切层快速发展,卷吸质量增加了50%以上(喷压比R为8.0);第三阶段(t>0.40 ms)为准稳态阶段,卷吸质量较最大值减少30%(喷压比为8.0).平均卷吸空气总质量随喷压比增加而增大,第一、二阶段一次涡存在时平均瞬时卷吸空气质量较大,剪切层充分发展时平均瞬时卷吸空气质量达到最大值,卷吸质量最多增长58%(喷压比为8.0).

机械搅拌下高铁赤泥熔融还原物料卷吸与分散行为

高铁赤泥经高温熔融还原后获得熔融铁水和还原渣,二者可分别作炼钢和水泥原料,实现赤泥资源化利用.针对如何突破高铁赤泥熔融还原过程中物料高效卷吸和分散的问题,利用高速摄像机和粒子图像测速仪等分析技术,研究了机械搅拌下搅拌桨类型、离底距离、偏心距、搅拌桨直径、搅拌转速对高铁赤泥熔融还原过程中流体流动状态和物料的卷吸及分散效果的影响.结果表明:VB十字桨卷吸效果较好,其卷料效果与搅拌转速呈正相关;适当增大搅拌桨直径和桨叶离底距离能增强物料卷吸效果;适当增加偏心距能改善物料的分散效果.

基于无人机果树冠层卷吸效应的窄弧扇形防漂移喷嘴设计

针对植保无人机对果树冠层喷洒易产生的药液漂移问题,结合植保无人机对果树喷洒时产生的卷吸效应和扇形喷嘴雾化原理,设计了一种窄弧扇形喷嘴结构,并通过对不同冠层压力损失系数下的喷洒过程进行仿真分析,得到最佳防漂移的窄弧扇形喷嘴结构参数。研究结果表明:喷嘴内径增大,液膜与液带结构趋于稳定,液滴分布均匀,沉积率呈先降后升趋势;冠层压力损失系数降低,粒径频谱宽度减小,但沉积率总体提高;对较厚冠层果树植保时,选择内径1.3 mm、狭缝宽度0.15 mm的喷嘴,防漂移性能较好;对较薄冠层果树植保时,选择内径1.03 mm、狭缝宽度0.2 mm的喷嘴,防漂移性能较好;采用窄弧扇形喷嘴的液滴频谱宽度>0.7,沉积率>94.1%。

柴油机缸内两相流卷吸效应对燃烧模式的影响

预混合燃烧和扩散燃烧是柴油机的基本燃烧模式,本文选取高压共轨直喷柴油机两种典型燃烧室:缩口型燃烧室和扩口型燃烧室,通过仿真计算研究在不同背景气流环境下基于卷吸效应的混合气形成机理。结果发现:喷射初期油束贯穿背景气流时,油束表面小尺度涡流引起的卷吸效应是形成预混合气的主要原因;对一定的喷射条件不同背景气流直接影响卷吸效应;缩口型燃烧室喷射初期卷吸作用强,预混合速率较快,且大部分燃料在燃烧室内部强滚流的作用下快速扩散燃烧,所以属于预混合扩散燃烧(PDC)模式,虽预混合燃烧占比小,但高温区宽;扩口型燃烧室虽喷射初期卷吸效应相对较弱,预混合燃烧速率较低,但油束冲击壁面凸台后形成二次预混合过程,使预混合气形成持续期延长,预混合燃烧占比大,形成双预混合扩散燃烧(DPDC)模式,通过这种DPDC燃烧模式可减小高温区域面积,由此有效抑制NO_(x)的生成。

浮选中起泡剂浓度对气泡尾涡区特征及颗粒卷吸的影响

为探明浮选中起泡剂浓度对气泡及其尾涡区特征的影响,预测颗粒在浮选气泡尾涡区的卷吸概率,通过实验室自制的拟上升气泡装置及粒子图像测速系统,研究了不同浓度仲辛醇条件下的气泡尾涡区流场特征,分析了气泡表面流体分离行为及尾涡特征;通过高速摄像系统的同步观测,研究了气泡的形态特征以及颗粒在气泡尾涡区的轨迹和分布概率。研究结果表明:随着起泡剂浓度的增加,气泡的尺寸略有减小而长径比逐渐增大;气泡边界层分离角随起泡剂浓度的增加逐渐增加,存在临界分离角196.70°;气泡引起的尾涡主要集中在流场流速小于0.09 m/s的区域,气泡尾涡区高度随起泡剂浓度的增加逐渐减小,存在最小尾涡区临界值为气泡直径的1.06倍;颗粒在气泡尾涡区存在3种运动轨迹,颗粒卷吸的运动轨迹可以分为3个显著阶段,颗粒受力是导致其卷吸类型区别的关键因素;随着起泡剂浓度的增加,颗粒被卷吸的范围与概率逐渐减小。影响气泡尾涡及颗粒运动的临界浓度均为1.6×10^(-4)mol/L。研究结果明晰了起泡剂浓度对矿物颗粒在气泡尾涡区卷吸的机理,为微细矿物浮选技术的发展提供了有价值的指导。

煤矿胶带转载点多径向旋流卷吸除尘技术

胶带转载点粉尘危害与治理是实现煤矿高效、安全、清洁生产的重要问题之一。为解决转载点粉尘污染问题,降低转载点粉尘危害,根据旋流卷吸理论,提出胶带转载点多径向旋流卷吸除尘技术。该技术是在竖直设立的落料管侧壁上安设一定数量和射流角度的进风口,抽风口设置在落料管正上方。工作原理是落料管侧壁射入的风流遇到侧壁改变方向,进风口射流相互作用下,在落料管内形成向上流动的旋流,抽风口负压牵引旋流携带粉尘流入除尘器,实现粉尘净化。通过建立高度仿真的3D实体模型和搭建胶带转载点多径向旋流卷吸除尘技术试验平台,采用数值模拟和试验测试相结合对转载点内风流分布、粉尘运移分布进行研究。数值模拟和试验测试中在落料管4个侧壁上分别设有8个倾斜向上且与水平面夹角为10°的进风口,导料槽上设有4个进风口,进风口朝向与下级胶带上粒子释放位置的圆相切。根据旋流卷吸理论得出:落料管上进风风速越大,落料管边界与中心压力差越大,对粉尘的聚集效果越好。模拟结果得出:多径向旋流卷吸除尘技术最佳进风速度为8 m/s,此时可收集下落过程中粒径小于50μm的粉尘和煤料与下级胶带撞击产生的粒径小于30μm的粉尘。对比试验中下落前后煤料分散度得出:除尘技术应用后下级胶带上煤料中粒径小于50μm的颗粒占比减小47.96%,粒径小于5μm的颗粒减小44.62%,降低煤料中有害颗粒的占比;通过测定导料槽两端及入料口处粉尘质量浓度,试验确定多径向旋流卷吸除尘技术最佳进风速度为8 m/s,此时,导料槽左右两端及入口处粉尘质量浓度最低,除尘效率分别为97.71%和99.92%,转载点整体的除尘效率可达95%以上。证明转载点多径向旋流卷吸除尘技术可以解决转载点粉尘污染难题,改善转载点处工作环境。

加载条件下零卷吸凹陷油膜分布的试验研究

为探究加载过程中零卷吸工况下油膜的变化情况,使用球-盘光干涉试验机进行PAO100润滑油润滑下的摩擦实验。实验过程中通过伺服电机驱动钢球和蓝宝石盘以等值反向速度稳定转动,同时匀速加载;采用工业相机拍摄球-盘之间的油膜图像,实验后使用双光干涉法测量接触区中截面油膜厚度。实验发现:在加载情况下,当表面速度较低时且载荷较小条件下,油膜规律性不强,只有当载荷增加到一定程度,“温度-黏度楔”效应才会起作用,形成中央凹陷油膜;中央凹陷出现的时间随着表面速度的增加而提前;在速度较高条件下,中央小凹陷会迅速演化为大凹陷;与稳态结果的对比显示,时变效应会延迟“温度-黏度楔”效应的作用。

存在空气卷吸时等离子体射流光谱诊断应做的修正

采用一套高精度多谱线的等离子光谱诊断系统来同时探测等离子体射流中两条谱线的强度。通过谱线绝对强度法 ,获得了直接流入空气的氩等离子体射流在考虑卷吸和不考虑卷吸时两种不同的温度分布和卷吸空气的浓度分布。两种情况下所获得的温度分布的对比 ,说明等离子射流中的空气卷吸现象对光谱诊断的结果有可观的影响。忽略所卷吸的空气会对绝对强度法的温度诊断带来误差 ,尤其在远离喷口的区域 ,这种误差是很明显的。

长通道内烟气层水平蔓延阶段的质量卷吸速率实验研究

根据卷吸机理不同,可将通道内烟气蔓延过程分为四个不同阶段.通过模拟尺寸实验,测量了烟气层温度、厚度以及典型截面处的烟气流动速度,确定了不同蔓延阶段的起止位置,并重点计算了火羽流撞击顶棚后的径向蔓延阶段以及随后向一维水平蔓延的过渡阶段烟气层分界面处的质量卷吸速率.通过对实验结果的分析,给出了这两个阶段烟气层卷吸速率的经验关系式.

卷吸速度为任意方向的椭圆接触弹流润滑复合迭代解法

在重载情况下,卷吸速度为任意方向的椭圆接触弹流润滑问题,目前尚无高效稳定的数值求解算法。针对这一难题,提出将复合迭代解法思想应用于此类问题的求解。建立此类问题Reynolds方程的离散格式,运用Gauss^Seidel迭代方法求解方程组,采用快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)算法计算点接触弹性变形,最后得到卷吸速度为任意方向的椭圆接触弹流润滑问题的完全数值解,并分别对轻载和重载问题进行算例分析。结果表明:在轻载情况下,油膜分布与前人的研究成果具有很好的一致性;在重载条件下,该算法很成功地求解出卷吸速度为任意方向的椭圆接触弹流润滑问题,随着卷吸速度与椭圆短轴夹角的增大,中心膜厚和最小膜厚都将减小,油膜形状将由对称于x轴逐渐变成对称y轴。

激光相位多普勒诊断射流卷吸细水雾雾场特性的实验研究

APV(AdaptivePhase/DopplerVelocimeter)系统基于多普勒频移和多普勒相位差原理 ,可以自适应地进行微粒的大小及速度测量。本文利用粒子散射理论对APV系统进行了合理地布局 。

环境气体对氢气喷射与卷吸特性的影响

基于RANS方法对氢气在氩气和氮气氛围下的高压喷射过程进行仿真,研究了压力、温度和激波对氢气射流喷射和卷吸特性的影响.研究表明:射流贯穿距由于马赫盘的存在而呈现三阶段变化.在不同喷射压力下,射流前期卷吸能力随着喷嘴压力比(NPR)的增加而增大,而后期呈现相反趋势.在相同密度下,激波影响射流前期卷吸效果,但随着射流发展效果逐渐减弱.温度升高,氢气射流的贯穿距明显增大,但射流卷吸能力也显著降低.此外,氢气射流在氮气氛围下的卷吸环境气体物质的量和卷吸能力均强于氩气氛围.

高压甲烷气体碰壁射流扩散与卷吸特性的试验

在定容装置上利用高速摄影纹影法开展了不同冲击高度和冲击角度下的甲烷高压碰壁射流扩散和卷吸特性试验.通过纹影照片得到了不同冲击高度和冲击角度下的射流贯穿距离随时间变化的规律,计算得到了射流卷吸空气质量随时间变化的规律.结果表明:碰壁射流发展分两个阶段,碰壁之前贯穿距离和卷吸空气质量与自由射流基本相同;碰壁之后,由于壁面阻力的作用,其贯穿距离和卷吸空气质量的增加速率低于自由射流.随着冲击高度的增加,碰壁射流贯穿距离和卷吸空气质量增大;随着冲击角度的减小,碰壁射流贯穿距离和卷吸空气质量增大.最后对Poreh碰壁射流贯穿距离和卷吸空气质量经验公式进行修改,使其适用于一般碰壁射流贯穿距离和卷吸空气质量的特性计算.

细水雾灭火过程中雾卷吸影响因素的研究

细水雾与火焰相互作用中雾滴主要是通过动量和雾卷吸进入火焰区,以达到抑制或扑灭火焰的效果。对细水雾与煤油火相互作用时雾卷吸现象及其影响因素进行了研究,初步确定了雾卷吸量的计算方法,对各种影响卷吸效果的因素做了研究,并进行了大量的灭火实验。实验结果表明:细水雾的卷吸效果随着雾通量增加而增加,随着雾滴粒径增加而减小。

冷藏陈列柜风幕卷吸特性的数值分析

应用数值方法分别对不同射流速度分布(均匀分布、2种线性分布和抛物型分布)的垂直冷风幕的卷吸特性进行了研究,对体积卷吸率、温度分布及热卷吸系数进行了分析比较.结果表明,速度分布对风幕的卷吸特性有着重要影响,内侧较大的线性速度分布是其中性能最优的,对外部空气的卷吸量最小,对柜内空气的卷吸量最大.因此,在保证柜内温度的前提下,通过在出风口设置合适的整流装置,使外侧速度尽可能减小,可以显著降低对外界空气的卷吸,从而减小冷藏陈列柜的热负荷.

滑动表面卷吸速度为零时的热弹流润滑分析

提出了接触处两表面等速反向运动 (即卷吸速度为 0 )的圆柱间在一定条件下亦存在足够厚的稳态热弹流膜 ,此时固体表面呈现中凹状 ,且凹陷深度随载荷的增加而增大 ,随表面速度的增加而减小 .

卷吸速度方向与椭圆短轴成一夹角的弹流润滑渐近网格加密算法

针对数值求解卷吸速度方向与椭圆短轴成一夹角的重载薄膜弹流润滑问题,提出将渐进网格加密(progressive mesh densification,PMD)算法的思想应用于此类问题的求解,建立了此类问题雷诺方程的离散差分格式,运用快速傅里叶变换算法计算点接触弹性变形,采用PMD网格跳转方法加速迭代收敛,最后得到此类问题的完全数值解和油膜形状分布图,并与前人的实验数据进行了对比分析。结果表明:在重载薄膜润滑条件下,数值求解结果与前人的实验结果相一致;与直接在最终网格上进行迭代相比,文中提出的方法可以在粗糙网格上迅速消除误差,为高密度网格提供更好的初值,从而使计算收敛速度提高1倍以上,证明了PMD算法在求解此类问题时具有良好的收敛性和有效性。

卷吸速度为任意方向的椭圆接触弹流润滑分析

以往的点接触弹流润滑研究往往局限于分析卷吸速度方向与接触椭圆短轴相重合的工况。但在实际工程问题中,有时卷吸速度方向与接触椭圆长轴相重合,有时卷吸速度方向与接触椭圆的对称轴成一夹角。针对这一问题,本文提出了一种独特的解决方法。压力和膜厚分析分别采用多重网格和多重网格积分法。无论卷吸速度的方向如何,总让X轴与速度方向一致,而Y方向速度永远等于0。这样任意卷吸速度方向的工况和卷吸速度与接触椭圆短轴相重合的工况相比只需改变膜厚方向即可。

三维LDV/APV系统研究细水雾与射流卷吸现象

利用三维激光多普勒测速计和自适性相位多普勒速度计系统 (三维 LDV/APV系统 ) ,通过观察和测量细水雾被射流卷吸的现象 ,获取了细水雾的平均速度、平均粒径和雾通量等特性参数 ,深化认识细水雾被射流卷吸的机理 ,为下一步进行细水雾被火焰卷吸现象的实验研究打下了良好的基础。

电弧等离子体射流核脉动及射流卷吸的实验研究

湍流是电弧等离子体射流中典型的物理现象之一。以往的研究认为 ,射流存在一个处于层流状态的核心区域。采用电弧等离子体光谱诊断及数字高速摄影的方法对常压电弧等离子体射流核进行了研究 ,采用傅里叶变换的方法分析了弧电压和射流光谱强度信号。结果发现 ,电源的交流分量和阳极弧点运动在整个射流核的脉动特性中都有体现 ,射流并不存在一个处于稳定状态的核心区域。相反 ,从谱线强度脉动图中可以看到 ,射流核的脉动是由电弧电压脉动造成的 ,这可能是射流核脉动的最主要原因。采用多元素谱线强度法研究了射流对空气的卷吸作用 。