内混式造雪机雪晶粒径分布实验研究

为研究人工造雪的雪晶生长规律,利用激光粒度仪测量模拟环境室内人造雪的雪晶粒径,分析了雪晶粒径随落雪高度的变化情况以及气水压力比和环境温度对雪晶生长的影响。实验结果表明:雪晶粒径随落雪高度的增加而增大,且增大趋势逐渐变缓;在落雪高度为80 cm处,晶核生长至成熟雪晶状态,索特平均直径为57~73μm;此高度时雪晶粒径接近正态分布,气水压力比和环境温度对其影响较大:气水压力比为0.5 MPa∶0.4 MPa时,成雪效果好,雪晶粒径较大且分布更均匀;低温环境也能加快雪晶生长,随着环境温度的降低,小粒径占比减少,大粒径占比增多。

一种新型造雪核子器的数值模拟研究

基于造雪机核心部件核子器,建立了核子器物理模型与内流域模型,利用数值模拟方法对核子器的内流场进行了计算,针对该核子器重要参数混合室长度、核子器出口直径的变化,首先采用VOF模型研究了核子器内部气液两相分布情况,并使用DPM模型研究了上述参数对核子器雾化粒径的影响,分析了雾化粒径大小及其出现频率的规律,研究核子器受关键几何参数的影响规律,为核子器结构优化提供科学依据。模拟结果表明:核子器混合室长度对其雾化效果有较大的影响,出口直径对其雾化效果有一定的影响,该核子器达到较好雾化效果的结构为混合室长度30 mm、出口直径1.1 mm。

人工造雪技术现状与研究进展

人工造雪原理简单,但工艺过程复杂,对环境条件依赖性很高。近年来为实现“三亿人上冰雪”目标和举行“2022北京冬奥会”赛事,国家高度重视人工造雪技术创新。本文基于成雪机理,对常见造雪设备工作原理、评价指标、影响因素及技术发展历程等进行分析。晶核的形成是自然成雪的关键,雪花的生长特性与环境温度和水蒸气过饱和度有关。人工造雪技术的核心是通过节流制冷制造低温环境,催化晶核的生成,并以晶核为种子雪晶吸附破碎雾滴成长成雪花。湿球温度是人工造雪活动的触发依据,不同湿球温度下雾滴相变潜热和对流传热不同,普遍以-2℃作为造雪阈值。人工造雪技术的优化方向是核子器和喷嘴的结构优化、水源活性剂添加、外加预冷成核及智能化控制。我国人工造雪技术起步晚,未来须从“机理-技术-部件-整机-体系”进行全方位改进。

造雪机用旋流式喷嘴的雾化性能研究

喷嘴的流量、雾化锥角、雾化粒径等是决定室外造雪机成雪过程的重要因素。针对国产室外造雪机用旋流式喷嘴,本文基于VOF方法和RNG k-ε湍流方程建立了雾化模型,对水在喷嘴内的雾化过程进行研究,分析了入口压力和喷嘴内壁面光洁度对雾化效果的影响。结果表明:雾化锥角和液膜厚度对入口压力变化的敏感性较弱;雾化粒径随入口压力的增大而减小,粒径减小的主要原因是流体速度增加,液膜不稳定性增强,增强了液滴的二次破碎;喷嘴内壁面光洁度减小,雾化产生的空气涡减小,水雾化锥角减小,但有助于获得较大的雾化流量。