基于最大熵原理的喷雾液滴粒径分布预测研究

液滴粒径分布是喷雾过程质量、动量和能量输运的关键参数,为确定喷雾中液滴粒径的分布,基于最大熵原理,通过平均直径约束条件,构建雾滴粒径数量概率密度分布的最大熵模型,应用环形鼓风喷嘴雾化的实验数据对液滴粒径分布模型进行优选。结果表明,构建的三参数和四参数最大熵模型的预测结果最为理想,预测的液滴粒径分布与实验值的相关系数均高于0.96,均方根误差均低于0.135。通过对比三参数和四参数最大熵模型预测结果的赤池信息准则数,表明三参数最大熵模型更适合喷雾液滴粒径分布的预测,应用不同类型喷嘴的雾化液滴粒径分布实验数据对三参数最大熵模型的适用性进行检验,结果表明模型的预测值与实验值吻合较好。最后将优选的三参数最大熵模型应用到Pratt&Whitney Canada公司制造的压力喷嘴喷雾液滴的粒径分布预测研究中。研究表明,构建的三参数最大熵模型,预测结果与实验数据基本吻合。

航空植保作业用喷头在风洞和飞行条件下的雾滴粒径分布

为了获得GP-81A系列航空喷头的雾滴粒径分布情况,该文针对GP-81A系列航空喷头进行了风洞条件和飞行条件下的雾滴粒径及分布测试,通过高速风洞测试系统模拟飞行时产生的高速气流开展了气流大小对雾滴粒径及分布的影响研究;基于农用航空常用的Y5B飞机开展了不同型号喷嘴航空喷雾时的雾滴粒径及分布研究;同时,比较了相近喷雾压力条件下,相同喷嘴在风洞条件和飞行条件下的雾滴粒径及分布差距。试验结果表明,风洞条件测试时,当风速小于33.8 m/s时,雾滴粒径随气流的增加而增大;而当风速大于33.8 m/s时,雾滴粒径随气流的增加而减小,足够大的气流可以使雾滴进一步雾化。当气流在33.8 m/s时,7#喷嘴雾滴粒径最大,为491.1μm;当气流在84.87 m/s时,2#喷嘴雾滴粒径最小,为202.1μm。该系列喷头的6种不同喷孔的喷头的雾滴粒径均大于150μm,说明该喷头航空喷雾时的飘移损失较小。在喷雾压力基本相同的条件下,风洞条件下的雾滴粒径测试结果略高于飞行试验结果,主要原因是距离喷头出口的测试位置不同。风洞条件和飞行条件下的雾滴谱相对宽度S值均较小,表明雾滴分布较均匀,而飞行条件下的雾滴分布更均匀些。该研究为进一步优化航空喷头的作业参数,开展减少雾滴飘移研究提供参考。

扇形喷头雾滴粒径分布风洞试验

利用开路式风洞系统和Sympatec激光粒度仪测试了参考喷头的雾谱尺寸以此作为喷头雾谱等级的依据。对扇形雾喷头在不同压力、风速、喷头与激光粒度仪距离情况下的雾滴粒径、数量和范围进行了试验。试验结果表明,压力、风速、喷头与激光粒度仪之间距离的增大,都导致扇形雾喷头的雾滴体积中径变小,尺寸小于150μm的雾滴占全部雾滴体积的百分比变大,增加了农药脱靶飘移的可能性,同时压力和风速的增大都导致部分喷头的雾谱等级降低。为了保证激光粒度仪对雾滴粒径测试结果的可靠性,可以使用风洞试验和调整喷头与激光粒度仪的距离,来减小因细小雾滴通过激光束过程中速度迅速衰减而对测量结果带来的影响。

气液两相流流型影响喷嘴喷雾形态及液滴粒径分布

为了获得气泡雾化喷嘴内不同气液两相流流型对喷雾形态及液滴粒径分布的影响规律,该文建立了气泡雾化喷雾可视化试验系统,采用试验方法获得喷嘴内气液两相流流型及宏观喷雾形态;该文建立了喷嘴内和喷雾场中气液流动模型。研究结果表明,泡状流时喷孔出口含气率呈周期振荡衰减且含气率较低,搅拌流时喷孔出口截面含气率脉动幅度及其变化较小且含气率较高(较泡状流高1倍);搅拌流时喷雾形态脉动不明显,喷雾半锥角分布比较集中,而泡状流时正好相反,搅拌流时喷雾半锥角在8°~14°范围内的占比超过70%,而泡状流不到40%。搅拌流时喷孔出口附近液滴粒径分布更加集中且随轴向距离增加分布范围变化更大,液滴平均粒径比泡状流小4%左右;在喷孔出口附近,搅拌流时液滴粒径标准差明显小于泡状流时液滴粒径标准差,较泡状流小30%以上;不同气液两相流流型时液滴粒径分布的差异随轴向距离的增加而减小。研究结果可为气泡雾化喷射技术的发展以及不同领域喷嘴内流型的合理选择提供一定的理论和试验依据。

旋流塔板上局部处的液滴粒径分布

建立了双探针法测量液滴粒径分布的新数学模型，并提出其实用的算法。在直径３００ｍｍ塔内，采用双探针法测量系统测定了旋流塔板上局部处液滴的粒径分布及频率密度，结果表明粒径分布可用上限对数正态分布函数描述，且得出了分布参数与操作条件的关联式。

最大熵原理预测气流式喷嘴雾化液滴粒径分布

以最大熵理论为基础,研究了在气流速度一定的条件下,液气质量比的变化对液滴粒径分布的影响。采用归一化条件、比表面积约束条件和大液滴约束条件,提出了适合三通道气流式喷嘴的液滴粒径分布的数学模型。该模型形式简单,模拟液滴体积分布结果与实验结果吻合得很好。

液滴粒径分布对空化射流破乳效果的影响

建立了空化射流破乳实验系统,确定了分析液滴粒径分布对空化射流破乳效果影响的实验方法,研究了液滴粒径分布对空化射流破乳效果的影响规律。结果表明:空化射流处理存在破乳和乳化两种相反的作用。对于含有较多大粒径液滴的模型乳化油废水而言,空化射流处理主要使模型乳化油废水进一步乳化,空化射流方法应用于含有较多大粒径液滴的模型乳化油废水破乳是不可行的;对于液滴粒径普遍较小的虹吸模型乳化油废水而言,空化射流处理能促进液滴的碰撞聚并,从而有利于虹吸模型乳化油废水的破乳,空化射流方法应用于液滴粒径普遍较小的虹吸模型乳化油废水的破乳具有一定的效果。

气液喷射器的不同液滴粒径分布特性研究

Rosin-Rammler分布函数是最常用的描述粒径分布的函数,首次采用分布拟合检验中的K.Pearson的χ2拟合检验法对常用粒径分布函数Rosin-Rammler分布进行检验,验证了在显著性水平为0.01,液体流率在0.16 m3/h～0.32 m3/h和气体流率在2.5 m3/h～10 m3/h范围内,气液喷射器的粒径分布特征符合Rosin-Rammler分布,并对Rosin-Rammler分布进行了初步探究。

高压细水雾喷头设计及雾滴粒径分布影响因素研究

喷头流量系数及工作压力是高压细水雾喷头的重要参数,不仅决定了其内部雾化旋芯结构尺寸,也决定了细水雾喷头的喷雾雾滴粒径分布。由理论计算得到喷头的设计尺寸,并通过对3种流量系数喷头(0.92,2.38,4.08)在3种工作压力(6 MPa,8 MPa,10 MPa)下的雾滴粒径分布测试,得到喷头流量系数和工作压力对细水雾雾滴粒径分布的影响。结果表明,理论计算的喷雾质量预估精确度可达94%,相同流量系数下,随着压力上升,雾滴粒径下降,雾滴粒径下限变小,雾滴粒径范围增大;相同压力下,随着流量系数上升,雾滴粒径增大,喷雾范围上限增大,喷雾雾滴范围增大。

双探针法测量液滴粒径分布的新数学模型

气液两相流中，液滴粒径分布的双探针测量方法是由Ｗｉｃｋｓ等于１９６６年提出的，但近３０年来进展缓慢。本文在探讨以前该法数学模型的基础上，提出一新模型。

喷雾干燥制备CL-20的雾化液滴粒径分布

为了研究喷雾干燥制备六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)过程中的雾化液滴粒径及其分布,建立了液滴平均粒径分布的经验关联式,并与CFD(Computational Fluid Dynamics)计算值进行对比,分析不同操作条件对雾化液滴平均粒径的影响规律。结果表明经验关联式对液滴平均粒径具有很好的预测性,以丙酮为溶剂时液滴粒径最小为2.009μm。同时用Rosin-Rammler(R-R)分布和对数正态分布对雾化液滴的粒径分布进行了拟合,研究表明液滴粒径分布更符合对数正态分布。

气流作业下雾滴粒径稻株间分布特性与风洞模拟试验

为探究气流涡旋作业方式对航空喷施雾滴粒径分布的影响,以XR Teejet 110015型压力式扇形航空喷头为研究对象,在风洞和田间环境中进行了雾滴粒径测试试验。风洞测试模拟田间环境风速设置气流速度,同时设置了3种喷施压力,使用激光粒度分析仪测量雾滴粒径。田间试验以四旋翼无人机为施药载体,对杂交水稻进行精准对靶喷施,并对各架次无人机旋翼气流与冠层互作程度不同所形成的涡旋形态对应的雾滴粒径分布特性进行了分析。结果表明:风洞条件下,各测试喷头均处于非常细的雾化等级,雾化性能良好且稳定;田间试验中,涡旋形态对雾滴粒径分布影响显著;3种涡旋形态下,小于200μm的雾滴粒径综合平均占比分别为73.52%、74.21%和84.20%,与风洞测试结果较为一致,但田间试验所得雾滴粒径值明显偏高;明显的涡旋形态与小范围涡旋形态雾滴粒径在作物各层位分布趋势较为平缓,各层雾滴体积中径变异系数均处于3.96%~10.66%之间,无涡旋形态各层雾滴粒径分布则体现较大的波动性,变异系数也较高,处于9.49%~17.11%之间,说明较为明显的涡旋形态有助于雾滴在作物冠层垂直空间的穿透,达到更好的施药效果。研究结果可为农用无人机田间精准喷施作业提供参考。

气液喷射器中不同粒径分布函数下液滴轨迹数值模拟

采用数值模拟的方法研究气液喷射器内液滴的运动轨迹,液相流场采用离散相模型。研究粒径和液滴速度对液滴运动轨迹的影响,探索了单一液滴和不同RosinRammler分布函数下液滴的运动轨迹。结果表明,气相旋转气流并没有对液滴的轨迹造成太大的影响,液滴仍是以接近直线的形式向前运动;离散相液滴最终的速度主要取决于气相速度,与液滴粒径大小、粒径分布和初速度无关;液滴的运动轨迹随着RosinRammler分布中均匀性系数的增加,液滴速度的增大和平均粒径的减小而发生改变,造成离散相液滴喷出趋向于集中和液滴相对远离壁面。

圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度数量密度分布相关性研究

压力旋流喷嘴被广泛应用于航空发动机、船用发动机、车用汽油缸内直喷发动机、燃气轮机等动力机械的燃油喷射系统中.以压力旋流喷嘴射流为研究对象,开展了圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度数量密度分布相关性问题研究.对于液体射流,以往的研究往往对破碎液滴粒径数量密度分布或速度数量密度分布进行单独研究,对于这两种数量密度分布之间关系的研究较少;从相关性的角度对圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度数量密度分布之间的关系进行研究.采用最大熵原理方法建立了圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度联合概率密度函数.对圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度联合概率密度函数进行了讨论,对圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径数量密度分布与速度数量密度分布的相关性问题进行了研究.研究结果表明,为了给出正确的圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度联合概率密度函数,射流守恒约束条件中必须同时包括质量守恒定律、动量守恒定律以及能量守恒定律;破碎液滴粒径的数量密度分布与速度数量密度分布密切相关;射流旋转强度对破碎液滴粒径数量密度与速度数量密度分布结构影响不大,对破碎液滴粒径数量密度和速度数量密度的分布区域影响较大.

M5型喷嘴喷淋液滴粒径分布实验研究

喷嘴是使液体雾化的重要装置,在很多领域都有广泛的应用。针对低温多效海水淡化技术中使用的M5型喷嘴的喷淋粒径分布特性,专门设计并建立了特殊的测量系统,进行了常温常压状态下单喷嘴的喷淋液滴粒径分布实验。实验结果表明:同一流量下,在喷淋液滴所形成锥体的横截面上,液滴直径分布成U形;随着流量增加,液滴直径变小,液滴直径分布更加均匀,同时喷嘴的喷淋角度变大;液滴粒径测量时,遮水板之间的间距为2 cm时的流动状况比间距为4 cm时的流动状况波动剧烈。

基于支持向量机的油滴识别及粒径分布特征提取算法

采用水下溢油模拟实验水槽装置模拟溢油工况,利用工业相机获取油滴图片,将图像分割后得到的油滴图片灰度值作为特征值,基于支持向量机(SVM)算法训练油滴识别模型,获得油滴的粒径分布特征。研究表明:SVM方法所训练模型在测试集样本识别中正确率为100%,在油滴图片识别中正确率超过95%,识别快速、结果可靠;处理相同数量的溢油图片,SVM算法比最大类间方差法(Otsu)用时更少,效率更高;处理204张油滴图片时,SVM算法的平均识别用时比Ostu算法快76.9%,累计识别用时比Ostu算法快74.5%。识别的油滴粒径在自然对数坐标系下呈线性分布,协方差R^2=0.8427,与经典的Rosin-Rammler粒径分布吻合。

气液喷射器中不同液滴粒径的反应过程模型

以缩芯模型和双膜理论为基础,把气液喷射器中不同液滴的粒径分布函数用于气液两相流中,推导出了气液喷射器中不同液滴粒径的反应过程模型。并对模型中的转化率进行了实验研究,通过与理论模型计算的转化率相比较,确定传质系数kg后,模型计算结果与实验结果吻合较好,具有较高的实用性。

基于最大熵原理的泄洪雾化雨滴谱研究

水电站在泄洪期间,会在下游空间形成大量的粒径大小各异的运动水滴,就构成了泄洪雾化液滴粒径的分布问题。目前泄洪雾化液滴粒径分布采用Gamma函数来描述,属于经验函数的方法,缺乏实际的物理意义。本文将最大熵原理应用于水电站泄洪雾化液滴粒径分布研究中,对挑流泄洪产生的液滴粒径分布进行了研究。研究结果表明:(1)Gamma分布计算的雾化液滴滴谱分布结果存在削峰特征,滴谱分布的众值直径(数量概率密度最大对应的直径)偏向于小粒径方向,且计算的峰值比实验值偏低。(2)仅通过质量守恒为约束推导的最大熵MEM分布的计算的滴谱分布的众值直径明显偏向于大粒径方向,且计算的峰值比实验值偏高。(3)本文构建的MEP分布模型计算的结果与Gamma函数和MEM分布计算结果相比较,均方根误差最低,决定系数最高,更加符合实测数据的变化趋势。

水喷淋液滴的动力学参数研究

本文详细介绍了喷淋液滴的一些动力学参数:(1)液滴动量喷淋的最大动量和体积流量与流量系数有关。水流碰到溅水盘和盘臂后,动量减少,其动量减少量约63%。(2)液滴粒径分布当液滴直径小于平均体积直径DV50时,分布符合log-normal分布,当液滴直径大于DV50时,分布符合Rosin-Rammler分布。(3)水流量分布对不同的喷头,其水量分布是不同的。有的喷头水流量沿径向逐渐降低,有的喷头中心地带流量最高。(4)液滴路径分析液滴越大,自由沉降速度越大,水平通过的距离越大。最后对喷头的进一步发展进行展望。

撞击法测试液滴研究及在湿法脱硫系统的应用

湿法脱硫系统除雾器运行优劣,关系到燃煤电厂烟气排放水平,需采用合适的分析方法对脱硫烟气中携带液滴的情况进行分析。使用撞击法(Impacting method)在工业试验装置上研究了湿法脱硫烟气中携带液滴的分布规律,介绍撞击法的采样原理、使用方法、数据分析与处理,并给出应用实例及撞击法在测试过程中的注意事项。研究结果表明,通过显微镜可观察并统计气流携带的液滴在撞击板上留下的印记(弹坑),根据其直径和数量可得出液滴粒径的分布,同时可以计算得到烟气中液滴的质量浓度,所得结果可为除雾器系统运行规律的研究和优化改造提供数据支持。