随机森林算法在电喷印液滴直径预测中的应用

电流体喷射打印技术是一种新型微纳尺度增材制造工艺,由于电喷印成本低、工艺简单、效率高、精度高,在制备微流控芯片、印刷柔性电子器件和各种光学器件等领域具有广阔的应用前景。精确预测并控制电喷印液滴直径是保证加工质量的关键。因此,以电喷印液滴直径预测为研究对象,运用随机森林回归算法进行建模,来预测在几种关键参数(基电压、高电压、脉冲频率、喷头与基板的距离、油墨电导率及粘度)的条件下打印出的液滴直径。预测结果显示,该模型的预测精度较传统的理论建模及回归分析的结果有明显提高。在几种常见的算法预测模型中,随机森林回归模型在训练样本受限的情况下,预测精度最高。基于随机森林回归算法的液滴直径预测模型为电喷印液滴直径预测及控制提供了一种经济有效的方法。

煤油液滴直径对两相旋转爆轰发动机流场的影响

为探究煤油液滴不同初始直径对气液两相旋转爆轰发动机流场的影响,假设初始注入的煤油液滴具有均匀直径,考虑雾化破碎、蒸发等过程,建立了非定常两相爆轰的Eulerian-Lagrangian模型,进行了液态煤油/高温空气爆轰的非预混二维数值模拟。结果表明:在初始液滴直径为1~70μm的工况范围,燃烧室内均形成了单个稳定传播的旋转爆轰波;全局当量比为1时,爆轰波前的空气区域大于液滴煤油的蒸气区域,导致波前燃料空气混合不均匀,波前均存在富油区和贫油区,两相速度差导致分离出的空气形成低温条带;当煤油液滴的初始直径较小时,波前的反应物混合过程主要受蒸发的影响,爆轰波可稳定传播;当直径减小至1μm时,煤油液滴在入口处即蒸发,旋转爆轰波表现为气相传播的特性,爆轰波结构平整;当煤油液滴的初始直径较大时,波前的反应物混合过程主要受液滴破碎的影响;对于相同的燃料质量流量,在不同初始煤油液滴直径工况下,煤油液滴最大的停留时间均占爆轰波传播时间尺度的80%以上;爆轰波前燃料预蒸发为气相的占比越高,爆轰波的传播速度越高;初始液滴直径为10~70μm的工况范围内,爆轰波的速度随初始直径的增大先升高后降低。

RLPG雾化模型中的液滴直径关系

应用激光衍射瞬变喷雾场测量系统，进行了再生式液体炮（ＲＬＰＧ）环形喷嘴雾化特性的实验研究，得到了环形喷嘴瞬变喷雾场平均液滴直径的经验关系式，并与ＲＬＰＧ雾化模型中几个常用的液滴直径关系式进行了比较，得到了一些有价值的结论。

螺旋型喷嘴液滴分布特性及液滴直径经验公式的拟合

螺旋型喷嘴是压力式喷嘴的一种,它能提供细密的水雾,在工程上具有广泛的用途。笔者分析了几种常用的表征液滴尺寸的参数,用因次分析的方法建立了螺旋型喷嘴液滴直径的准则关系式,通过实验研究了TF6喷嘴的雾化液滴几种常用的直径随喷雾压力的变化规律,用最小二乘法回归了TF型喷嘴雾化粒子的几种直径(D0.1、D0.5、D0.9、D32)的经验公式。

搅拌筛板萃取塔液滴直径研究

为明确搅拌筛板萃取塔的操作性能,在塔内进行了液滴直径实验,平均液滴直径数据利用照相法获取,考察了搅拌转速、两相流速、体系物性、溶质传递等因素对液滴直径的影响。结果表明,增大搅拌转速会减小液滴直径,增大两相流速则会增大液滴直径,高界面张力或高黏度体系形成的液滴直径较大,高密度差体系形成的液滴直径则较小。此外,由于有机溶质的存在可降低界面张力,当两相流速改变时,塔内溶质浓度发生改变,因而体系界面张力也发生改变,进一步导致液滴直径发生改变。将实验数据进行了数学关联,关联式的计算值与实验值的平均偏差为5.6%,可为工程设计提供参考。

液-液分散体系中液滴直径分布的测量技术

本文介绍了液－液分散体系中液滴直径分布的几种测量技术，并对这些测量技术进行了评价，同时还提出了液－液分散体系中液滴直径分布测量的潜在技术。

开孔转盘塔分散相滞存率及液滴直径分布的研究

本文在无传质条件下研究了开孔转盘塔(RPDc)内乳液—水体系(W/O/W)的流体力学性能。测定了塔内分散相滞存率x,考察了塔几何条件及操作条件对分散相滞存率x及特性速度U_o的影响。采用因次分析法,建立了x及U_o与塔几何条件及操作条件间的经验关联式。并采用摄影法,对分散相液滴直径及其分布进行了初步研究。实验结果表明,分散相液滴直径的分布可用上限对数正态分布来描述。

搅拌釜内液滴直径的新关联式

基于搅拌釜内非各向同性湍流的现象,本文提出了可用于预测粘性分散相液-液系的液滴平均直径的新半理论性关联式: d_(32)/L=A(L/T)~nWe^(-1)(1+BVi) 其中,A、B、n均为经验常数。

闭式涡轮搅拌萃取塔液滴直径的估算

本文利用均匀各向同性湍流特性分析连续相湍流脉动对液滴大小的影响，得出搅拌强度和液滴平均直径之间的关系。根据所使用的三种塔几何结构所得的实验数据检验，理论分析结果与实验所得结果能较好地相符。本文也讨论了分散相存留分数对平均液滴直径的影响。

轴线垂直于连续相流体流动方向的喷嘴形成的液滴直径的估算

本文从理论上分析了自—轴线垂直于连续相液体流动方向的喷嘴喷入流动着的另一种与之不互溶的连续液体中的液滴的流体力学特征,并给出了一个估算液滴直径的数值方法。

考虑气体连续携液及液滴直径影响的气井新模型

常用的临界携液模型是通过对井筒中的液滴进行受力分析,再加以经验修正所得到的。凭经验选择临界携液模型判断气井积液,难免出现偏差,且多位学者提出了不同的临界携液模型,其预测结果相差很大。该文通过实例计算比较,发现文献各携液模型对临界携液量的要求并不相同,从而解释了各模型计算的临界携液量相差巨大的原因。基于气流中液滴总表面能与气体紊流动能的相等关系,提出一种考虑气体携液量及其中最大液滴直径对气井临界携液流量影响的新模型,并将新模型的预测结果与四个产水气田气井的现场生产数据进行了比较,结果显示吻合度很高,以此验证了该新模型判别临界携液量的可靠性。

蒸汽爆炸中熔融物液滴直径敏感性分析

为了减少熔融物液滴直径对计算蒸汽爆炸的破坏力造成的不确定性,本文基于MC3D软件进行建模,在典型工况下对熔融物液滴直径进行敏感性分析,并计算了熔融物液滴直径变化、液滴总能量、液滴碎化速率、爆炸压力。通过理论分析和计算探求熔融物液滴直径影响爆炸压力的机理。结果表明:蒸汽爆炸的压力对熔融物液滴直径非常敏感,改变液滴直径会使得爆炸压力成倍变化;这主要与熔融物液滴总能量,熔融物液滴碎化速率相关。

压力波型态对液滴压电喷射行为影响的数值研究

为了观察压力波形态对液滴压电喷射行为的影响.基于Bogy的压力波传递理论,简化了压电喷射模型,对水滴在不同压力波形态下的压电喷射过程进行了数值仿真,并对水滴的变形过程进行了分析.分别探讨了电压脉冲大小与宽度对水滴喷射行为的影响.结果表明随着电压脉冲大小和宽度的增加,液滴直径增加,而液滴喷射速度先增加后减少.通过合理的控制电压脉冲大小与宽度,可以有效的控制好压电喷射液滴的直径与速度.

新型烷基化反应器结构优化及其中液滴分布规律的实验研究

采用双电导探针测定了不同实验条件下新型烷基化反应器中物料的液滴直径。反应器的结构参数对液滴直径有较大影响,优化后,反应器上升管高度与内径之比=8、喷嘴出口平面高度z=0.49m。研究发现,反应器可以分为4个流动区域,即预混区、混合区、环流区及分离区。考察了水相表观进料速率ua、油相通过喷嘴喷入反应器的表观进料速率ub和油相通过分配管喷入反应器的表观速率uc等操作参数对各区域内的液滴直径分布的影响。各区域内的液滴大小各不相同,但都具有中心区域油滴直径小、近壁区域油滴直径大的分布特点。在本实验范围内,分别增大ua、ub和uc,各区油滴直径随之减小;但当uc>0.011m/s时,油滴直径会随之增大。

锅炉尾部烟气中物性对液滴蒸发特性数值模拟研究

针对燃煤电厂产生的脱硫废水,由于受燃煤煤种的影响,导致脱硫废水的物性存在不确定性。以物性不同的单组分水液滴和双组分酸碱盐溶液液滴作为研究对象,利用Fluent模拟研究不同物性对液滴蒸发特性的影响规律。计算结果表明:溶液蒸汽压对液滴蒸发时间影响较大,单组分和双组分溶液在预加热阶段温度随时间变化规律相近,在临界温度后单组分纯水温度达到稳定状态,双组分酸、碱和盐溶液由于受蒸汽压不断降低的影响,液滴温度不断下降;酸性溶液和盐溶液的蒸汽压随浓度变化趋势相近,酸性溶液和盐溶液浓度在70%的范围内,蒸汽压随浓度的增加呈缓慢下降的趋势,溶液浓度超过70%后,酸性溶液和碱性溶液的蒸汽压急剧下降;研究结果还表明在蒸发过程中,在液滴初始直径相同情况下,不同物性液滴粒径随时间变化基本相同,液滴直径随时间变化呈指数递减规律。

湍流分散系统中的液滴聚并

主要分析各向同性湍流中的液滴聚并过程且建立了一个模型，用以预测表面活性剂系统和纯净系统中的最小稳定液滴直径，该模型不含任何可调参数或经验参数．在此基础上，进一步研究了液滴尺寸分布和聚并效率．

对冲喷头喷雾场液滴分布特性试验

植保扇形喷头的喷雾扇形面内不同位置处液滴直径是不相同的,呈现接近于U形分布的中间液滴直径小而两侧液滴直径偏大的情况,这导致同高度水平方向上各点处的液滴在靶标上的沉积行为不同,致使防治效果存在差异。本文对出水口孔径1 mm和切槽角30°的对冲喷头喷雾场的液滴直径分布特性进行试验,该喷头是基于射流和撞击流耦合作用的新型喷头,发现对冲喷头在喷雾扇形面内的液滴直径呈现中间区域液滴直径较大且均匀而两侧液滴直径较小的特性,如喷施压力0. 4 MPa时在300 mm高度测试面上,喷雾扇形面内中间区域液滴直径在265～268μm,而靠近两侧边缘处的液滴直径在250～252μm,这有利于解决喷杆式喷雾机大田作业时液滴直径分布不均匀的不足;并对喷头这一特性进行理论分析,提出在分裂区的3次雾化(即扰动雾化、撞击雾化和振荡雾化)是引起这一特性的根本原因。同时采用径向不均匀指数对喷雾场的液滴分布均匀特性进行定量表征分析,发现径向不均匀指数能够总体反映喷雾场的非均匀特性,当喷施压力在0. 6～0. 7 MPa范围时,径向不均匀指数在0. 47～0. 51较小范围内变化,说明在该压力范围内工作时喷头喷雾场具有良好的液滴均匀分布特性。

喷淋液滴在空气环境下的运动特性

本文以喷淋液滴在空气环境下运动特性为工程背景,建立单个液滴在常温、常压空气环境中的动量方程,分析液滴沉降特性、追赶特性及运动轨迹行为。计算结果表明,不同喷淋液滴初始条件下,短时间内存在重力大于曳力和重力小于曳力两种情况,但最终减速液滴均会达到受力平衡状态;液滴离开喷淋头后,垂向位移均迅速增大,液滴粒径越大、初始速度越大,垂向位移增长的速率也越大,达到相同位移的用时越短;液滴尺寸、初始速度相差越大,液滴追赶所用的时间越短,追赶位移越小,液滴尺寸、初始速度越接近,液滴追赶所用的时间越长,追赶位移越大;液滴初始速度越大、初始直径越大、喷射角度越大,横向速度消失越慢,达到的横向位移越大,喷射液滴覆盖的面积也越大。计算结果有助于优化工程实际中喷淋系统的设计与布置。

低压双流体雾化的液滴与流场特性分析

对低压双流体雾化方式产生的气/液两相射流的喷雾宏观特性与液滴微观特性进行了研究.采用背光成像技术对喷雾宏观形态进行可视化观测,得到喷雾形态的演变以及外部扩散特性;采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对流场内的液滴速度和直径进行测量,并进一步分析液滴与气流的相互作用.结果表明:气/液混合射流产生的喷雾流场呈高度湍流状态,油、气质量比对喷雾的宏观特性和微观特性均有明显影响.液滴的索特平均直径(SMD)处于10~20μm范围内,最大液滴直径接近40μm.喷雾中的大尺度液滴难以发生剪切破碎,但存在进一步发生湍流破碎的可能.

液体随行装药内弹道计算中液滴喷雾模型分析

随行装药是一种能在最大膛压不变的条件下,通过提高膛压曲线充满系数,从而提高弹丸初速的新型技术。针对30 mm液体随行装药结构,建立内弹道零维模型,其中随行液体药采用喷雾燃烧模型。为了寻找较好的液滴直径计算模型,分别采用定直径液滴模型、气动破碎的变直径液滴模型以及破碎液滴直径呈正态分布的模型进行内弹道数值计算。结果表明,在最大膛压保持不变的条件下,3种液滴直径模型的数值计算结果均与实验结果基本吻合,液滴直径呈正态分布的模型计算结果最接近实验值。