缩进长度对液液同轴离心喷嘴雾化过程的影响

为探究缩进长度对液液同轴离心喷嘴雾化锥角的影响,中心喷嘴工质采用N_(2)O_(4),外喷嘴工质采用偏二甲肼(UDMH),通过数值仿真获得了喷嘴内部流场的细节特征以及缩进数N对喷嘴雾化锥角的影响规律。结果表明:当N<1时,喷嘴的雾化锥角呈现先增后减的趋势;当N>1时,喷嘴的雾化锥角略微增大;当N=0时,UDMH与N_(2)O_(4)液膜之间会形成低压区,使得UDMH液膜张角减小,N_(2)O_(4)液膜张角变大,并在液膜末端贴合在一起,最终雾化锥角为外喷嘴与中心喷嘴雾化锥角的中间值;当N>0.85时,UDMH与N_(2)O_(4)会在缩进室内部发生明显的掺混,液膜变形程度加剧;当N>1.27时,缩进室会对内部混合流体起到整流作用,从而使其雾化距离增加。

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。

旋流起旋装置参数对散粮气力旋流输送特性的影响

为研究水平直管散粮长距离气力旋流输送特性,基于Realizable k-ε湍流模型,采用Fluent对不同螺旋角度和不同导流叶片长度条件下旋流起旋装置内部流场特性进行参数模拟。仿真结果表明,流场的速度随着螺旋角度的增大先减小后增大,之后再减小,由19.4 m/s减小到19.2 m/s,再增大到19.8 m/s后减小到19.6 m/s;随着叶片长度的增加而增加,由19.2 m/s依次增加到19.7 m/s。流场的静压力随着螺旋角度和导流叶片的长度的增加而增加,分别由191.1 Pa增加到584.2 Pa,和由267.5 Pa增加到304.0 Pa。当螺旋角度为25°且导流叶片长度为0.3 m时,流场的速度达到最高,为19.8 m/s,旋流场内所拥有的能量高于相同工况的其他流场,系统具有较高的输送效率。研究为散粮长距离气力旋流输送装备的开发提供理论基础。

旋流作用下的液膜初始破碎可视化实验研究

利用背光照明和高速相机,对强剪切气动雾化喷嘴出口雾化进行了可视化实验研究,探究旋流中的液膜初始破碎特性及一二级旋流对液膜初始破碎的影响。唯象描述了液膜破碎过程和模式,并分析图像获得表征液膜初始破碎特性的物理量:液膜破碎长度和径向拍振频率。实验结果表明:旋流作用下液膜破碎主要为液袋破碎和液丝破碎模式,这与平面液膜相似,且受工况的影响规律也相同,但旋流作用使得破碎过程和模式叠加,更为复杂。液膜破碎长度主要由一级旋流决定,二级旋向的影响可忽略。径向拍振频率认为是由Kelvin-Helmholtz(KH)和Rayleigh-Taylor(RT)不稳定机理共同主导,且受一二级旋流共同影响;此外,在大气流流量时,同旋更有利液膜失稳破碎,即径向拍振频率更大,而小流量时反旋更利于破碎。进一步由实验数据得到拟合经验公式,两者吻合良好,且发现径向拍振频率可能与旋流数之间存在关联。最终认为旋流作用下液膜更易失稳破碎,且一级旋流决定了液膜初始破碎的基本形态,二级旋流起强化剪切和辅助作用。

旋风分离器自然旋风长的试验研究

采用激光多普勒测速系统(LDV)对φ300mm、升气管直径为De=100、135和180mm的旋风分离器内气相流场进行了测量,主要分析了旋风分离器的自然旋风长。测量结果表明,旋风分离器内的旋转流呈现明显的衰减特性。沿升气管出口轴向向下,切向速度和轴向速度逐渐减小,对于直径100mm升气管,最大切向速度由2.55Vi开始衰减,并且最大切向速度的径向位置由0.28R逐渐向壁面移动,内部的刚性涡逐渐扩大,外部的准自由涡逐渐缩小,最终在轴向5.2D处最大切向速度点接近筒体壁面,准自由涡消失,此位置以下形成完全的刚性涡;对于直径135和180mm升气管,最大切向速度的值和位置也具有相似的变化。在此基础上,提出了旋风分离器自然旋风长的定义,即从升气管下口到准自由涡消失位置的距离为旋风分离器的自然旋风长Lc,依据实验结果给出了计算式(5)的关系式。最后通过分析旋风分离器内旋转流的衰减特性和两涡之间的能量传递过程,进一步说明了旋风分离器自然旋风长的物理意义。

钝体燃烧器环形后台阶预旋流动的数值研究

采用SST湍流模型对带旋流的三维环形后台阶的流场进行了数值分析,比较了不同孔阶比和来流旋流数对环形后台阶流场的影响.结果表明:在合适的边界条件和计算网格下,SST湍流模型对后台阶流动回流区长度的预测能力最佳;当来流旋流数为1.0时,钝体下游的中心回流区长度可以不受钝体孔阶比的影响,从而保证在多种工况下稳定的火焰;随着来流旋流数的增加,中心回流区长度接近正比例增加,来流预旋改变了钝体下游的流动结构,使轴向速度减小,速度峰值移向燃烧室的外侧壁面.通过对钝体孔阶比和旋流数进行联合优化,可得到合理的中心燃烧位置.

同轴旋流低NOx燃烧器空气动力场中一次风转捩长度

运用CCD摄像机对同轴旋转分层流低N0x燃烧器出口空气动力特性进行了可视化研究，对采集的图像进行了一系列处理。提出了一次风边界转捩长度的概念，并对其进行了定义，进而分析了一次风边界转捩长度的影响因素及其变化规律。研究结果表明：一次风转捩长度是一、二次风旋流强度和一、二次风风量比共同作用的结果，其大小范围取决于两者的配置；只有当两者处于合理配置时，燃烧器才能处于较好的燃烧工况。该研究结果为同轴旋转分层流燃烧器分层机理的研究打下了基础。

雾化气流脉动下乙醇喷雾旋流火焰特性

针对雾化气流脉动条件下乙醇喷雾旋流非稳态燃烧问题,开展了不同雾化流量下乙醇喷雾旋流火焰对雾化气流脉动响应特性的实验研究,揭示了不同脉动频率和脉宽时长下火焰长度和抬升高度的响应特性,获得了乙醇喷雾燃烧在雾化气流脉动条件下的火焰结构、温度分布等动态规律。结果表明:随着雾化流量增加,旋流火焰由附着演化为抬升;此外,雾化气流脉动影响乙醇的雾化过程,从而使附着火焰的火焰长度和抬升火焰的抬升高度发生同频振荡;在相同的实际雾化流量下,雾化气流脉动使得附着火焰平均火焰长度和抬升火焰平均抬升高度增加;同时脉动直接改变了液滴速度、尺寸和空间分布,促进了乙醇的氧化燃烧,使得整体释热率增加,而不同频率的脉动,对喷雾火焰的释热几乎无影响。