气-液-固三相磨粒流光整加工及其工艺参数优化

考虑用流体抛光法加工大尺度工件存在效率低下问题,本文提出了一种气-液-固三相磨粒流抛光方法。该方法在约束流场中引入微纳米气泡,利用气泡在溃灭时释放的能量加速驱动磨粒运动,从而有效提升抛光效率。实验显示:在加工过程中,离心泵的发热会导致流体黏度下降,进而影响工件近壁面的湍动能和动压力的大小及分布,而加工工件近壁面的湍动能和动压力会对表面纹理的均匀性和材料的去除效率有重要影响。针对上述实验结果,文中基于对磨粒流抛光机理的研究,提出一种通过改变入口流速来补偿温升带来的湍动能和动压力变化的方法,实验求得了抛光流体温度从20℃到60℃之间的9个均等点对应的最优入口流速值。实验表明,相对未加入气泡时,该抛光方法的加工效率得到提高,而调速补偿明显提升了工件表面加工质量。

气-液-固三相磨粒流旋流流场分析及加工实验研究

针对现有流体加工方法中加工效率低、易出现工件表面各区域加工纹理不均匀的问题,提出一种气-液-固三相磨粒流抛光加工新方法.基于Realizable k-ε湍流模型和Mixture模型,建立气-液-固三相磨粒流抛光加工数值模拟模型.数值模拟结果揭示了气-液-固三相磨粒流形成的高速湍流涡旋流场动力学特性,同时也发现了磨粒流流场中磨粒和微气泡的运动及分布规律,得到较优适用于气-液-固三相磨粒流抛光加工磨粒流入射角度设计参数,并设计出实验抛光工具.经过1h的实验加工后,与无微气泡条件的液固两相流抛光加工对比,气-液-固三相磨粒流抛光加工的工件表面相同区域的粗糙度值更低,纹理也更为均匀.上述研究结果表明:气-液-固三相磨粒流的流场特性提高了磨粒和微气泡运动的无序性及微气泡溃灭的概率,且磨粒流中的微气泡溃灭所释放的能量提高了磨粒的抛光加工效率.

煤层气储层气-液-固多相渗流规律研究

揭示储层非饱和流阶段煤粉运移产出规律,对煤层气高效排采具有重要现实意义。基于气-液-固三相流模拟装置,通过设定不同煤粉粒径、注入流速、裂缝宽度和煤粉质量分数等条件,开展了煤层气储层非饱和流阶段煤粉产出运移特征试验,并分析了煤粉沉淀量、产出量及煤岩气相与液相渗透率变化特征。研究表明:随着裂缝宽度增加,煤粉产出量呈现出逐渐增大的趋势,沉淀量呈现出先增大后减小的变化特征,在裂缝宽度为0.1 mm时达到最大值;随着煤粉质量分数的增大,产出量表现为先增大后减小(峰值点在0.15‰附近),沉淀量逐渐增大,说明煤粉在储层中运移存在一定的单位体积含量极值,超过极值后,煤粉将大量沉淀并堵塞孔裂隙;合理控制煤层气产水产气速率,能够有效地控制煤粉的产出,煤粉沉淀量和产出量随着注入流速的增长均呈现出先增大后减小的趋势,注入流速为5.0 mL/min时的煤粉沉积量最大,在流速为7.5 mL/min时煤粉产出量相对较高;液相渗透率演化特征呈现出逐渐降低和先稳定后逐渐降低2种变化趋势,气相渗透率演化特征较为复杂;综合注入压力、煤岩渗透率变化、煤粉产出和沉淀特征,可将煤粉在裂缝中运移划分为缓慢沉积、快速沉积和完全堵塞3个阶段。

发动机冷却系统气-液-固三相整场耦合传热研究

该文针对混动强化型发动机在车辆运行过程中受到外界流动空气冷却的影响,提出一种将发动机受到的外部气流与内部水套联合冷却耦合的计算模型,即风冷-水冷联合冷却系统,其通过气-液-固三相整场耦合传热,更适用于分析发动机冷却及换热。通过检测转速为6 000 r/min的发动机缸盖火力面鼻梁区的温度,以此为基础对比三相耦合模型与单水冷两相耦合模型的缸盖温度值发现,三相耦合模型在高温区域的温度偏差与测试值更接近,外部气流的流动减小了水套内部液体汽化产生的气阻,发动机外部气体流动对发动机散热具有积极影响。

气-液-固三相相平衡热力学模型预测石蜡沉积

在油气开采过程中 ,当体系的温度、压力或组成等热力学条件发生改变时 ,油气体系内的蜡质、胶质、沥青质等有机固相物质将会从体系中析出而沉积 ,给油气田生产带来严重的危害。采用状态方程和溶液理论相结合而建立了能模拟石蜡沉积的气 液 固三相相平衡热力学模型。根据正规溶液理论描述固相混合物的非理想性 ,采用状态方程描述气相和液相的相态。运用该模型对某一含气原油进行了蜡固相沉积模拟计算 ,计算结果表明 ,压力对蜡沉积有较大的影响 。

页岩黏土孔隙气-液-固三相作用下甲烷吸附模型

实际储层条件下含水页岩的甲烷吸附量低于实验室测定的干燥页岩吸附量,致使页岩气资源量被高估。在考虑页岩黏土孔隙含水的基础上,基于气-固界面Langmuir吸附理论、气-液界面Gibbs吸附理论及土壤吸附学,针对狭缝孔及圆管孔两类黏土孔隙,建立了气-液-固三相作用下甲烷吸附理论模型。该模型可以计算孔隙含水饱和度0~100%的吸附曲线,验证表明:计算结果与分子模拟结果吻合。并进一步揭示了甲烷在黏土水膜表面的气-液界面吸附特征:在低压下,吸附量与压力呈线性变化;在高压下,吸附量趋于饱和。

机械搅拌自吸式浮选机气-液-固三相流场的数值研究

为了研究机械搅拌自吸式浮选机内叶轮转速对浮选动力学环境所产生的影响，采用Mixture多相流模型、k -ε湍流模型和雷诺时均方程，对有效容积为20 m3机械搅拌自吸式浮选机内部气-液-固三相流流场进行数值模拟，分析了3种粒度、3种转速所组成的9组模型的三相流体在浮选槽内的速度以及湍流强度的分布规律。数值模拟结果表明：浮选机叶轮转速在147～196 r/min区间时，液面的湍流强度保持稳定，且该范围内浮选机性能较优。试验结果与模拟预测结果比较吻合，验证了所得结论。

气-液-固三相循环流化床局部相含率分布

应用自行开发的微电导探针测试技术,以玻璃珠(dp=0·48mm,ρs=2460kg·m-3)和苯乙烯颗粒(dp=1·45mm,ρs=1264kg·m-3)为固相,空气为气相,水及0·05%、0·20%(质量)SCMC(羧甲基纤维素钠)水溶液为液相,对三相循环流化床(TCFB)的各相局部含率进行了同时测定.考察了不同表观液体速度、辅助液体速度、液体黏度及颗粒密度对局部相含率轴径向分布的影响.在不同操作条件下,获得了1286套局部相含率实验数据.给出了局部固含率和局部气含率与操作条件、流体物性及床层轴径向位置的关联式,关联式的计算值与实验值吻合较好.

气-液-固三相流化床液相返混的研究(稳态法)

采用稳态法研究了气速、液速、固体粒子直径及密度和床径对三相流化床液相返混的影响.根据实验数据,获得了如下的计算Pe_l的关联式:Pe_l=24.32(U_l/U_t)^(1.2)U_g^(-0.34)D_t^(-0.5)

气(汽)-液-固三相流研究进展

纵观气 -液 -固三相流研究进展 ,大体上出现了三种趋势 :(1 )为实际应用而开发新型的三相循环流化床 ;(2 )对床内的汽泡行为和粒子行为进行基础研究 ;(3 )以计算流体力学和气液、气固以及固固相间流体力学理论为基础 。

PDA测试浮选柱液-固-气三相流中颗粒的流速分布

采用ＰＤＡ流速测试技术，对ＬＨＪ浮选柱下导管内液－固－气三相流中固体颗粒的流速进行了测定，获得了浮选柱内液－固－气三相流中固体颗粒沿径向和轴向的湍流速度分布，证实了ＬＨＪ浮选柱内形成泡沫流时，下导管内固体颗粒运动处于强烈的脉动状态，从而为揭示其矿化作用机理，建立数学模型及放大提供了理论依据。

面向固-液两相软性磨粒流嵌入式实时测控系统

针对固-液两相软性磨粒流精密抛光方法中流道微小,无法采用常规直接信号传感器的问题,提出了一种基于二次信号-加速度振动信号的软性磨粒流监测方法。通过小波包分析提取了振动信号的特征。结合基于有限状态机理论与基于嵌入式实时操作系统的并发多任务的程序设计方法,采用面向对象技术开发了一种测控软件框架。采用Linux和DSP/BIOSRTOS实施了双操作系统信号处理技术,开发实现了一个面向软性磨粒流的,具有通用多通道高速数据采集功能的智能化嵌入式实时测控平台。研究结果表明,该系统具有易扩展与易交互的优点。

温度对气-固-液三相搅拌反应器内气液分散特性的影响

在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽中,采用以半椭圆管盘式涡轮(HEDT)为底桨、上提操作的宽叶翼形桨(WH_U)为中、上层桨的三层组合桨,研究24℃～95℃范围内不同温度下气-液-固体系中搅拌功率、气含率及固体颗粒完全离底悬浮特性。结果表明,体系相对功率需求(通气功率与不通气功率之比)RPD随温度的升高而增大,但随固含率的提高,温度对RPD的影响程度减弱。气含率随温度的升高而明显下降,其下降的幅度也随固含率增加而减小。本文结果及通气功率、气含率关联式对于工业热态通气三相搅拌反应器设计和操作具有一定的参考价值。

气-液-固三相喷射床流动特性研究

模型实验研究证明带中心导向管的气－液－固三相喷射床操作稳定，床内液固相具有连续稳定的轴向内循环运动，并可由操作参数求得循环流速为该技术运用于湿法冶金等液固相反应具有能耗低、效率高。

Monte Carlo方法模拟晶粒在气-液-固三相体系下的各向异性生长

基于Monte Carlo方法,建立了气-液-固三相体系下晶粒生长的传质路径;根据最小能量原理,确立了最优和非最优生长取向上能量值的选取准则;采用各向异性的液-固和固-气界面能,对陶瓷晶粒的生长进行了二维模拟,并探讨了各向异性界面能量差值对晶粒形貌的影响规律。结果表明,在状态点发生相变时,引入寻找能量最低状态的过程,不仅消除了液相分布不合理现象,且晶粒边界更平直,形状更规则,质点在晶粒最优生长方向上的生长几率明显高于非最优方向;随着各向异性界面能差值的增加,晶粒的长径比基本呈线性变化,各向异性生长更突出。

热态气-液-固三相搅拌反应槽的气-液分散特性

在直径为0.476m椭圆底搅拌槽内,以空气-去离子水-玻璃珠为实验物系,选用HEDT＋WHU组合桨型,在体系温度为80～82℃时,研究热态体系中固相浓度、搅拌转速、通气流量等操作条件对气-液-固三相体系的功率消耗及气含率的影响规律.研究结果表明：在其它条件相同的情况下,热态的相对功率消耗（K）明显高于常温体系,而固相浓度对K影响不大.热态的气-固-液三相体系的气含率明显小于常温体系,但随着固含率的增加,两者气含率的差异逐渐变小.与常温体系中固体颗粒的存在对气含率基本无影响的规律不同,热态的气含率随固相浓度的增加而增加.

超重力反应器用于产物为气-液-固三相的催化剂制备

通过讨论CuO/ZnO/Al2O3催化剂的合成机理研究了超重力旋转床制备产物为气-液-固三相的材料的可行性以及存在的问题,并提出了解决办法,在超重力旋转床改造意见的指导下建造了年产50t的CuO/ZnO/Al2O3催化剂的大型超重力机并用于催化剂的制备。催化剂的表征结果表明,所制备的催化剂的各项理化性能优于现有的醛加氢催化剂。

不通气的沸腾汽-液-固三相搅拌槽中的汽液分散和固体悬浮

在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽中,采用直径为0.238m的单层六叶深凹叶盘式涡轮桨(HEDT),在液位为0.5m的全挡板条件下研究了沸腾状态下,蒸汽、去离子水和玻璃珠组成的汽-液-固体系中搅拌功率、气含率及固体颗粒完全离底悬浮特性,并与常温通空气三相体系进行对比。研究结果表明,沸腾条件下的流体动力学性能与常温通气体系相比存在较大差异。在沸腾条件下,搅拌功率消耗随着搅拌转速的增加有所下降,但HEDT桨具有较高的载气能力,即使在高叶端线速度下,相对功率消耗(RPD)仍能保持在较高的水平;沸腾体系的气含率随单位质量流体输入功率的增加表现出先增后减的规律,即存在气含率的极大值,蒸汽成核位置和固体颗粒悬浮特性随搅拌功率增加而改变是造成上述行为的主要原因;沸腾体系中的气含率远远低于常温通空气体系。临界悬浮搅拌转速(NJSG)随固相体积分率的增加略有增加;沸腾体系中蒸汽量的变化对NJSG影响远小于常温通气体系。研究结果对于工业沸腾态三相搅拌反应器的设计和操作具有一定的参考价值。

气-液-固三相流数值模拟研究进展

气-液-固三相反应器广泛的应用于工业生产的诸多领域,因此对该系统中气-液-固三相流动行为的研究具有重要的意义。随着计算机技术的高速发展而兴起的数值模拟计算日益成为研究此类问题的重要途径。本文系统的对近几十年来数值模拟在该领域的发展进行了综述。首先依据模拟尺度的不同,阐述了当前的主要模拟手段:欧拉法、拉格朗日法和直接数值模拟法。接着分别对这三类方法展开了详细的介绍,指出欧拉法与拉格朗日法都能开展工业级计算,但精度依赖于本构方程;直接数值模拟法能够捕捉局部界面变化细节,但需要十分精细的网格。最后本文对该领域的研究前景进行了展望。

三相磨粒流抛光及其气泡溃灭分布特性

针对软性磨粒流在加工硬脆性材料时效率低下的问题,本文提出一种气-液-固三相磨粒流加工方法。该方法通过在加工流场内注入微尺度气泡群,利用气泡溃灭释放的能量提升磨粒流加工能力。基于计算流体力学和群体平衡模型耦合计算方法,建立气-液-固三相磨粒流流体力学模型,数值模拟结果揭示了工件表面三相磨粒流形成高速湍流涡旋流场加工特性,得到了工件表面气泡溃灭的分布规律,并探明流体黏度与气泡溃灭之间的关系。图像粒子测速实验表明,通入微尺度气泡群后,平均速度从12.50~13.50m/s提升至15.00~17.00m/s,最高平均速度可达20.00m/s以上。对比加工实验显示,经8h加工后,粗糙度从0.50μm降低到0.05μm。理论和实验研究结果说明借助微尺度气泡群的溃灭效应可有效提升软性磨粒流的加工效率和加工精度。