基于液体射流破碎法制备粒径可控的聚乙烯醇微球

在工业生产中,聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)微球多采用机械搅拌法制备,得到的微球粒径不可控、粒径分布宽、小粒径(100~300μm)微球产率低。为改善上述问题,本研究将液体射流破碎法应用于油包水(W/O)微球制备体系,制备了粒径可控、粒径分布窄的PVA水凝胶微球。本研究系统研究了分散相流速、PVA浓度、加料装置内径及稳定剂浓度对微球粒径和粒径分布的影响。最终,采用分散相流速为40 mL/min、PVA浓度为7.0%、加料装置内径为400μm及稳定剂浓度为11.5%的条件,制备了平均粒径为146.00μm,粒径分布为1.63的PVA微球。该方法得到的小粒径微球产率高、批次间重复性良好、装置简单,可实现微球的规模化生产。

天然气水合物射流破碎工具及其配套工艺技术

针对中国海洋天然气水合物(以下简称水合物)储藏埋藏浅和胶结性弱的特点,急需开发一系列保障水合物安全、经济、绿色、高效开采的工艺技术和配套工具。为此,提出了一种在不改变水合物储层温度和压力条件下的射流破碎流化开采水合物的技术思路,同时,开展了射流破碎水合物配套喷嘴工具的设计、室内实验与优化。进而基于室内实验探索了喷嘴射流破碎工作压降、排量、上提下放喷嘴速度和趟数等施工参数与破碎水合物孔眼直径和破碎速率之间的关系,建立了水合物射流破碎流化开采工艺现场施工工程图版。在中国南海荔湾3井采用该方法进行了生产验证。结果表明:(1)水合物射流破碎流化开采工艺技术提高了水合物开采生产效率、保护了储层底层安全,降低了水合物开采能耗;(2)水合物射流破碎喷嘴工具破碎形成的孔径规整、破碎颗粒返排效果好,无领眼时喷嘴射流破碎下放速度不超过7.1 m/h;(3)水合物射流破碎流化开采工程图版解释了射流破碎工况和施工参数对射流破碎水合物孔径和破碎速率的影响规律,为水合物试采施工工艺参数选择提供了参考;(4)水合物射流破碎流化工艺在荔湾3井试采成功,验证了射流破碎流化开采工艺的可行性和其应用于水合物商业开采的广阔前景。

射流参数对加热条件下液膜射流破碎不稳定性的影响（1）—射流参数对液膜反对称模式破碎的影响

基于线性不稳定性理论,利用对具有温度梯度的粘性液膜射流模型进行的数值计算结果,研究了射流速度、气体密度、液体粘性、液膜厚度、温度梯度、液体种类等实际射流参数对反对称模式扰动作用下液膜射流大、小尺度破碎模式的最大扰动增长率及占优波数等破碎特征的影响规律.

低频超声激励射流破碎过程模拟与实验研究

设计了超声频率为20,kHz的激励破碎制粒装置,利用该装置制备了海藻酸微球.基于FLUNET软件中的流体体积函数,建立了低频超声激励下射流破碎的计算模型,研究了射流速度、激励幅度和激励频率对射流破碎过程的影响.实验结果与模拟结果较吻合,验证了所建立的计算模型的有效性和合理性,为进一步研究低频超声扰动下射流破碎法制粒过程奠定了理论基础.

荷电液体射流破碎长度理论与实验

基于表面波线性不稳定性理论建立了荷电液体射流色散方程并进行数值计算,应用高速摄影技术测量荷电液体射流破碎长度,对理论分析结果进行实验验证。在讨论的射流速度、荷电电压范围内,随着射流速度或荷电电压的增加,0阶、1阶表面波最大增长率不断提高,但0阶表面波最大增长率始终大于1阶表面波,主导射流破碎过程;提高射流速度,射流破碎长度先增加至一个极值之后逐渐减小,荷电电压总是促进射流破碎,减小射流破碎长度;提高液体电导率,射流破碎长度增大。实验结果表明,线性不稳定性理论能很好地解释射流速度、荷电电压和液体电导率对射流破碎长度的影响,但在预测射流破碎长度极值对应的临界射流速度时存在一定的偏差。

气举用振荡脉冲射流破碎器的研究

本文着重研究了气举用振荡脉冲射流破碎器在淹没条件下的动态特性、冲蚀特性和现场试验情况。实验表明在淹没条件下振荡脉冲射流不仅具有强烈的动态脉动冲击特性 ,而且具有波动的径向流动 (附壁流动 )。在相同条件下振荡压力能破碎连续射流所不能破坏的土岩 ,而且能产生波动上举力 ;波动的径向流动使作用在破碎的土岩颗粒上的升力增大 ,使作用在土岩颗粒上的上举力大于压持力 ,导致土岩颗粒易于流动。在气举上使用脉冲射流喷嘴 ,其轴吸浓度稳定 。

高速环形射流破碎雾化特性及动态喷雾模拟

在再生式液体发射药火炮(RLPG)中,液体射流破碎雾化过程影响到射流结构、液滴尺寸和速度分布等特性,是影响RLPG喷雾燃烧过程的关键因素之一.根据表面波破碎理论建立了RLPG环形喷孔高速液体薄膜破碎模型,并考虑了液滴的二次雾化过程.计算了液膜的破碎过程,计算结果表明,环形射流向喷嘴下游运动过程中内部空腔不断收缩,最终聚并成与圆柱形类似的射流向前运动,喷雾场前缘多为大颗粒液滴;在轴向某一固定位置,平均直径随时间逐渐减小并趋于一稳态值;在空间上平均直径随轴向距离的增加先减小后增大呈凹谷型分布.该模型的建立进一步完善了基于环形喷嘴的RLPG内弹道多维多相流数学模型.

静电涂油机射流破碎EHD研究

国内对静电涂油机的研究一直停留在实验研究上。对静电涂油机雾化进行理论分析可以为进一步改进涂油机提供理论分析和支持,以达到更好的效果。文章用边界有限元法对涂油机射流破碎进行了理论分析计算并用实验验证了结果。

水之刃——水射流破碎技术在路桥养护改造中的应用研讨会纪实

＂没想到水流也能够切金断石,看来自然的力量真的很了不起。＂这是一位参会代表在观看了水射流破碎技术演示后发出的感慨。近日,中国公路学会养护与管理分会在上海召开了＂水射流破碎技术在路桥养护改造中的应用研讨会＂。会议期间,由于受到强台风＂海葵＂的影响,部分来沪参会代表的飞机、火车延误——飞机无法起飞,火车无法运行。现代科技在大自然的威力面前也会显得微不足道、力不从心。一直以来,人类在发展科技的同时,忽略了对环境的影响,

基于欧拉多流体模型对喷嘴内流和射流破碎的研究

在Open FOAM的框架下,采用多流体模型和大涡模拟方法研究不同背压对喷嘴内流和射流破碎的影响.利用已修正的空化模型考虑了空化现象,利用界面压缩法对两相界面进行捕捉,进而分析燃油的一次破碎过程.结果表明:降低背压有利于喷嘴内部空化的形成与发展,但会导致喷嘴喉部有效流通面积减小,流动阻力增加,质量流量降低.射流破碎中气/液相界面处气/液两相存在很大的速度差,导致产生很强的阻力,大大促进了一次破碎过程中主喷雾区和蘑菇头的破碎.背压越高,空气密度越大,则燃油受到的阻力越大,液柱破碎越剧烈且射流破碎角越大.因此,同时提高喷射压力和背压可以促进燃油与空气的混合,也可以有效抑制空化来避免空蚀现象以及流量系数降低,从而延长喷嘴的使用寿命.

燃油近嘴区初始射流破碎及影响因素试验研究

搭建了燃油喷射雾化的可视化试验台架,采用数码相机和高放大倍数、高分辨率的长距离显微成像技术,以及纳秒级闪光灯作为相机曝光光源,对燃油近嘴区射流表面初始扰动微观结构进行可视化捕捉,结合图像后处理技术对射流表面结构参数和喷射参数进行定量测量和分析。研究发现,近嘴区初始射流表面波、液丝和液滴等产生、变形和破碎与喷油压力、空化以及环境背压密切相关。喷油压力增加,初始射流受到扰动增大,射流表面出现"坑洼"和"凸起"结构越靠近孔口;空化促进射流初始扰动、液丝和液滴的形成,致使喷雾锥角显著增加;环境背压增加,射流与环境介质之间剪切作用增大,可有效促进射流初始破碎,射流周围液丝进一步破碎形成液滴,有效地改善了雾化质量。

针阀启闭过程近场射流破碎机理的研究

设计搭建了喷油器试验平台,采用数码相机和高放大倍数、高分辩率的长距离显微镜成像技术,对燃油近场区域射流破碎进行可视化试验.并以试验工况下的流动为研究对象,基于开源计算流体动力学(CFD)软件OpenFOAM对针阀启闭过程近场射流破碎进行了数值模拟.结果表明:喷油初期,针阀开启后燃油撞击喷孔内初始气泡造成近场初始射流不同破碎形态,初始气泡大小以及位置导致近场初始射流头部不同结构形态;射流表面形成不稳定的表面波以及表面波的增长导致了近场区射流初始破碎、射流与环境气体的交互作用,加速射流破碎以及液丝、液滴的形成,在射流表面液丝和液滴剥离处存在较强的微尺度湍流,该区域具有较高的湍动能和亚网格涡黏系数;喷油末期,随着针阀关闭射流逐渐收缩,最终形成较粗液丝状,并呈非轴对称摆动.

超高压射流破碎对大豆分离蛋白功能性质的影响

超高压射流破碎技术已被证明是可以改变生物分子结构的一种新的物理方法。本实验对超高压射流破碎在不同压力下处理后的大豆分离蛋白功能性质进行了研究。结果表明,超高压射流破碎能够明显改变大豆分离蛋白的功能性质。超高压射流破碎处理后大豆蛋白的结构发生了变化,处理可促使包含在分子内部的疏水基团暴露,改善了蛋白质的疏水性,增强了与油脂的亲和能力,提高了大豆蛋白的乳化和起泡能力。同时由于超高压射流破碎可有效减小蛋白溶胶中的粒子直径,增加了大豆蛋白与水相的接触面积,提高了大豆蛋白的溶解性。

基于可压缩双流体模型对射流破碎的研究

在OpenFOAM框架下,基于可压缩双流体模型,应用界面压缩法捕捉气液界面,采用大涡模型处理高速射流中的湍流流动,验证了文献中锥形喷嘴的质量流量和喷雾动量通量实验数据,数值结果和实验数据吻合较好,并在此基础上对射流破碎的机理进行了分析.为分析喷嘴几何结构对破碎的影响,修改ECN spray D喷嘴的出口直径,得到圆柱形喷嘴,结果发现圆柱形喷嘴的液柱破碎较弱,液核长度较长,因此喷嘴具有一定的锥度可以促进喷嘴出口的射流破碎.

真空环境中压电激励对射流破碎特性的影响

针对真空环境中压电激励液滴生成技术,采用实验方法研究了压电激励波形、频率和位移等参数对射流破碎特性的影响规律。实验结果表明,对0.5 mm的射流在理论最优频率下施加振幅3μm的压电激励作用后,射流破碎距离缩短至90 mm左右;相对于正弦波与三角波,方波激励获得的射流破碎距离最短;在最优频率附近,随着激励频率增大,液滴粒径减小,射流破碎长度先减小后增大;随着压电装置位移幅值增大,射流破碎长度略有减小。结果表明:在压电作用下,激励频率对射流特性影响较大,并且射流最短破碎距离对应的激励频率大于理论最优频率;激励波形和位移振幅等参数对射流破碎特性的影响相对较小。

超声速横向气流中射流破碎过程的数值研究

基于流体体积函数(Volume of Fluid,VOF)方法对超声速横向气流中射流破碎过程进行数值模拟,通过与国内外实验对比,验证了该方法捕捉液柱轨迹的准确性和模拟气相流场的可靠性。针对基准工况以及不同动压比工况下超声速横向气流中射流破碎过程的计算,结果表明:高频的周期不稳定波在液柱破碎中起主要作用;液体射流与超声速横向来流存在强相互作用,形成弓形激波、分离激波以及激波交错的复杂激波系;当动压比升高时,液柱沿流向破碎点位置几乎无变化,而液柱破碎点位置的穿透深度明显增加。

低排放燃烧室空气雾化喷嘴射流破碎特性研究

针对当前广泛应用于低排放燃气轮机燃烧室中的空气雾化喷嘴,采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)和流体体积法(Volume of Fluid,VOF)研究了其在流动模糊(Flow Blurring,FB)和流动聚焦(Flow Focusing,FF)模式下射流一次破碎过程的差异。结果表明:两种模式的射流一次破碎过程均可分为3个阶段,气液交界面波动阶段、射流发展阶段和射流破碎阶段;喷嘴内部回流区的演变决定了气液交界面的波动程度,流动模糊模式下射流在后两个阶段的径向速度和形态变化程度均远高于流动聚焦模式,气泡回流过程在其射流破碎阶段占据主导地位,液体管道内气泡分布位置与涡的强度呈正相关。

残余气泡对柴油射流初期破碎的影响

柴油机喷油嘴内的残余气泡在一定程度上影响燃油的初期雾化效果,从而影响柴油机排放特性.采用高速可控闪光摄影技术拍摄了喷油器透明喷嘴孔内流动及近场喷雾,结果表明:在针阀开启之前,喷油嘴内部存在残余气泡;在喷射初期阶段,柴油喷雾结构呈现两种形态:传统的"蘑菇"形态和前端带有细长液丝的"蘑菇"形态,第一种形态出现概率远大于第二种.基于可压缩流体体积函数(VOF)多相流模型,采用大涡模拟方法,研究残余气泡对初期喷射阶段射流破碎的影响,结果表明:残余气泡的初始位置对初期射流雾化形态有显著影响;当残余气泡处于喷孔前端时射流前端会形成初始尖端,尖端周围涡环运动使其拉伸形成细长液丝,从而形成第二种射流形态.

短程射流共点交汇对撞阀设计与破碎能力检测

现有的射流阀均未对水力空化进行合理规划、有效控制和高效利用,存在破碎能量级低、能量构成欠合理、能量分散、能效低、废能占比高、对硬韧性物料破碎能力差等问题。为了提升高压射流破碎中的破碎能量级和密度,减少无效能产出,提出了一种短程射流共点交汇对撞阀结构方案及其水力空化效应机制。利用CFD进行了流场模拟,依据模拟结果配置了短程射流共点交汇对撞阀的几何和运行参数,通过捕集羟自由基和电镜成像检测了水力空化强化效果和对微晶纤维素的破碎效果,检测结果表明:与直孔阀相比,短程射流共点交汇对撞阀的羟自由基捕获量提高41%,无效动能减少60%~80%,可使微晶纤维壳层破碎并能剥离出直径约15 nm的微原纤。短程射流共点交汇对撞破碎明显提升了溃灭冲击能,可作为硬韧性生物材料超微细化的有效方法。

射流超声破碎制取球状金属均匀粉末

利用压电陶瓷超声换能器作为激振源建立了金属均匀液滴束流发生装置。对金属锡射流受激破碎过程进行了数值模拟,对金属锡射流在空气气氛及惰性气氛下的受激破碎过程进行了实验研究。数值计算与实验结果表明,金属射流在惰性气体环境下受激振破碎形成均匀金属液滴束流,收取到了均匀尺寸的金属锡球状粉末。