Visual study on the characteristics of liquid and droplet in a novel rotor-stator reactor

Rotor–stator reactor(RSR), an efficient mass transfer enhancer, has been applied in many fields. However,the hydrodynamic characteristics of liquid flow in RSR are still a mystery despite they are fundamental for the mass transfer performance and processing capacity. In view of the above, this paper studies the liquid–liquid flow and liquid holdup in RSR under various conditions with a high-speed camera. The paper firstly demonstrates two flow patterns and liquid holdup patterns that we obtained from our experiment and then presents in succession a flow pattern and a liquid holdup criterion for the transition of film flow to filament flow and complete filling to incomplete filling. It is found that experimental parameters, including rotor–stator distance, rotational speed and volume flow rate exert great influence on the average droplet diameter and size distribution. Besides, by comparison and contrast, we also find that the experimental values match well with our previous predicted calculations of the average diameter, and the relation between the average diameter and the mean energy dissipation rate.

A Correction Algorithm for Atmospheric Visibility Based on Fog Droplet Size Data Obtained on a Moving Ship During 2016 Arctic Cruise

In this study, we measured the droplet size distribution(DSD) and visibility of sea fog using a fog droplet spectrometer and visibility meter, respectively, during the July 23-August 3 and August 22-September 13 periods of the 2016 Chinese National Arctic Research Expedition. We calculated the visibility using the Mie theory and the DSD data and then compared the calculated with the observed visibility. The comparison shows that the deviations in the calculated visibility caused by DSD data sampling errors cannot be ignored. During navigation, wind and ship speeds tended to push or pull the sampled air and cause turbulence pulsation, which influenced the sampling of the fog droplet spectrometer. This influence is weak when the liquid water content(LWC) is high but becomes stronger as the LWC decreases. Taking the sailing speed and heading into consideration, the wind speed component parallel and perpendicular to the air inlet of the fog droplet spectrometer exhibit different laws in the deviation. By performing a fitting analysis of the calculated and observed visibilities under different wind speeds and wind directions, here, we present two sets of correction coefficients for the two wind-speed components and a method for correcting the calculated visibility. This correction method shows excellent results.

不同环境背压和环境温度下的液氨喷雾微观特性

为以液氨为内燃机燃料来实现低碳化和零碳化,实验研究了液氨喷雾的微观雾化特性。采用激光粒径微观成像(PDIA)方法,使用单孔喷油器,在低喷射压力(1 MPa)、环境背压100、200、400、600 kPa、环境温度293、313、333 K下,进行喷雾实验。获得了液滴概率密度分布函数(PDF)、累计体积分布函数(CDF)、Sault平均直径(SMD)和液滴数量密度等微观参数。结果表明:液氨喷雾在低环境背压下雾化效果好,喷雾中小液滴数量多,SMD较小,增大环境背压,喷雾概率密度分布和累计体积分布曲线向大粒径方向移动,大液滴数量增加,液滴数量密度减小;液氨液滴概率密度分布、累计体积分布和SMD几乎不会随环境温度的变化而变化,但增加环境温度可以增强液氨喷雾的蒸发,环境温度高的时候液氨喷雾蒸发增强。

液体在横向气流中破碎的动量交换机制

液体射流的破碎是一个复杂的非线性动力学问题。为研究破碎过程中气液间的动量交换机制,利用Fluent软件进行数值模拟,得到不同气流冲击液体过程中动量交换量和动量交换效率的变化规律,并进一步通过VOF to DPM模型对规律进行了验证。结果表明:在气流速度为40~90 m/s,气流密度为1.177~7.356 kg/m^(3)的工况范围内,动量交换效率在62%~83%变化。气液之间的动量交换量随着气流速度的增大而增大,气体密度不变时,随着气流速度的增大,气液间的动量交换效率逐渐降低,最后趋于稳定;气流速度一致时,动量交换效率随气体密度的增大而减小,最后逐渐趋于稳定。在气流物性不变时,增大液体的密度和黏度均会导致气液动量交换效率的增大。将雾滴粒径分布作为液体破碎效果的计算指标,对动量交换机制进行验证,发现在气液动量交换量相等时,液体破碎后的粒径规律基本一致,最大误差为15.3%。

An experimental study of immiscible liquid–liquid dispersions in a pump–mixer of mixer–settler

Drop size distribution(DSD) or mean droplet size(d32) and liquid holdup are two key parameters in a liquid–liquid extraction process. Understanding and accurately predicting those parameters are of great importance in the optimal design of extraction columns as well as mixer–settlers. In this paper, the method of built-in endoscopic probe combined with pulse laser was adopted to measure the droplet size in liquid–liquid dispersions with a pump-impeller in a rectangular mixer. The dispersion law of droplets with holdup range 1% to 24% in batch process and larger flow ratio range 1/5 to 5/1 in continuous process was studied. Under the batch operation condition, the DSD abided by log-normal distribution. With the increase of impeller speed or decrease of dispersed phase holdup, the d32 decreased. In addition, a prediction model of d32 of kerosene/deionized system was established as d32/D = 0.13(1 + 5.9φ)We-0.6. Under the continuous operation condition, the general model for droplet size prediction of kerosene/water system was presented as d32/D = C3(1 + C4φ)We-0.6. For the surfactant system and extraction system, the prediction models met a general model as d32/D = bφnWe-0.6.

Droplet characteristics in the multi-staged high speed disperser with single inlet

Droplet characteristics in the cavity zone of a multi-staged high speed disperser with single inlet were studied in this paper. The influences of both the operating and structural parameters on the mean droplet diameter, size distribution and liquid flux distribution were quantitatively analyzed. The result showed that the mean droplet diameter decreased with the increase of rotational speed and the number of rotors;whilst there is little influence on the inlet flow rate. In the experimental range, the minimum value of mean droplet diameter is 0.57 mm, 0.48 mm, 0.41 mm in the two-staged, three-staged and four-staged rotors, respectively. The Rosin–Rammler(R–R) distribution could describe the droplet size distribution appropriately, and it became uniform with the increase of rotational speed and the number of rotor, while the inlet flow rate had little effect on the droplet size distribution. The liquid flux distribution curves were always unimodal. With the increase of rotational speed, the location of maximum liquid flux ratio moved from zone 3 to zone 4 and this value decreased from 22.1% to 18.1%. Using Coefficient of Variation(CV) to indicate the uniformity of liquid flux distribution, it was found that the CV decreases from 47.5% to 22.7%when the number of rotor increased from 2 to 4.

基于气液分离的天然气双入口优化设计

天然气井采出的天然气通常含一定量的液体,这些液体不仅会堵塞管线、阀门,影响流量计计量的精确度,而且还会腐蚀设备、管道、仪表,易引起振动,破坏管道结构,严重影响集输生产管道寿命与安全,因此需尽快对采出液进行气液分离。为此,根据油气田现场采出液工况,设计了双入口气液分离器,并采用欧拉多相流模型,耦合标准k-ε湍流模型,对分离器内部的流场分布和分离特性开展了数值模拟研究。研究结果表明:(1)由于双入口的存在,分离器入口处湍流强度较小,流动较为平稳,能够增加入口气液混合液的分层程度,减少分离器下部发生折返的气体流量,进而减少气体出口带液量;(2)当入口液滴粒径大于0.1 mm时,仅有极少量的气体从液体出口流走,能够取得较好的分离效果;(3)随着分流比的减小,液体出口液体体积分数迅速增加,气体出口液体体积分数缓慢增加;(4)入口液体体积分数的变化主要影响分离后气体的纯度,对分离后液体的纯度影响较小。结论认为,在实际应用过程中,对于液滴粒径较小的来液工况,无论入口液体体积分数如何变化,均应调节分流比小于入口液体体积分数,使其液位略高于液体出口,以提高气液分离的效果。

环境压力对气液针栓式喷嘴雾化特性的影响

气液针栓式喷嘴在变推力液体火箭中有重要应用。采取实验与数值计算结合的方法系统研究了不同环境压力下的针栓式喷嘴的液膜破碎过程、喷雾锥角、回流区分布、压力和液滴粒径分布等雾化特性,揭示了环境压力影响液膜破碎的3个因素:气流冲击、环境气体密度和环境压力对液膜挤压作用。结果表明:喷雾锥角会随环境压力增加而增大,但该趋势会随压力的增加而逐渐放缓。喷雾整体形态呈现锥形,喷雾中心区域存在低压回流区,回流区的液滴数目较少,但液滴粒径比较均匀。液滴主要分布在气液作用面,下游的液滴粒径较大,外部的液滴粒径比内部的大。液体火箭在启动的瞬间,燃烧室压力变化剧烈,可能导致喷雾锥角发生大幅变化,引起推进剂空间分布不均匀,对燃烧性能产生影响,因此要避免或减小较差雾化效果的燃烧室设计压力区间。

流道结构对管式气液雾化混合器性能的影响

管式气液雾化混合器可在有限的管式空间内将液体吸收剂雾化为微米级液滴,实现高效的气液混合,进而显著增大气液接触面积、强化气液吸收传质过程,是天然气甘醇法脱水技术由塔式向管式转变的关键设备。为提高管式气液雾化混合器内液体射流破碎和气液分散混合性能,基于初始流道结构,提出3种改进流道结构。结合试验测试和数值模拟方法,探究流道结构对管式气液雾化混合器雾化混合性能的影响规律,对比筛选出更为合理的流道结构。研究结果发现:雾化压降随气量增大而增大,随气液比增大略有减小;雾化液滴粒径随气体流量和气液比增加逐渐减小;相同工况下菱形锥+带凸台流道结构的液滴粒径最小,粒径分布集中在37~60μm,较初始流道结构的粒径减小40%以上;同时该结构的雾化液滴体积分数最高,较初始流道结构的体积分数增加5~17倍。究其原因,菱形锥结构有助于引导横向气流均匀流动,有效减少壁面黏附,起到增强液滴破碎和减小液膜厚度的作用;凸台结构有助于增强气液分散效果,降低液滴平均粒径,增加雾化液滴体积分数。所得结论可推动管式天然气甘醇法脱水技术早日实现工业应用。

BP神经网络的优化及应用研究

介绍对BP网络的结构和算法进一步优化的实验研究方法 ,并给出了有关隐含层数和节点数选择、误差构成方式设计以及再学习策略引进的研究结果。

新型扇形雾化喷嘴的实验研究

在对Y型喷嘴结构和雾化机理研究分析的基础上,设计了一种新型的扇形雾化喷嘴,并对该喷嘴进行了实验研究.实验测量了不同气、液压力下扇形雾化喷嘴的流量、雾化角和索特尔平均粒径及其在空间上的横向和纵向分布.通过对液流量用Y型喷嘴设计公式进行拟合,得到了公式中适合扇形雾化喷嘴设计的系数取值:μ=0.39,β=0.98.喷雾雾化角α大约在90o～98o之间,变化不大.喷雾的索特尔平均粒径在空间横向呈类似'W'的分布,在空间纵向呈逐渐降低并趋于稳定的分布.

茂名地区海雾的微物理结构特征

2007年3月16日至4月29日期间,在广东茂名海洋气象科学实验基地对海雾进行了连续观测,共取得51个雾滴谱样本,在此基础上分析了茂名地区海雾的微物理结构特征。观测分析表明:茂名地区海雾的雾滴谱分布符合Junge分布,平均数密度为57.1个/cm3,平均含水量为0.018 3 g/m3,算术平均直径为4.7μm,算术峰值直径为2.9μm。文中还比较了雾和轻雾情况下雾滴谱分布的不同特征,分析了能见度与含水量之间的关系。

新型垂直筛板液滴粒度的研究

本文采用电子探针法对新型垂直筛板（Ｎｅｗ ＶＳＴ）的液滴粒径进行了测试，研究了气相板孔动能因子和板上清液层高度对液滴Ｓａｕｔｅｒ平均直径的影响．研究表明，气相板孔动能因子是影响液滴粒度的关键因素：在罩顶，由于液滴是被气体夹带上来的，所以，随气相板孔动能因子的增加，液滴的Ｓａｕｔｅｒ平均直径增大；在罩间，随气相板孔动能因子的增加，液滴的Ｓａｕｔｅｒ平均直径减小．在罩间，随板上清液层高度的增加，液滴的Ｓａｕｔｅｒ平均直径增大．

天然气净化用旋风分离器气液分离性能

为了系统评价天然气净化用旋风分离器在含液量低时的气液分离性能,利用滤膜采样称重法和Welas在线测量法测量了旋风分离器在入口气速8～24m.s-1、入口液体浓度0.1～2g.m-3时的分离效率和粒径分布;对比了相同入口浓度下旋风分离器气液分离性能和气固分离性能的异同。实验结果表明,在入口气速为8～24m.s-1、入口液体浓度为0.1～2g.m-3时,旋风分离器的气液分离效率随着入口气速和入口液体浓度的增加而增大,而出口粒径分布范围变化很小;与气固分离相比,在相同的入口气速和入口浓度下,旋风分离器的气液分离效率要高2%～6%;另外,气液分离时出口液滴粒径不大于4μm,而气固分离时出口有大于10μm固体颗粒存在。

新型垂直筛板液体分散性能研究

液体分散性能是喷射型塔板重要的流体力学特性。文中在６００ｍｍ的有机玻璃塔上对新型垂直筛板的液体分散性能进行了研究。结果表明气相板孔动能因子、板上清液层高度和液体的物性是影响液体分散性能的重要因素，液滴粒度分布可以用上限对数正态分布函数来描述。

立体传质塔板CTST喷射特性的研究

立体喷射型塔板的喷射状况对气液两相接触面积有重要影响。在直径570 mm的冷模实验塔内，采用高速摄像仪对CTST的喷射过程参数进行了实验研究，并且基于不稳定波动理论建立了液滴群平均粒径的计算模型。结果表明：喷射孔气速是影响喷射锥角的关键因素，随着喷射孔气速的增加喷射锥角逐渐增大，当喷射孔气速超过7.5 m s-1时，喷射锥角趋于恒定，其数值稳定在55°左右。随着气速的增加喷射孔处液膜速度显著增大，而液体流量增加时液膜速度略有减小，越靠近喷射孔顶端液膜速度越大。喷射区域内液滴的分布密度接近于Rosin-Rammler分布，在喷射锥角为[20°，40°]区间内的液滴数量比较集中，随着气速和液体流量的增大，液滴分布密度逐渐趋于均匀。液滴群平均粒径随气速的增加而减小，随液量的增加略有增大。正常工作范围内，液滴群平均粒径为1.0~2.5 mm。

工艺参数对层状液晶乳液结构的影响

讨论了由聚氧乙烯醚失水山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、直链脂肪醇和挥发性物质组成的层状液晶乳液的制备过程中乳化时原料的加入顺序、乳化时间、冷却时搅拌速度及冷却时间对乳液的形态(脂质体结构,洋葱结构),特别是对乳液颗粒的粒径及粒径分布的影响。结果表明:乳化过程的时间对粒径的分布无明显影响;将水加入到含表面活性剂的油相中有利于形成完整结构的液晶乳液;冷却过程中的搅拌速度及搅拌时间对粒径的影响最大,为了得到较大颗粒为主的粒径分布,较佳冷却条件是搅拌速率在1 500 r/min、冷却60 min;慢速冷却有利于形成层间距较大的层状液晶,快速冷却易形成层间距略小的层状液晶。

新型垂直筛板液滴粒度分布及物性影响的研究

本文对新型垂直筛板液滴粒度分布及物性对液滴粒度的影响进行了研究，研究结果表明：液滴粒度分布可用上限对数正态分布函数来描述；液体物性中粘度是影响液体分散程度的主要因素，在罩顶空间，液滴的Ｓａｕｔｅｒ平均粒径随粘度的增加而减小，在罩间的结果则相反．

茂名地区海雾含水量的演变特征及其与大气水平能见度的关系

2008年3月16—19日,在广东茂名博贺海洋气象科学试验基地,利用美国DMT公司生产的FM-100型雾滴谱仪,连续观测了海雾的雾滴谱、数浓度等微物理量。在此基础上分析了海雾液态含水量的演变特征,并结合同期的气象观测与分析数据,进行了海雾中低能见度成因的天气学分析。研究表明,海雾发展过程中含水量有着上下起伏变化的特点;直径10μm以上雾滴的增多是含水量增大的主要原因;随着含水量的增大,雾滴谱分布有向大雾滴方向增宽的趋势,其峰值高度也不断增大。在相同的含水量区间,不同的大气能见度样本表现出明显不同的谱分布特征;在相同高数浓度区间的情况下,导致大气能见度降低的主要原因是含水量的增大。而海雾过程中低能见度的出现,是众多天气因素共同影响的结果:地面天气图上的均压场范围更大,大气低空及地面风速小,大气低层处于弱不稳定状态,以及高湿度层主要在近地层等等。

液体工质喷雾特性的测量与分析

借助粒子动态分析仪PDA系统,开展了HAN基液体推进剂模拟工质喷雾特性的试验研究,分别观测了单孔圆柱形射流和双孔对撞射流在大气中的雾化特性,研究了喷射压力、喷孔直径及喷射模式对雾化性能的影响,定量测试了喷雾场轴向、径向雾化液滴的索特平均直径D32和液滴速度v.结果表明,对撞射流与单股圆柱形射流相比,在喷雾场中下游空间里雾化液滴均匀度较高,液滴D32和速度v易达到稳定.