煤粉燃烧器径向旋流叶片最佳角度研究

煤粉旋流燃烧器外二次风旋流强度的大小由燃烧器结构和径向旋流叶片角度决定.根据径向旋流强度定义,建立了反映径向旋流叶片数量、角度对外二次风旋流强度影响的解析模型,从模型计算结果出发,得到径向旋流叶片最佳角度的确定和调整方法,最后在某电厂2070t/h锅炉上应用最佳叶片角度确定和调节方法.现场测试表明:通过将外二次风叶片角度调整到趋于最佳值,可以使锅炉高负荷时燃尽率明显提高,在低负荷时NOx生成特性得到改善,锅炉排烟损失降低.

面向双级旋流燃烧器的10kHz滤波瑞利散射测温和CH_(2)OPLIF测量研究

本文开展了常压下双级径向分层旋流燃烧器内旋流火焰的二维温度场及甲醛浓度场测量研究,发展了10kHz测量频率的滤波瑞利散射测温技术.首先,借助Hencken平面火焰炉构建了滤波瑞利散射信号与温度的校准关系.基于校准后的滤波瑞利散射系统,获得了旋流火焰的二维温度场数据:实验分析主要聚焦于甲烷-空气混合物在不同当量比(0.65至1.05)下的温度场变化.在当量比为0.85的单旋流火焰中,观察到火焰形状由V形向M形的转变,这归因于热扩散效应与空气热传导效应的相互作用.此外,在双旋流火焰中,研究发现相同运行条件下,值班火焰与主火焰在燃烧过程中发生从融合到分层的变化.本文详细描述了双旋流火焰分层现象期间的相平均温度场分布,并与瞬时CH_(2)O分布进行了对比.

综掘巷道径向涡旋运移对截割产尘污染的影响

为了掌握综掘巷道风幕运移动态过程对截割产尘污染的影响规律,以进一步提高风幕阻尘效率。采用数值模拟与现场实测相结合,研究分析不同径向涡旋强度和运移距离条件下综掘巷道流场结构演变和粉尘污染。研究结果表明:径向涡旋以贴壁旋流形式运移,随径向涡旋强度和运移距离增大,运移过程中分别形成偏向压风侧和轴向的支流,随后径向涡旋转变为均匀轴向流场,粉尘污染随之分别呈不断减小和先增大后减小的规律。掘进司机处粉尘质量浓度与径向涡旋强度和运移距离间分别满足玻尔兹曼分布Boltzmann模型和对数正态分布LogNormal模型。当径向涡旋强度为0.9,运移距离为30 m时,能够实现高效控尘,现场实测结果显示,掘进司机处总尘和呼吸性粉尘降尘率分别达到82.7%和78.3%,能够有效改善人员作业环境。研究结果可为煤矿综掘巷道粉尘污染高效控制与治理提供参考。

供气孔角度对径向预旋系统特性影响的数值研究

为降低航空发动机径向预旋系统的流阻,增加温降,研究供气孔内的流动特性,建立径向预旋系统三维模型,在不同预旋角和旋转雷诺数条件下,采用数值方法研究不同供气孔角度下预旋系统的特性。结果表明:随着供气孔角度的增加,孔内的旋涡逐渐减小,孔内流通性得到改善;系统温降系数增加,在高旋转雷诺数下增幅较大,最大可提高19.3%;供气孔的流量系数有显著提高,最大可提高64.9%,降低了系统的流阻,从而预旋喷嘴出口流量系数及系统无量纲质量流量均有所提高。

新型旋转射流多孔喷嘴流场的分析

设计了一种适用径向水平井技术的旋转射流多孔喷嘴。其前端面均布3个不同切向倾角15°、30°、45°的孔眼。利用数值模拟方法,采用RNG k-ε湍流模型对该喷嘴流场特征进行了研究,并与试验破岩结果进行了对比。结果表明,15°孔眼轴向速度较大,扩散性差,衰减缓慢,类似直射流,破岩效果适中;30°孔眼轴向、径向、切向速度均较大,扩散性适中,衰减较慢,其破岩效果最佳;45°孔眼虽具有较高切向、径向速度,但扩散性较强,衰减较严重,可形成较大破岩面积,但破岩深度有限;3个孔眼破岩面积在径向存在重叠,当喷嘴旋转时,可轨道扫描式完成联合破岩;不同倾角破岩效果不同,本试验中30°倾角的孔眼破岩效果最佳。流场数值模拟结果与实际破岩效果基本一致。

综掘工作面通风条件对径向旋流风幕阻尘效果的影响

为了提高综掘工作面径向旋流风幕阻尘效率,降低高浓度粉尘对人员作业区域污染,运用数值模拟与工程实测相结合的方法分析了通风条件对径向旋流风幕阻尘的影响规律。结果表明:随着风幕与工作面距离增加,风幕装置径向风量增大、通风系统压抽比减小,径向旋流风幕运移过程中更易于转化为风量与风速分布均匀的轴向阻尘流场,粉尘污染程度随之降低。拟合了高浓度粉尘扩散距离与各通风条件间的定量关系,结合实际生产条件,确定了径向旋流风幕阻尘较优通风条件为风幕距工作面30 m,风幕装置径向风量为270 m3/min以及通风系统压抽比为0.8。通过对模拟结果进行工程实测,验证了数值模拟的有效性,掘进司机断面粉尘浓度降至35.5 mg/m3,风幕阻尘效率达到了90.5%。

新型直旋混合射流破岩特性及机理分析

为了揭示直旋混合射流的破岩机理,开展了直射流、旋转射流与直旋混合射流的冲蚀实验,并利用3DPIV测试系统获得了3种射流的速度场,通过对比分析相同靶距下冲孔深度及射流速度沿径向的分布规律,揭示了直旋混合射流的损伤破岩特性。结果表明,直旋混合射流可消除旋转射流的中心低速区和冲孔的中心凸台,该射流沿径向的分布宽度和破岩直径大于直射流,射流结构可分为直射流区、强旋射流区、弱旋射流区和外围射流区。直射流区的冲击破岩能力主要取决于射流能量;强旋射流区具有较大的径向和切向速度,当对岩石施加径向张力和周向剪力且在其合速度小于直射流的情况下,该区破岩深度仍可达到直射流区破岩深度;在弱旋射流区,受直射流和强旋射流的共同作用,岩石强度降低,但当三向速度均较小时亦能有效破岩;外围射流区主要是通过返回流携带岩屑对孔壁起磨削作用。

带导流片的径向预旋系统流动结构数值研究

为探索提高预旋温降的途径,在光滑共转腔径向预旋结构的基础上,设计了一种共转腔内带导流片的径向预旋结构。对这2种模型开展数值模拟,得到预旋系统内部流场。通过研究得到以下结论:在径向预旋结构中设置导流片可以提高预旋温降,对提高发动机性能有重要意义;导流片的结构尺寸对温降有较大影响;导流片模型和光滑共转腔模型流场的主要区别在共转腔内,对导流片上游的影响范围有限;导流片将流经导流片间的流体整流到旋流比接近1,其间周向相对速度较小;哥氏力对导流片间的流动结构有重要影响。

径向湍流旋转射流的计算研究

本文对径向湍流旋转射流作了计算研究,考察了边界条件的不同取法对计算结果的影响,并与过去国外学者发表的实验结果作了比较讨论,再次证明边界条件的适当改变,对射流的渐近扩张速率有明显的影响,也有助于流场其它参数（如雷诺应力,脉动速度）预测的改善。同时我们也看到:（1）由于实验数据的误差;（2）也由于流场上游的边界条件不是实验测量的,除了湍流结构系数Y12F是作者凭经验估计的以外都是用的文献[2]的计算结果; （3）由于平均流动定常的假定;湍流应力的预测,特别是左边半幅和uw,还不理想。

空气系统径向内流引气的流动特性数值分析

对有/无导流盘引气结构的空气系统径向内流引气进行数值模拟,并对两者的流场和气流沿程总温进行对比分析。研究表明导流盘能显著降低气流的沿程总温,总温降高达40K,而无导流盘引气结构的总温降仅为10K。导流盘能减少气流的流动阻力,在小流量情况下的减阻作用更为明显。两种引气结构的旋流系数峰值随引气流量的增加而增大。在大引气流量下,带导流盘引气结构的旋流系数峰值高达3.0,其减阻优势严重削弱。通过对外作功和降低气流的旋转速度,导流盘具有减阻降温的作用,可以显著地提高空气系统的引气品质。

旋转径向孔流动特性计算模型

为满足空气系统一维仿真分析的需要,深入分析了影响径向孔流动特性的主要因素,建立了针对旋转径向孔的计算模型。模型考虑进气预旋和轴向错流的影响,并利用Simulink建立其仿真模型,计算径向孔的流量系数和空气流量。利用文献中的试验数据对径向孔流动特性计算模型进行验证。结果表明:在相同条件下,模型的结果与试验结果的最大误差不超过6.2%,最小误差约为0.3%。径向孔模型准确可靠,可以作为空气系统一维计算中的通用模型使用,能有效地提高建模和计算效率。

旋流自进式钻孔技术在瓦斯抽放中的应用研究

介绍了超短半径径向水平钻井系统的组成、旋流自进式钻头的结构及工作原理;分析了旋流自进式钻孔技术的破岩机理、钻进过程、钻进力、成孔直径和钻进深度。旋流自进式钻头应用于径向水平钻井技术,可以同一垂直孔中在不同煤层内完成多个水平钻孔,大幅度提高了瓦斯的抽放效率。

整体涡旋流畸变下的压气机失速机理分析

为了研究跨声速压气机在整体涡旋流畸变下的失速机理,采用数值仿真方法对Stage35进行了整级数值模拟,研究了叶片通道流场中触发压气机失速的关键因素,分析了不同转速下,叶顶泄漏涡和径向涡在旋流畸变条件下的变化情况。结果表明:同向整体涡能抑制叶背流动分离,使径向涡体积减小,叶顶泄漏涡减弱,叶顶通道堵塞程度减小,压气机稳定裕度增大;出现反向整体涡时,叶背气流分离加剧,径向涡体积扩大,低转速下,泄漏涡增强,堵塞区面积增大,高转速下,泄漏涡变化不大,但径向涡体积扩大引起流体向叶尖堆积,形成大面积的吸力面尾缘低速区,更容易导致压气机失稳。

径向水平钻孔直旋混合射流喷嘴流场特性分析

为解决高压水射流径向水平钻孔时孔径和孔深相互矛盾的问题,设计了一种兼具直射流和旋转射流特点的直旋混合射流喷嘴。运用数值模拟方法,采用RNG k-ε湍流模型对所设计喷嘴的内外流场进行了三维流动特性分析,运用高速摄影对射流结构和破岩特征进行了对比。结果表明,直旋混合射流喷嘴所形成的射流具有直射流和旋转射流特征,比锥形直射流喷嘴扩孔能力强、比旋转射流喷嘴钻孔深度大。直旋混合射流的轴向速度与直射流相比不存在等速核,与旋转射流相比轴心速度高,能够形成一定的钻孔深度,不会形成孔底锥起;切向速度沿喷嘴径向呈现"M"型分布,能形成较大的孔径;径向速度呈轴对称分布,存在明显的漫流层,有助于岩屑的脱离。流场特性模拟结果与实际破岩钻孔特征基本一致。

旋转磨料射流破碎碳酸盐岩成孔特性研究

采用流场可视化和地面大型物模试验研究方法,研究了旋转磨料射流流场和碳酸盐岩破碎特性。结果表明:旋转射流扩散性随着叶片扭转角度增大而增大;旋转磨料射流可有效破碎硬质碳酸盐岩,其成孔直径大且规则,壁面光滑,中心存在凸起;喷距为50 mm时,破岩直径达70 mm;在一定范围内,破岩直径随喷距、砂比的增加而增大,随喷嘴加旋截面积的减小而增大;连续送进条件下,旋转磨料射流可有效破碎锥形凸起,可连续破岩成孔,充分证明旋转磨料射流可高效破碎硬质灰岩。研究结果可望为径向水平井技术经济高效开发西部缝洞型碳酸盐岩油藏奠定基础。

径向水平井多孔自旋射流喷嘴设计及应用

为了解决目前常规射流喷嘴无法同时实现钻大孔和钻深孔的问题,设计了一种结构简单的多孔自旋射流喷嘴,并利用SIMPLEC算法对其流场进行数值模拟计算,分析了喷嘴的外流场特性,通过室内破岩实验研究了喷嘴的破岩机理,优选了喷嘴的结构参数。结果表明:多孔自旋射流喷嘴的无因次冲击区面积随定位圆半径的增大而增大,随倾斜角的增大而减小,随切向角的增大呈现出先增大后减小的规律。在倾斜角一定的条件下,切向角为16°时,无因次冲击区面积达最大值;在切向角一定的条件下,倾斜角为6°时,射流在冲击壁面形成较大的冲击区和速度较高的漫流区。定位圆半径4 mm、倾斜角6°、切向角16°的多孔自旋射流喷嘴可实现钻大直径深孔的目标,并取得了较好的现场应用效果,可作为一种新型高效的径向水平井射流喷嘴进行推广应用。

预旋进气位置对转静盘腔换热影响的数值研究

对具有不同预旋进气位置的转静盘腔内的换热进行了数值模拟.在进气流量恒定的条件下,改变预旋孔在静盘上的径向位置,研究了旋转雷诺数、预旋角、转静盘间距等参数对进出口气流的无量纲总温降和转盘换热效果的影响.研究表明:旋转雷诺数的增大和转静盘间距的减小都能够增强气流对转盘的换热效果;当预旋孔的径向位置增大时,无量纲总温降和转盘表面的平均努塞尔数都是先增大后减小,预旋孔存在一个最优的径向位置.

花瓣燃烧器流场特性分析与研究

采用三维贴体坐标结构化网格,对复杂曲面形状的新型旋流燃烧器(花瓣燃烧器)进行了三维的流场数值实验.模拟了旋流的衰减过程,分析了花瓣燃烧器的流场特点;首次给出了旋流燃烧器回流区的立体形状图,直观地反映了回流区的特性;分析了普通旋流燃烧器和花瓣燃烧器的流场参数,并对掺混系数进行了对比;通过花瓣燃烧器流场特性的研究得出,花瓣燃烧器的回流区是由径向回流区和中心回流区融合构成,端部呈花瓣状,所形成的特殊流场能够使煤粉颗粒从燃烧器喷入炉内后,不是首先向外扩散,而是迅速地进入回流区,与高温烟气迅速混合,形成稳定热源,为煤粉着火燃烧提供了前提条件,具有良好的稳燃性能.

综掘工作面双径向旋流屏蔽通风控尘机理

双径向旋流屏蔽通风是综掘工作面一种新型的通风控尘方式。为了获得该新型通风方式的控尘机理,以广西百色百矿集团某煤矿综掘工作面为原型,建立了综掘工作面双径向旋流屏蔽通风数值仿真模型。基于Fluent软件,采用Realizable k-ε湍流模型和DPM离散相模型相结合,对该种通风方式下的综掘工作面风流流场和粉尘质量浓度分布进行了数值仿真。结果表明:双径向旋流屏蔽通风可在工作面形成2道旋转风幕,即掘进机司机前方的1号风幕与转载点前方的2号风幕;1号风幕在吸风筒吸风作用下形成具有独特的伞形结构,可将掘进产尘屏蔽在掘进端头有限区域;2号风幕可将转载点处扬尘与掘进机司机区域分隔,保证司机区域不被转载点粉尘污染;综掘工作面双径向旋流屏蔽通风所产生的环形径向旋转射流能在巷道横断面形成稳定旋风,而且整个断面速度分布均匀,相较于传统的附壁风筒通风形成的径向风幕具有更高的强度和粉尘阻隔效率;双径向旋转风幕将综掘工作面的两大主要尘源(掘进机产尘和转载点扬尘)与掘进机司机区域有效隔离,阻止粉尘扩散至司机区域,为掘进司机提供一个良好的作业环境;吹吸流量比是影响该通风方式控尘效果的重要参数,司机处粉尘质量浓度随着吹吸流量比的增大呈现先降低后增大的变化趋势,并在吹吸流量比为1.5时达到最低值。

基于环空流场特性的变径稳定器参数优化研究

变径稳定器径向活塞不同的伸缩状态对环空流场会产生影响。为此,采用流体动力学研究不同状态下的环空流场特性并在此基础上进行结构优化。建立变径稳定器的流体动力学数值模拟模型,结合现场应用的变径稳定器参数,分析不同螺旋带参数和流体参数下的流体特性。研究结果表明:螺旋升角为55°左右时最优,螺旋棱截面对应圆心角对环空流场影响不明显,螺旋棱侧面倾角在5°~10°范围内较好,径向活塞为伸出状态时旋流流场表现更好;钻井液排量与旋流长度之间呈正相关、近似线性关系,钻井液密度较大时可以改善旋流衰减流场,但对切向速度和旋流长度影响较小。研究结论可为变径稳定器的结构设计与优化提供技术支撑。