Experimental Analysis of the Flow Characteristics of an Adjustable Critical-Flow Venturi Nozzle

The response of an adjustable critical-flow Venturi nozzle is investigated through a set indoor experiments aimed to determine the related critical flow rate,critical pressure ratio,and discharge coefficient.The effect of a variation in the cone displacement and liquid content on the critical flow characteristics is examined in detail and it is shown that the former can be used to effectively adjust the critical flow rate.The critical pressure ratio of the considered nozzle is above 0.85,and the critical flow control deviation of the gas flow is within±3%.Liquid flow can reduce the gas critical mass flow rate accordingly,especially for the cases with larger liquid volume and lower inlet pressure.The set of results and conclusions provided are intended to support the optimization of steam injection techniques in the context of heavy oil recovery processes.

大直径偏心型文丘里施肥器优化设计与试验

为改善现有大直径文丘里施肥器的吸肥性能,对其进行结构优化设计.基于大直径对称型文丘里施肥器(M型),对其改造设计为偏心型文丘里施肥器(P型).采用正交设计方法,应用数值模拟技术,以吸肥效率为评价指标确定P型文丘里施肥器最优结构参数组合,并对2种施肥器进行试验测试和数值模拟对比分析.结果表明最优结构参数组合为喉管进口直径17 mm、扩散角3°、喉管出口直径20 mm、喉管凹槽宽度4 mm、喉管直线段长度16.6 mm、喉管凹槽直径27 mm、收缩角23.5°.通过试验测试对比分析,经结构优化后的P型施肥器较M型施肥器的最大吸肥流量提高了21.4%;在进口压力为0.25 MPa时,最大吸肥浓度提升了约30.7%,最大吸肥效率提升了约13.9%.流场分析表明,相较于M型施肥器,在相同的压差条件下,P型施肥器更不容易产生空化,并且P型文丘里施肥器流态更加稳定,能量损失更小.可见优化后的偏心型文丘里施肥器能提高吸肥性能.

结构参数对气液下喷式喷射器性能的影响研究

喷射环流反应器是一种新型的气液或气液固接触反应装置,其中的喷射器结构会对反应器性能产生重要影响。文章采用计算流体力学方法,建立了文丘里型喷射器的数学模型,分析了吸气室、喉部和扩散段等结构对喷射器吸气量的影响规律。模拟结果表明:吸气室直径和气相入口方式对吸气量影响不大;喷嘴与喉部之间距离越小,喉部长度越短,吸气量越高;扩散段扩散角度在2~4°之间时吸气量存在最大值。

新型内藏式文丘里管空化发生器空化特性

为解决工业实际应用中串联文丘里管只有单级发挥作用,而并联文丘里管空间占用大且空化性能不佳的问题。提出了一种新型内藏式文丘里管,并采用数值模拟的方法针对该结构的空化特性进行研究,研究了入口压力、内部小型文丘里管入口角度、出口角度、喉径与管径比、喉径与喉长比等参数对其空化性能的影响,研究结果表明:随着入口压力的升高,管内空化发生面积逐渐增大,当压力达到0.7 MPa时,文丘里管内的空化性能达到最大;通过对内部小型文丘里管的不同结构参数研究确定,当入口角度为40°,出口角度为18°,喉径与管径比为0.6,喉径与喉长比为2时,新型内藏式文丘里管的空化性能达到最大。该研究可为新型内藏式文丘里管设计及其应用提供一定参考。

智能化气垫带式输送机性能测试平台设计

该文设计了一种智能化气垫带式输送机性能测试平台,通过调节气室入口的风压、风速,气孔排布方式、孔径及孔间距,可探究气室气压、气膜边缘风速及气膜厚度的变化规律。平台基于可控文丘里装置的反馈系统控制气垫带式输送机的气流,实验平台可以反映输入气流参数与形成气膜参数之间的耦合关系,将抽象的相关知识具象化,加深学生对气垫式输送装备的理解。

可调汽蚀文氏管调节精度影响因素的动态仿真

面向工程应用研究了可调汽蚀文氏管调节精度的影响因素,采用FLUENT中的Schnerr-Sauer混合流体空穴模型,对设计的可调汽蚀文氏管流量线性度、内部流动特性进行了动态条件下的数值模拟,并研究了偏心和反向运动对调节精度的影响。结果表明:可调汽蚀文氏管由于调节锥初始运动阶段并未进入喉部,导致汽蚀段长度增加从而降低精度;流量线性度在运动初期受节流面影响而降低,百分比流量在12%~70%范围内线性度最好,精度最高;流量变化速率对汽蚀文氏管调节精度影响在5%以内;调节锥偏心0.02 mm和0.05 mm时对汽蚀区长度调节精度影响在20%以内,而0.10 mm偏心时提高至40%,此时渐扩段汽蚀区产生偏移,压力分布不均,上侧增大而下侧降低,从而导致压力振荡;不同偏心值对喉部流量调节精度影响均在4%以内;调节锥反向运动会由于初始汽蚀段长度过短导致汽蚀特性减弱,汽蚀区变化速率减缓,流量调节精度影响在3%以内。

核电厂安全壳过滤排放系统文丘里洗涤器气溶胶净化性能分析

本文通过CFD数值模拟与实验相结合的方法,探讨了气相流速、系统压力对安全壳过滤排放系统文丘里洗涤器气溶胶净化效率的影响,并对系统运行提出指导性建议。研究表明,在0~20 m/s入口气相流速于0.1~0.6 MPa系统压力范围内,气相流速与系统压力的增大均可提高文丘里洗涤器引射能力,引射量的增大对气溶胶净化效率的提高具有促进作用。研究表明流速在16 m/s(即排放量3 519 m^(3)/h)之后净化效率达到最大值,建议系统排放风量应保持在3 502 m^(3)/h以上。

高精度文氏管调节阀流量特性仿真及试验

文氏管调节阀作为流量控制系统的核心组件,其流量特性对系统控制精度及稳定性具有决定性影响。研究了文氏管调节阀的流量特性,采用包络线法对阀芯型面进行了优化设计,并对优化设计结果进行了CFD仿真分析和试验验证。结果表明:抛物面型阀芯可实现调节阀通流面积与阀芯位移之间的线性变化;在出入口压比为0.5的工况下,CFD仿真模拟和调节阀水介质流量特性试验均验证了调节阀位移-流量曲线具有极高线性度,进一步说明了抛物面型阀芯设计准确有效。同时,通过可视化试验图像可知,由于空化流动状态发生改变,调节阀阀芯位移较小时流量系数曲线会出现剧烈波动。

文丘里(Venturi)吸鱼泵研究

介绍了文丘里(Venturi)射流吸鱼泵的结构、原理及应用。文丘里吸鱼泵无叶轮,靠水射流产生负压来抽送活鱼,输送过程中活鱼无损伤,每小时输送活鱼(鱼水混合)20 t,扬程5 m,效率高,适用于深水网箱养殖。

基于Venturi效应的两相流雾化喷嘴设计与性能试验

现有的两相流雾化喷嘴普遍存在着出口气流速度低、雾滴粒径大且雾滴粒径分布不均匀等缺点,不适合应用于设施农业的植物防治。为解决上述问题,结合Venturi阀芯可以产生高的气液两相速度差和负压吸水的效应,设计了一种基于Venturi效应的两相流雾化喷嘴。运用CFD数值模拟的方法分析了Venturi式两相流雾化喷嘴的流场密度、压力、速度及喷嘴出口平面速度分布规律,数值仿真结果表明,气压在0.2、0.3、0.4MPa时,对应的出口速度分别为338、410、426m/s;对试制的雾化喷嘴的物理样机进行性能试验,主要测试喷嘴的出气口风速和雾滴粒径大小与分布,探究不同气压对Venturi式喷嘴雾化性能的影响规律。试验结果表明,气压在0.2、0.3、0.4MPa时,对应的出口速度分别为345.5、425.7、437.4m/s,喷嘴出口速度的实测值与仿真值得相对偏差在5%以内;当气压在0.2、0.3MPa时,Venturi式雾化喷嘴的雾滴粒径在3~65μm内,达到85%以上,而当气压达到0.4MPa时,雾滴粒径在3~65μm内,达到98%;气压在0.2、0.3、0.4MPa时,分别为45.64、43.16、36.75μm,可以得出Venturi式雾化喷嘴的雾滴粒径细小,达到烟雾级且分布均匀;在相同水压下,随着气压的增大,雾滴粒径的D10、D50、D90和Dav均呈现减小趋势。该研究可为Venturi式两相流雾化喷嘴在植物保护领域的应用提供参考。

多孔介质-文丘里气泡发生器产气特性

将多孔介质发泡技术与文丘里气泡发生器相结合开发多孔介质-文丘里气泡发生器,以去离子水和空气为工质进行产气特性可视化实验研究,拍摄观察区域内气泡行为,分析多孔介质-文丘里气泡发生器产气规律,讨论水流量和气流量的影响规律。实验结果表明,与传统文丘里气泡发生器相比,在相同入口Reynolds数下,多孔介质-文丘里气泡发生器产生的气泡Sauter平均直径缩小25.3%~47.4%,标准差缩小24.4%~62.2%,说明改进的气泡发生器气泡Sauter平均直径更小,气泡粒径更均匀。水流量由5.01 m^(3)/h增大到14.98 m^(3)/h,多孔介质-文丘里气泡发生器产生的气泡Sauter平均直径由0.89 mm减小至0.29 mm,标准差由0.32 mm减小至0.085 mm;气流量由0.30 L/min增大到1.79 L/min,多孔介质-文丘里气泡发生器产生的气泡Sauter平均直径由0.33 mm增大到0.48 mm。说明水流量增大或气流量减小时,气泡发生器产生的气泡平均直径变小,气泡粒径分布更均匀。相关研究成果可为文丘里气泡发生器的优化提供新思路。

文丘里洗涤器内气液两相流的压降特性研究

通过实验和CFD数值模拟相结合的方法,研究文丘里洗涤器内气液两相流压降特性。实验测量不同喉管长度、气体流量、液气比和喷嘴喷淋形式下,文丘里洗涤器压降的变化规律;建立CFD数值模型并验证其可靠性,考察文丘里洗涤器内液滴速度和浓度、管内压力和湍流强度的分布规律。研究结果表明,文丘里洗涤器内气液两相压降随气流量和喉管长度增加近似呈线性增加;采用轴流实心喷嘴产生的压降要大于采用轴流空心喷嘴产生的压降;压降随液气比增大而增大但不同液气比下变化速率不同;喉管段加速液滴和扩张段湍流强度的增大是长喉管和高气液比下压降大的主要原因。

文丘里空化器非定常空化流动能量指标构建及分析

为了研究文丘里空化器内非定常空化流动诱导的能量特性,构建了一种评估空化能量指标的物理模型,并基于Wall-Adapting Local Eddy-Viscosity(WALE)亚格子模型的大涡模拟方法(LES-WALE)和Schnerr-Sauer空化模型,对文丘里空化器内的空化流动特性进行了数值分析,研究了3种空化阶段下(σ为0.76,0.51和0.26)文丘里空化器内空化能量分布规律.研究表明:LES-WALE湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型联合的数值计算方法可以对文丘里空化器内片状空化对称脱落及云空化溃灭的细节进行精确捕捉;随着空化数的降低,文丘里空化器内空化能量呈现范围及对应数值逐渐增大,在不同空化阶段下,计算域内空化能量的极值发生在片状空穴末端位置处;沿着整个文丘里空化器壁面,其喉部与扩散管连接处存在的空化能量最高,表明该处极易受到空化的破坏作用.研究结果为以文丘里空化器为典型代表的水力空化装置空化能量特性研究提供了一种有效的数值计算方法及能量评估指标.

基于大涡模拟方法的可压缩空化流流场数值模拟分析

针对可压缩空化流流场细节特征,对空化的回射流机制与凝结激波机制下的空化云演化过程进行大涡模拟。通过对比文献实验数据验证了可压缩空化流数值模拟方法的可靠性,并分析了空化数σ、CN空化数、St数和压力损失系数K等无量纲参数,发现数值模拟对空化流压力-速度耦合计算的准确性方面还有待进一步提升。两种空化机制情况下,涡环生长是空化云脱落后耗散过程,涡环溃灭成游离涡是耗散结果;通过大涡模拟实现两种机制下的空化模拟,对比发现回射流机制的空化的无量纲参数偏差较少,凝结激波具有一定偏差;凝结激波的功率谱密度分析发现满足-7/3标度律,回射流满足-5/3标度律。

基于可调文氏管的液氧流量闭环控制特性研究

针对液氧供应系统流量精准控制困难的问题,开发了一套流量闭环控制系统并应用于液氧供应系统中。为实现系统按预设目标流量进行输出,进行了四类试验:无控制试验、流量闭环控制试验、PID参数影响试验与流量阶跃调节试验,研究了贮箱压力、液氧温度、针锥位置、调节范围与PID参数等因素对液氧流量闭环控制特性的影响。结果表明,通过反馈实时测得的液氧质量流量,流量闭环控制系统控制可调文氏管节流面积变化,实现了液氧流量±1%的精准控制,解决了由于系统压力波动及液氧温度变化等原因导致的液氧流量供应不稳定的问题,并实现了液氧在5∶1流量变比内的精准阶跃调节。

文丘里施肥器在水肥一体化精准灌溉中的应用

文丘里施肥器具有便宜、耐用、应用广泛等优点。通过对比几种施肥器施肥方式,分析了文丘里施肥器应用上的局限性,提出了适宜的解决方法,为精准控制施肥,进一步推广水肥一体化精准灌溉技术模式的应用奠定基础。

文丘里洗涤器单气相压力损失特性研究

文丘里洗涤器结构简单、造价低廉、除尘效率高,是对煤炭地下气化产出的粗煤气进行分离净化处理的可靠设备。为了优化文丘里洗涤器的结构和工艺,尽可能降低能耗,通过实验和计算流体动力学数值模拟相结合的方法研究文丘里洗涤器单气相压力损失特性。实验测量不同气体体积流量和喉管长度下,文丘里洗涤器内的总压降,并基于验证的数值模型确定文丘里洗涤器收缩段、喉管段和扩张段的阻力损失。研究结果表明,文丘里洗涤器内单气相压降随气体体积流量的增大呈指数增加,随喉管长度的增大呈线性增加。结合实验测量和数值模拟结果,基于理论分析拟合获得文丘里洗涤器单气相压降计算公式,为工业中计算文丘里洗涤器内单气相压降提供了参考。

燃油超低NO燃烧器结构的大涡模拟

采用Fluent软件的大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法,对3种旋流非预混低NOx燃烧器进行数值模拟,分析它们的温度、速度场和污染物排放特性,探讨燃烧器结构对涡旋与火焰相互作用的影响。研究结果表明,旋流内置结构和旋流文丘里结构能有效降低燃烧温度,最高温度降幅可达300 K;超低NOx燃烧器的NOx生成主要集中在炉膛中下游区域。与常规旋流结构相比,旋流文丘里结构和旋流内置结构的NOx排放量分别降低了13.77%和12.32%,其中旋流内置结构的NOx排放量最低为11.9 mg·kg^(-1)。在炉膛出口处,旋流内置结构的碳烟排放量较常规结构降低了5.56%,降至20.4 mg·kg^(-1),而旋流文丘里结构的碳烟排放量则上升了18.06%,表现不佳。

真空气力输送泵研究及应用

为实现地下隧洞施工高效排污及排渣,开发了一款适用于掘进机设备的真空气力输送泵系统。详细介绍了气力输送系统及组件,通过负压吸送、正压压送方式实现污水、泥渣、固体颗粒等气力输送,实现无旋转叶轮部件的流体输送。采用CFD方法,运用Fluent软件对气体喷射器结构仿真分析得出设计参数,运用EDEM⁃Fluent流固耦合仿真方法探究渣石与空气或水输送状态,得出使用边界条件,有效指导了设计及应用。同时真空气力输送泵系统提高了地下隧洞掘进效率和隧道文明施工水平。

临界流文丘里管在燃烧加热器流量控制中的应用研究

燃烧加热器可用于高温高超声速风洞中高焓试验气流生成,为了实现总温、总压等参数模拟,需要对注入燃烧加热器的各组分气体流量进行控制。该文采用了临界流文丘里管用于注入燃烧加热器的空气、氧气和氢气流量控制,仿真结果表明,当文丘里管上下游压力比超过1.25后,其喉道形成音速截面,达到临界流状态,在喉道直径和气体介质不变的情况下,流入文丘里管的流量唯一取决于上游压力,通过对文丘里管上游压力的控制实现了注入燃烧加热器的各组分气体流量控制,应用于Φ600 mm高温高超声速风洞模拟参数控制,调试结果得出流量控制偏差小于±1.0%,满足了应用需求。