基于多普勒粒子分析仪的生物柴油喷雾特性试验

柴油机燃烧过程直接决定了柴油机的动力性、经济性和排放性能,而燃油雾化的质量又是影响燃烧过程最重要的因素。该文研究了生物柴油及其调和油的雾化特性,在模拟气缸中,运用相位多普勒粒子分析仪(phaseDopplerparticleanalyzer,PDPA)测量系统对生物柴油及矿物柴油不同比例调和油的喷雾场进行了测量,得到了喷雾场中油滴的速度矢量和油滴直径。结果表明:在油束的核心区过后,喷孔直径对雾化影响比较大,小孔径的雾化效果好;喷油器不同的较小启喷压力(在常用启喷压力范围内)对生物柴油没有很大的影响;生物柴油的雾化效果不如柴油好,直观表现就是索特平均直径较大;油泵转速高,油滴的脉动速度就大,索特平均直径就小。

基于PDPA的双流体撞击式喷嘴雾化特性研究

使用自主搭建的一套基于相位多普勒粒子分析仪(PDPA)的开放式雾化试验台,开展了不同工况下双流体雾化流场的测试试验,研究了气体流量和水流量对雾化特性(包括喷雾锥角、有效射程以及雾滴粒径、速度、个数的分布)的影响。结果表明:随着气体流量的增大以及水流量的减小,喷雾锥角呈增大趋势,雾滴的索特平均直径(SMD)、速度以及个数均呈减小趋势,而有效射程随着气体流量以及水流量的增大而增大;随着轴向距离的增大,雾滴的SMD、速度以及个数均呈现增大的分布规律;随着径向距离的增大,雾滴的SMD呈增大的分布规律,而雾滴速度以及个数呈现先增大后减小的分布规律。气体流量和水流量对喷嘴出口与振动头之间区域的湍流程度、对冲现象有明显影响,进而显著影响雾化特性。当气体流量为0.8 m3/h、水流量为35 L/h时,与优化前(气体流量为0.95 m3/h、水流量为40 L/h)相比,SMD减小了21.50%,有效射程、雾滴速度、雾滴个数分别增加了10.26%、39.08%、61.54%,喷嘴雾化能耗降低的同时综合雾化效果得到了提升。

循环流化床中颗粒团聚物性质的PDPA测量

提出了一种利用相位多普勒粒子分析仪 (PDPA)来测量气固循环流化床中颗粒团聚物性质的方法 ,并运用此方法初步考察了操作条件对循环流化床稀相区中颗粒团聚物性质的影响 .在本实验操作条件下 ,颗粒团聚物的时间分率、频率、内部空隙率以及轴向速度等性质都存在轴径向的不均匀分布 ,具有较明显的环核特征 ;固体循环速率对颗粒团聚物性质径向分布影响不大 ,表观气速的变化可引起其轴向分布规律发生显著改变 ,但其径向的环核特性仍然存在 .

阀芯结构对双流体喷雾粒子特性的影响

为了研究阀芯结构对双流体喷雾粒子特性的影响,提升喷雾效果,运用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对不同阀芯结构的双流体喷雾雾滴粒径、轴向速度以及雾滴数目进行了测试,并对测量结果进行了分析和讨论。结果表明:随着轴向距离的增大,雾滴索特平均直径(SMD)、算术平均直径(AMD)呈先增大后趋于平缓的趋势,轴向速度以及湍流脉动速度均呈减小趋势,雾滴数目呈先增大后减小的趋势;随着气液压力比的增大,SMD呈先增大后减小的趋势,而AMD、轴向速度以及雾滴数目均呈减小趋势;阀芯的喉口直径、出口直径的减小均有利于喷雾效果的提升,但同时导致速度稳定性变差;当喉口直径为1.5mm、出口直径为2.5mm时,与原始阀芯结构相比,雾滴数目和雾滴轴向速度分别增大了82.43%和22.31%,SMD和AMD分别减小了52.18%和21.47%,综合喷雾效果得到了大幅提升。

PDPA移测架系统的研制与应用

对PDPA移测架系统的组成、功能及特点作了简要的介绍。通过应用表明:该系统的研制是成功的,系统运行稳定、可靠,激光测速系统可与移测架系统配合使用。

管内盐析两相流动的PDPA试验研究

管内伴有盐析两相流动的研究是了解盐析机理的重要途径。运用相位多普勒粒子分析仪(Phase-Doppler particle analyzer,PDPA)对层流状态下管内Na2SO4溶液的盐析流动规律进行了测量,并详细分析盐析粒子成核速度和溶液流动参数之间的相互关系。试验采用激光单点测量方法对管内充分发展的层流溶液不同截面进行非接触式两相流测量,测量结果表明,随着溶液过饱和度、流动速度及降温速度的变化,管内Na2SO4晶体的盐析速率均会发生不同的变化;盐析粒子的出现对管内层流场产生一定的扰动,扰动引起的湍流脉动提高传热效率从而又加快盐析粒子的形成;所运用的试验手段及分析方法将为研究盐析两相流、掌握动态盐析机理及输送盐溶液装置的优化设计提供一定的参考。

三维PDPA系统在Φ3.2m风洞中的实验研究

非接触测量的PDPA系统在Φ3.2m风洞中进行双三角翼速度场试验中 ,采用随测量点位置的移动而进行粒子投放。三维的光路布置则是采用安装在风洞外移测架的横梁上。实验结果表明 ,粒子投放的方法和光路布置及测量是合理的。同时指出 :粒子的投放应该在x/d >45处 。

水力旋流器速度场的PDPA测试研究

应用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对液液水力旋流器模型的内部流场进行了测试,分析了旋流器内部速度场的特点。通过进口流量的变化,测试了该模型的不同截面上的速度场分布情况。测试结果表明:随着流量的增大,旋流器轴截面上的速度都增大,旋流变大,有利于连续相和分散相的分离;旋流器中连续相和分散相速度分布趋势相同,但在管芯处,两者速度滑移明显。

喷嘴结构对喷雾特性的影响

为了解高压共轨喷嘴结构对喷雾的影响,试验采用三维相位多普勒粒子分析仪（PDPA）,在高喷射压力条件下研究了不同的喷嘴结构的喷雾粒径空间分布情况.结果表明：高压燃油喷雾的粒径分布呈现轴线大、两边小的趋势,并在喷雾边缘稍微增加;同时随着喷射压力的增加,喷雾索特平均直径（SMD）的分布呈现粒径减小的趋势,小粒径区域逐渐向喷嘴顶端靠近,喷雾雾化效果随喷射压力增加而改善.随着喷孔直径的减小,喷雾总体SMD呈减小趋势;当喷孔直径减小到一定程度时,进一步减小喷孔直径对喷雾雾化效果的影响逐渐减弱.孔径为0.18,mm的喷嘴,喷雾SMD随着长径比（L/D为3.89~5.00）的增加而增大;孔径为0.13,mm的喷嘴,喷雾SMD随着长径比（L/D为5.38~7.69）的增加而降低.

旋芯喷嘴高效雾化特性测量研究

分析了旋芯喷嘴的雾化机理,运用三维相位多普勒粒子测速仪(3D-PDPA)设备测量了旋芯喷嘴喷出的细水雾雾滴速度及索太尔平均液滴直径(SMD)。试验结果表明,压力低于2 MPa时,喷雾状况符合表面波破碎理论规律。压力高于2 MPa时,喷雾在短距离内由旋芯强制呈空心锥形,最终变为引射方式下的实心锥形。随着喷雾压力升高,空心锥形形状保持的距离缩短。在空心喷雾阶段,随着喷射距离的增大,细水雾的轴向速度和径向速度在喷雾锥边缘处降幂下降。喷雾锥内部雾滴均系从边缘散溅所得,因此在各截面中心处,轴向速度服从普通射流规律,不存在稳定的径向扩散速度。雾滴SMD在各截面均远小于100μm。

近十年来流动测量技术的新发展

流动是一种跨行业、跨部门、跨学科的现象.现代空气动力学、流体力学、热力学、水力学以及航空航天工程、水利水电工程、热能工程、流体机械工程都提出了一系列复杂流动问题,其中包括高速流、低速流、管道流、燃烧流、冲击流、振荡流、涡流、湍流、旋转流、多相流等等.这些流动都需要人们提供新的测量方法和新的量测仪器,使之能够适应单点向多点、平面向空间、稳态向瞬态、单相向多相方向发展.这就促使人们不断利用新技术,发展新原理,采用新结构和新工艺,以改善仪器性能,增强讯号处理能力,提高仪器的测量精度,同时简化操作技术,使之便于推广应用.近10年来,伴随着光纤技术、芯片技术、激光技术、数字信号处理技术,图形、图像处理技术以及计算机技术的日益成熟和完善,流速测量技术也随之得到了新的发展.木文就这些发展作一扼要介绍.

旋流式气/液同轴喷嘴常压雾化燃烧实验研究

利用相位多普勒粒子分析仪,对两种旋流式气/液同轴喷嘴进行了模拟实验研究,获得了冷流模拟条件下和常压燃烧条件下的喷嘴雾化参数分布,以及常压下喷雾流稳定燃烧的条件,分析了该型喷嘴的常压雾化燃烧特性。同时,使用红外热像仪测量了常压条件下喷雾流燃烧的温度分布,分析了火焰结构,定性研究了喷嘴形式和工况对燃烧性能的影响。

2,5-二甲基呋喃的喷雾特性及发动机适应性

2,5-二甲基呋喃(DMF)可作为一种可再生的汽油类替代燃料。为研究DMF在车用发动机中的适用性,该文采用相位Doppler粒子分析仪(PDPA)测试了DMF的微观喷雾特性,并在一台单缸直喷汽油机上进行了性能及排放测试。作为对比,同时对商用无铅汽油以及另一种汽油类替代燃料乙醇进行了相应测试。实验结果表明:DMF的喷雾特性与汽油相仿,而乙醇具有较低的喷雾油粒速度和较高的索特平均粒径;当使用DMF作为点燃式发动机燃料时,可以在高负荷采用更为提前的点火时间以获得更好的热效率,但总的来讲其等效油耗与汽油差别不大;另外,DMF的NOx排放较高,其他气态排放物与汽油接近。

圆柱水射流中的能量分布与统计特征

在13,15,17 MPa压力下,采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对自由圆柱水射流的轴向速度、轴向脉动速度和液滴粒径进行测量,对通过射流场中不同位置测量体的单个液滴特征进行统计分析,以获得单个液滴的轴向速度和对应的液滴数的相关特征,进而分析射流束中的能量分布.研究结果表明:在相同压力条件下,不同轴向截面上的轴向速度分布呈现一定的相似性,截面边缘处的轴向速度梯度较大;截面边缘处的轴向脉动速度较大,且随射流压力增加,轴向脉动速度增大.对位于中间点的测量体,具有较高速度的液滴占据绝大多数;对边缘处的测量体,液滴速度谱较宽.在不同轴向截面上,随射流压力的变化,对应位置的统计关系变化规律不同.在设定的第1采样时段内,在各中心点处测量体内采集到的有效液滴数相差不大.但穿越边缘点测量体的有效液滴数随射流压力和截面位置的变化极不规则.

直喷汽油机外开式喷油器的喷雾雾化特性研究

采用时间分割法对相位多普勒粒子分析仪(phase doppler particle analyzer,PDPA)测量得到的外开式喷油器的喷雾场粒子特征信息进行分析研究。研究结果表明:背压变化对于喷雾场内的粒子速度及直径特征具有明显影响。1.1MPa高背压条件下,无论是喷雾前端还是尾部,粒子平均速度的最大值不超过20m/s。背压增加使空气掺混质量流率也随之增加,空气作用的加强使粒子的直径分布范围扩大,粒径的标准差增加。在1.1MPa高背压条件下,喷油结束后(T阶段)粒子速度变为零,粒子算数平均直径(arithmetic meandiameter,AMD)和索特平均直径(sauter mean diameter,SMD)分别稳定在20μm和40μm左右。喷射压力增加能够促进油滴粒子的进一步细化,而轴针座锥角变大虽然对于粒子速度无明显影响,但使F、C、R三阶段的粒子SMD明显减小。

下行床弧面气固快速分离器内的颗粒运动

采用二维相位多普勒颗粒分析仪(PDPA)对下行床弧面气固快速分离器内颗粒相的流动进行了定量测量,得到了分离器内颗粒运动向量图、体积通量分布和粒径分布. 颗粒通过气固惯性的差别、弧面、挡板的碰撞导向和浓缩作用实现气固分离. 弧面附近颗粒体积通量有较宽的分布,但主要集中在靠近弧面处,对分离有利. 在横向气相曳力和湍流扩散的作用下,在弧面附近小颗粒向外围扩散,粒度分布逐渐形成双峰特征. 减小喷嘴宽度,可以减弱颗粒向外围扩散的程度,提高分离效率.

板式螺旋桨搅拌槽内的流场及其流动特性

以板式螺旋桨叶轮为例,采用相位多普勒粒子分析仪测量了直径为300 mm的平底圆筒搅拌槽内的流场;分析了时均速度、脉动速度及湍流动能的分布,以及叶轮离底间隙变化和挡板对流场的影响。结果表明:随离底间隙增大,叶轮区脉动速度和湍流动能增大,时均速度和脉动速度最大值位置向槽中心方向移动;主循环区轴向速度最大值随离底间隙增大而减小;叶轮区湍流动能较高,随离底间隙增大,湍流动能最大值增大,位置靠近叶轮端部;挡板阻碍槽内切向流动,影响湍流动能的分布,挡板前流场反映了叶轮区的湍流动能分布。

气/液同轴旋流式喷嘴雾化特性实验研究

应用激光相位多普勒粒子分析仪 ,对液体火箭发动机气 /液同轴旋流式喷嘴进行了冷流模拟实验研究 ,获得具有工程应用价值的实验结果。进而分析了该型喷嘴的雾化机理和雾化特性 ,给出雾化粒径经验关系式。

轴流桨搅拌槽内完全湍流的研究

为研究轴流桨搅拌槽内完全湍流状况,采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对MK和ZHX搅拌器进行流场测试,得到不同工况下的时均速度场分布。应用渐近不变性方法,选取适当的特征尺度,给出挡板处壁面射流的轴向速度相似剖面,确定用于评定槽内完全湍流界限的轴向速度分布曲线,建立了搅拌雷诺数与搅拌槽内完全湍流流动达到的高度之间的线性关系。结果表明,非全槽完全湍流状态下,槽上部会出现过渡流区;随雷诺数的增大,搅拌槽内完全湍流流动达到的高度增大;不同型式搅拌器的完全湍流流场所需的雷诺数不同,单层桨搅拌槽内达到全槽完全湍流需要很大的搅拌功率。

液体火箭发动机初始雾化液滴分布预测

在简要描述使用最大熵原理预测初始雾化液滴分布的基础上,发展了较传统方法具有更大收敛域的数值计算方法,建立了离心式喷嘴雾化特性研究实验台,使用激光相位粒子分析仪进行了雾化粒径分布研究,结果显示实验数据同使用最大熵原理预测的分布吻合性较好,在此基础上最后提出了在液体火箭发动机雾化粒径分布预测应用中的策略。