无铅焊锡合金粉末超音速雾化技术的研究

利用自行设计的超音速金属雾化成套设备成功地进行了无铅焊锡合金的雾化试验 ,获得了平均粒径为 6 .3μm和最大粒径小于 2 5 μm的超细合金粉末 ,同时考察了雾化温度对合金粉末粒度和形状的影响 ,并与亚音速雾化结果进行了比较 。

Hartmann共振管及超音速雾化喷嘴流场的数值模拟

采用基于Roe解法的有限体积法,对Hartmann共振管中的气体流场进行了数值模拟,研究了当喷嘴轴线处存在针型激励器的情况下流场的振动情况,数值计算的结果与理论和相关的实验结果符合得较好.计算结果表明移除或引入激励器,将会使Hartmann共振管的共振模式发生转换.通过对超音速雾化喷嘴流场的数值模拟,研究了其中Hartmann共振腔和二级共振腔共同作用下的振动现象以及各物理参数对振动的影响,并对喷嘴中气流从亚音速向超音速的转变机理进行了研究.

井下超音速雾化排水工艺适应性研究

近年来,超音速雾化成了低压低产井排液新工艺的热点,但从矿场应用情况来看,效果不尽人意。利用Fluent仿真模拟手段,建立了拉法尔管模型和普通喷嘴模型,数值模拟了两种模型在相同生产条件下的流动状态。通过对比分析,从机理角度回答了超音速雾化排水工艺是否能提升排液效果,为该工艺是否具备推广价值提供理论决策依据。分析结果表明,基于拉法尔喷管原理的超音速雾化装置能达到超音速状态,出口流速相对于普通喷嘴有大幅提升,但是这种效果的作用距离非常有限,相对于1000~2000 m井深来说显得效果很微弱。

CX609-1井超音速雾化排液采气先导试验及评价

新场气田主要采用泡沫排液采气工艺维持稳产,但存在起泡剂易乳化堵塞井筒或污染储层的问题.本文根据超音速雾化排液采气工艺原理,提出了该工艺在新场气田的选井原则,并开展了先导试验,为新场气田的排液采气提供了一种新手段.

超音速雾化排水采气工艺数值模拟与现场应用——以川西坳陷中浅层气藏为例

针对超音速雾化排水采气工艺在川西坳陷中浅层气藏应用缺乏理论指导的问题,开展了数值模拟研究及现场试验。首先,基于川西坳陷中浅层有水气藏生产井实际工况建立了超音速雾化喷管数值模型,围绕气井生产动态特征开展了喷管两相流数值模拟,并通过室内实验结果验证了模型正确性,通过求解获得了雾化喷管内部流体各相流动特征参数的分布。对气井生产特征参数以及喷管结构参数进行了敏感性分析,明确影响超音速雾化排水采气工艺应用效果的主控因素,形成了适用于川西坳陷中浅层气藏的超音速雾化排水采气工艺理论。研究表明:喷管渐缩段对于流体流动特性影响较小,而流体流经喷管喉部至渐扩段,各特征参数发生剧烈变化;气体流经雾化喷管被加速达到音速时,临界压力比值为1.35,该数值可作为判断工艺有效性的技术指标;入口压力对工艺效果整体影响较大,而产气量及气液比则主要通过控制喷管入口前井段的携液来影响工艺效果,被气流携带进入喷管内部的积液均在超音速气流作用下实现雾化。基于理论研究设计了施工参数,优选气井开展了现场试验,结果表明超音速雾化排水采气技术可实现气井节流稳压的同时强化见水气井的携液能力,改善井筒流态,降低井筒压力损失,对延长川西坳陷中浅层气井稳产期具有重要意义。

低压低产气井超音速雾化排水技术应用评价

川西气田中浅层气藏已进入低压低产阶段,90%以上的气井依赖泡沫排水采气工艺稳产,随着气井压力、产量降低,泡沫排水工艺效果逐渐变差,维护成本逐渐上升。2018年以来川西气田针对低压低产气井逐步开展了超音速雾化排水技术试验。试验结果表明,超音速雾化工艺可以有效降低低压低产气井维护成本,提高经济效益,适用于川西气田。

基于Fluent的超音速雾化防灭火发泡装置流场仿真

为了研究新型泡沫除尘发泡器中的关键参数和流动特性,基于流体力学建立了发泡器内产生两相流动力学方程,并确定了相应的初始条件和边界条件;结合实测泡沫流动力学参数,采用FLUENT软件模拟研究了不同入口压力下在发泡装置内流场分布和变化特性并进行对比分析;模拟结果表明:随着入口初始压力增大,装置内混合液压力、速度均增大,但当进气压力为0.7 MPa、进液压力0.3 MPa时,出口压力满足防灭火需要。模拟思路及结果为防灭火装置研究及开发提供基础参数。

超音速同轴气动雾化降尘技术

在煤矿开采过程中伴随大量的呼吸性粉尘产生,严重危害工人健康。喷雾技术作为应用最为广泛的降尘技术,具高效、清洁等优点,但现有的喷雾技术对呼吸性粉尘的捕获能力不强,雾化效率低。为解决该问题,研发了超音速同轴气动雾化技术。通过实验和数值模拟的方法对该技术的雾化特性进行了研究,并基于自行设计的降尘实验平台对比了超音速汲水虹吸气动雾化降尘技术与超音速同轴气动雾化降尘技术的降尘特性。同时通过2种技术的隔尘对比实验揭示了粉尘在超音速动力微雾幕作用下的沿程沉降机理。结果表明:在不同气动压力下,超音速同轴雾化降尘装置所采用的同轴探针注水方式大幅降低了探针结构对超音速流场能量的损耗,显著提高了雾化效率,产生了大量11μm以下、空间分布均匀的高速雾滴群,与虹吸雾化装置相比,粒径减小了12%~50%,在喷雾流场中形成了大范围高速细雾区域。雾滴场与粉尘场的耦合效果,可以由粉尘的瞬时分散度表征,并由雾滴场特性的分布特征决定。不同时刻,各个粒径区间的分级降尘效率的变化趋势不同,在不同压力下对总的降尘效率的贡献不同。超音速同轴雾化技术产生的大范围高速细雾易于捕集呼吸性粉尘,PM0~PM2.5的分级效率在75%以上,最高可达90%。压力的增大使高速细雾范围增大,有利于对微细颗粒的捕集。含尘气流在有限空间运移过程中粉尘在超音速动力微雾幕作用下的沿程沉降过程可划分为雾滴捕尘区、凝并沉降区、蒸发逃逸区。在不同区域雾滴与粉尘不同的行为与浓度分布,是受到喷雾气流及气载风流曳力运移,高速微雾碰撞捕捉、雾滴凝并沉降、雾滴蒸发失重作用的结果。

超音速气动喷雾技术噪声特性及致噪机理研究

超音速气动喷雾降尘是一种新型的微米级雾滴高效捕尘技术,在呼吸性粉尘治理方面效果良好,但造成的严重噪声污染不可忽视。为探究其噪声特性及致噪机理,研究采用试验的方法,利用YSD130噪声分析仪对超音速同轴雾化降尘装置噪声展开测定,通过对比不同工况下声源处气流噪声与喷雾噪声,分析其在不同压力、水流量下的频谱特性及变化规律。研究显示:超音速动力喷雾噪声以高频噪声为主,随着频率的增加,声压级增加,其噪声均值为110.1 dB,会造成人的听力系统受损。不完全的雾化会导致低频段(<500 Hz)的声压级增加,长期接触易引发神经衰弱、失眠、头疼等症状;更高效的雾化会导致中高频段(≥500 Hz)的声压级增加,长期暴露于该环境易引发声带疲劳、声带炎症等症状。在相同水流量下,随着压力的增大,超音速气动喷雾噪声的声压级呈先增大后减小的趋势。在相同压力下,随着水流量的增加,不同频段的声压级呈先增大后减小的趋势。气流能量降低和层间相对速度下降是噪声强度降低的主要原因。水流量为60 mL/min,气动压力为0.4 MPa时,噪声各项参数最大。研究结果丰富了气动喷雾噪声理论,可为超音速气动喷雾装置结构优化、噪声防治技术装备的研发提供理论支持。

超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化特性研究

针对传统雾化喷嘴喷雾捕集微小粉尘效率不佳的问题,利用自主搭建的喷雾特性和降尘效率测试实验系统,对比分析超音速虹吸式空气雾化喷嘴与内混式空气雾化喷嘴的雾化性能和降尘效率。研究结果表明:随着供气压力增高,雾滴粒径逐渐减小;雾滴粒径随喷嘴出口距离的增加而增大;最佳雾化条件下,超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化粒径更小且雾滴分布均匀;距喷嘴30~60 cm区域内,供气压力越大,雾滴速度越快,雾滴轴向速度衰减程度越小;距喷嘴60~90 cm区域内,供气压力越大,雾滴速度越快,雾滴轴向速度衰减程度越大;在最佳雾化条件下,超音速虹吸式喷嘴对全尘、呼吸性粉尘的降尘效率高达91.46%、90.77%,内混式喷嘴的降尘效率仅为80.31%、75.22%,超音速虹吸式空气雾化喷嘴对煤粉全尘与呼吸性粉尘的除尘效率更高,降尘效果更佳。

超音速气雾化高硅铝合金粉末高温加热组织及性能演变

本文利用超音速气体雾化法制备快速凝固高硅铝合金粉末 ,对合金粉末在不同温度加热处理后合金相组成、显微组织及显微硬度的变化特征进行系统研究。结果表明合金粉末在加热过程中 ,随着加热温度的升高 ,其组织中非平衡相逐渐转变为平衡相 ,同时有新的第二相沉淀析出 ,合金组织第二相在高温加热过程中有粗化趋势 ;合金显微硬度在低温加热时有下降趋势 ,随后升高温度不再下降 。

超音速气体雾化高硅铝合金粉末冷却速度计算

通过快速凝固技术制备合金材料,可以大幅度细化合金组织,其技术关键是提高合金液在凝固过程的冷却速度.本文通过对流换热原理对超音速气体雾化高硅铝合金粉末的冷却速度进行了理论计算,结果表明其冷却速度大约在104～107K/s之间,说明利用超音速气体雾化制备高硅铝合金粉末可以达到很高的冷却速度;另外,通过测定合金粉末内部凝固枝晶间距,并利用冷却速度和枝晶间距之间的经验关系,确定合金冷却速度,其结果与理论计算基本相符.

双激励超音速气体雾化喷嘴共振特性的数值研究

超音速气体雾化(ultra-sonic gas atomization,USGA))喷嘴是实现喷射雾化的重要装置,它能够产生脉动的超音速气流,获得较小的平均粒径和集中的粒径分布.在USGA喷嘴的共振管端部引入了主动的激励信号,组成双激励式超音速气体雾化器,并对超音速气体雾化器内部Hart-mann腔体气体流场在无激励/有激励情况下所产生的气体振动特性进行了数值研究.结果表明在主动激励器的作用下,超音速气体雾化器内气流的振动效果如振幅和起振特性等都得到了有效的加强.研究发现超音速气体雾化器存在多个气体受激振动的共振频率,其对应于两类不同的共振模式,"Hartmann模式"和"全局模式".双激励器信号的频率、激励幅度及相位差改变都能够有效地改变超音速气流的振动特性.研究同时阐明了Hartmann共振管和二次共振管在USGA喷嘴腔体内产生气体脉动时的联动特点.

超音速电弧喷射雾化银合金粉体的亚稳固溶扩展

采用超音速电弧喷射雾化（UAS）制备Ag-10Cu、Ag-28Cu、Cu-10Ag、Ag-10Ni和Ag-5Fe快速凝固合金粉末，用XRD对银合金粉末的亚稳固溶扩展进行研究。结果表明：Ag-10Cu、Ag-28Cu和Cu-10Ag合金粉末的平均亚稳固溶度分别为7．09％、20．11％和3．06％（摩尔分数）：当粉末粒度不大于50μm时，Ag-28Cu共晶合金粉末形成完全亚稳固溶体，而Ag-10Cu和Cu-10Ag未形成完全固溶体；Ag-10Ni和Ag-5Fe粉末（65～15μm）的亚稳固溶度分别为0．72％～1．30％Ni和0．29％～0．57％Fe，亚稳固溶度随粉末粒度减小而增加。合金生成热和冷却速率分别是判断亚稳固溶扩展能力的热力学参数和动力学参数，合金生成热越小、冷却速率越高，亚稳固溶度就越大。超音速电弧喷射雾化有利于降低合金生成热和获得很高的冷却速率，因此，银合金粉末获得大的亚稳固溶扩展。

超音速电弧喷射雾化银合金熔滴的传热与冷却

对超音速电弧喷射雾化Ag—Cu共晶型和Ag—Ni、Ag—Fe偏晶型合金雾化熔滴的传热与冷却进行了分析。考虑到熔滴冷却过程中，表面热传导存在上限，内部存在一定热阻，熔滴冷却应为近似牛顿冷却方式，在前人工作基础上，对牛顿冷却方式的换热系数和冷却速率的表达公式进行了经验修正，并用其它冷却速率测量方法进行了验证；计算了Ag合金雾化熔滴的换热系数和冷却速率，结果显示，超音速电弧喷射雾化快速凝固Ag合金粉末的冷却速率达到10^-K／s，表明超音速电弧喷射雾化工艺的冷却速率比常规气雾化法高得多，是制备高性能快速凝固合金粉末的新方法。

超音速电弧喷射雾化Cu-10Ag合金熔滴的快速凝固

采用超音速电弧喷射雾化制备了Cu-10Ag合金粉末,并用SEM和X-射线衍射等对合金液滴的凝固行为进行了研究;对凝固机制进行了分析。结果表明,粉末为球形颗粒,粒径分布主要集中在15～70μm之间,平均直径为45μm;液滴初始冷却速率为105～107K/s;凝固组织是由约含7%的Ag的富Cu晶胞和约含50%～60%的Ag的晶胞壁构成的胞状晶组织,随粉末颗粒直径由80μm减小到15μm,晶胞平均尺寸由约2μm减小为约1μm。

超音速电弧喷射雾化Ag-Cu合金粉末的快速凝固组织

采用超音速电弧喷射雾化制备Ag-28%Cu(质量分数)、Ag-10%Cu、Cu-10%Ag合金粉末;用SEM对合金粉末的凝固组织进行了研究。结果表明,Ag-10%Cu、Cu-10%Ag合金粉末的快速凝固组织为微晶胞离异共晶组织;粉末直径≤50μm时,Ag-28%Cu共晶粉末的快速凝固组织为单相亚稳固溶体;粉末直径>50μm时,Ag-28%Cu共晶粉末的快速凝固组织为芯部含有纳米层片共晶组织的亚稳扩展固溶体。

超音速汲水虹吸气动雾化降尘技术

煤炭行业受到高质量浓度呼吸性粉尘危害严重,常规湿式除尘方法针对性不足、捕集效率低、能耗高、可靠性差。为解决该问题,提出超音速汲水虹吸式气动喷雾降尘技术,并采用夫琅禾费衍射原理,测定其外雾场粒径分布;采用计算流体力学有限元方法,利用COMSOL软件Spalart-Allmaras与液滴破碎雾化粒子追踪模块模拟研究了试验手段无法获得的喷管出口0~30 cm处的近场雾滴粒径、雾场速度分布特性。通过与超声波干雾抑尘技术的控尘对比试验,得出该技术的控尘特性、控尘机理;通过试验研究得到了不同工况参数、喷嘴出口锥度对雾化能耗和降尘速率的影响规律,研究结果表明:所设计雾化降尘装置,在低至0.2 MPa的气动压力下,达到负压汲水虹吸的微米级、高动力雾化效果。在气动压力为0.6 MPa时,雾场粒径分布为1.00~21.87μm,喷嘴近场区域雾滴粒径10μm以下的数量浓度占百微米以下的90%,5μm以下的占80%;雾滴速度快、射程远,雾滴速度160 m/s以上的数量浓度占50%,50 m/s以上的占99%;耗气量与耗水量低,不同工况、开口锥度时,均随气动压力的增加而增大;喷雾角在60°~95°内,随喷嘴锥角的增大先增大后减小。降尘速率为超声波干雾抑尘方式的1.5倍,并随雾滴数量浓度、速度的增大而增加,瞬时效率提高了2%~26%;相同降尘效率时,采样滤膜上PM;以下粉尘占比减小24%;隔尘效果提高了10%。在敏东一矿06回风巷应用后,受到中心风速为0.86 m/s的风流扰动,依旧能将之穿透并覆盖全断面,对呼吸性粉尘的降尘效率达到了88.8%以上,证明该雾化系统可达到低湿、节水和高效的控尘效果。

综掘工作面高效断面喷雾净化系统的设计与应用

针对综掘工作面现有的除尘装置未能有效抑制粉尘,导致大量粉尘在巷道内扩散的问题,设计了一种高效断面喷雾净化系统HCS5-003.该系统采用超音速雾化喷嘴,在掘进面形成雾幕,对含尘污风进行阻隔。同时,形成与呼吸性粉尘粒径匹配的细水雾,迅速冲破呼吸性粉尘周围的气膜,达到快速浸润、凝聚、沉降的目的。系统配备过滤减压装置,提高系统稳定性、延长喷嘴使用寿命。在距离四通煤业综掘工作面15 m、25 m、45 m位置分别安装HCS5-003,结果表明:与巷道原有除尘设施相比,全尘除尘效率提高39.4%,呼尘除尘效率提高41.5%,除尘效率显著提高。

超音速电弧喷雾Ag-Ni、Ag-Fe粉末的快速凝固组织特征

采用超音速电弧喷射雾化制备Ag-10Ni、Ag-5Fe合金粉末,采用SEM对合金粉末的快速凝固组织特征进行研究。结合相图和X射线能谱(EDS)对快速凝固组织形成机制进行分析。结果表明:Ag-10Ni、Ag-5Fe粉末的快速凝固组织特征为α(Ag)+β(Ni)+Ni、α(Ag)+β(Fe)+Fe,α(Ag)、β(Ni)、β(Fe)为亚稳扩展固溶体;α(Ag)为树枝晶组织,二次枝晶间距约0.2μm;β(Ni)、β(Fe)是弥散分布在α(Ag)中的微纳米球形粒子;直径较大的β(Ni)、β(Fe)中互弥散分布着纳米α(Ag)和Ag。