异形喷嘴撞击流混合器涡特性及混合性能数值模拟

为了研究撞击流混合器不同形状喷嘴的流场涡特性及混合效果，利用数值模拟方法对不同工况下的流场进行分析，得到不同喷嘴撞击流混合器的速度场、涡量场、涡结构以及浓度变异系数的变化规律，揭示不同形状喷嘴对撞击流混合器混合效果的影响。结果表明：喷嘴出口截面为圆形、等边三角形和正方形的撞击流混合器轴向速度为“V”形分布；喷嘴截面为圆形和正方形的撞击流混合器径向速度为“M”形分布。等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器产生的流向涡数量多、强度大并且产生的涡旋结构的连续性更高，分布范围更广。相同工况下等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器混合效果明显优于圆形喷嘴和正方形喷嘴混合器，最快达到混合均匀。     

基于FLUENT干冰清洗喷嘴气固两相流场仿真研究

本文利用FLUENT软件对圆柱型喷嘴的自由射流流场进行了仿真研究,分析了喷嘴轴线上压力及速度的变化原因以及干冰颗粒的运动情况,发现膨胀波和斜激波的交替出现是影响干冰颗粒速度的变化的最主要原因。结合模拟干冰清洗的碰撞过程的仿真结果,分析了板激波出现的原因,为确定干冰清洗最优靶距提供理论依据。     

低压水射流空化喷嘴油管清洗数值模拟与试验研究

油管内壁结垢、结盐、结蜡、锈皮、稠油堆积等现象会造成内壁空间减小,增大了输油阻力,耗费了大量的电能,严重时甚至造成油管堵塞。为了揭示空化射流清洗油管的清洗机理,研究空化射流喷嘴的射流特性,提出了一种角形空化喷嘴模型。课题设计制造了低压空化水射流油管内壁清洗实验台,利用空化产生的气泡在破灭瞬时产生高温高压来清洗油管内壁。实验台采用电动控制小车在滑道上前后限位行走,转杆带动前端空化喷头在油管内壁进行旋转喷射,低压清洗油管内壁。采用ICEM软件进行了模型的网格划分,采用VOF模型对空化喷嘴内部流场进行了数值模拟,得到了速度场、压力场、气相体积分数的分布规律。通过高速摄像机拍摄了清洗内壁过程,模拟结果与试验验证结果符合良好,效果显著,既降低了高压设备清洗带来的危险,又降低了高压射流带来的不必要的成本。研究结果表明:进水压力在11~13 MPa左右时,喷嘴空化性能和冲洗效果最好;射流液体的温度对空化的影响较大,在50℃附近时气体含量开始起主导作用。该研究成果对于油管清洗实验台及喷嘴选择具有一定的指导意义。     

气体通过纤维聚结模块的数值模拟研究

采用数值模拟的研究方法,利用Fluent软件,针对不同气速下的纤维聚结过程进行模拟研究,进而分析入口流速对其压力场和速度场影响的分布规律。发现在气体通过纤维聚结的过程中,纤维床层的压力场由入口至出口其数值缓慢降低,速度场呈现对称分布的趋势,且气体在通过纤维层时有明显的加速现象,气体在通过纤维层的间隙时速度最大。研究结论为聚结纤维模块的设计提供了科学的参考依据。     

旋流喷嘴结构的模拟优化

采用CFD软件对旋流喷嘴内流场进行了模拟研究。首先分析了喷嘴入口截面形状分别为圆形、矩形时流体的速度分布、气液接触情况以及出口雾化效果,确定喷嘴的最佳入口截面形状为圆形,在此基础上进一步进行了喷口结构的优化,研究了无喉颈段喷嘴喷口直径分别为10 mm、7.5mm、5 mm时的流场分布情况,选取最适喷口直径为7.5 mm。模拟结果发现,在圆形截面入口喷嘴的基础上选取合适的喷口直径,可以得到连续性较好的空气芯,可改善气液接触情况,有助于出口液膜的减薄破碎,从而获得比较理想的流场分布情况和出口雾化效果。     

RESS法制备微细颗粒的喷嘴内流动特性的数值模拟

为了对RESS法制备微细颗粒过程中喷嘴内流体规律进行研究,通过对超临界流体快速膨胀法（rapid expansion of supercritical solution,RESS）流动过程的研究与分析,建立了喷嘴内超临界流体流动数学模型。对喷嘴内流场和温度场进行研究,考察了预膨胀压力、预膨胀温度、长径比等操作参数对RESS过程的影响,模拟结果表明,喷嘴内部的密度曲线在喷嘴入口段,几乎没有发生变化,而在直管段和出口膨胀段超临界流体密度发生急剧下降;随着长径比的增大,喷嘴内密度曲线变陡;随着长径比的增大,喷嘴出口处流体的温度都变小,过饱和度变大,结晶颗粒使得更为细小。该模型和模拟过程能够为实现制备均一微细颗粒的实际操作条件和优化过程参数奠定基础。     

超音速气液混合清洗方案设计与参数优化

工业的发展促使工业设备和零件逐步趋向复杂化,这对清洗工作提出了更高的要求。本文提出一种新型的超音速气液混合清洗方法并设计了相应的清洗装置。该装置主要基于拉瓦尔喷嘴加速原理,将压缩气体和液体在喷嘴出口处加速到2倍音速,利用超音速混合气液的冲刷作用达到清洗目的。与传统高压水射流清洗方法相比,可节省80%以上的用水量,并使清洗效率得到显著提升。首先基于热力学理论分析对超音速气液混合装置中的喷嘴方案进行设计;然后采用中值差分方法,利用MATLAB软件迭代计算不同喷嘴几何参数和不同工况下喷嘴内混合气液的速度分布,从而得到气液混合喷嘴几何和工况的最优参数。     

流化床管式分布器内流场模拟和布气性能分析

以催化裂化装置（FCCU）再生器的管式气体分布器为研究对象,对流化床管式气体分布器的布气性能进行了分析。首先,对气体分布器分支管内的流场进行数值模拟,计算结果表明沿分支管内气体流动方向,压力逐渐增大,截面流量逐渐减少,沿程喷嘴流量逐渐增大;同时分支管上游入口还存在着明显的偏流现象,从而导致了上游喷嘴的出口流量小于设计流量,下游喷嘴的出口流量高于设计流量,造成流化床内非均匀布气。然后,依据分支管的变质量流动特点,将一般变质量流动的动量方程用于分析分支管内的流动过程,表明分支管的流动过程属于“动量交换控制模型”,具有始端静压低末端静压高的特点,固有压力分布不均匀的特征。这种不均匀的压力分布导致了喷嘴布气不均匀和磨损等系列问题。最后,结合流化床内的压力特点,综合分析气体分布器的分支管压降和喷嘴压降,明确了喷嘴出口流量与分支管压力分布的关系,喷嘴临界压降与设计压降的关系,结论表明分支管的结构改进可以优化和改善分布器的布气性能。     

玻璃成形中锡槽保护气体的温度场和速度场数学模拟研究

在分析浮法玻璃成形中锡槽结构的基础上,建立了浮法玻璃锡槽结构中保护气体的三维数值模型,在锡槽顶部设置一对保护气体通入口,利用有限元模拟方法,对锡槽上部空间保护气体(N_2+H_2)的流动状况进行了模拟研究,通过数学模拟研究锡槽空间保护气体温度分布和速度分布规律,得出采用数学模拟的方法能够对高铝电子玻璃锡槽保护气体状况进行模拟,模拟结果显示锡槽内温度场和速度场状态与实际运行中规律基本一致。     

多喷嘴对置式撞击流反应器流场的数值模拟

为探讨多股撞击流反应器内流场的特点,利用Fluent软件对两喷嘴对置式和四喷嘴对置式撞击流反应器内流场进行模拟,研究了在不同工况下这两种撞击流反应器内的流场结构,设定进口流速分别为5 m/s、10 m/s、15 m/s、20 m/s、25 m/s。模拟结果表明,进口流速由5 m/s增加到25 m/s时,反应器内流体流动的平均速度及压力波动增大为原来的4.1倍和16.2倍,其速度梯度和压力平均波幅也增大为原来的5.0倍和25.4倍。通过对两种不同结构的撞击流反应器的比较可以得到四喷嘴对置式撞击流反应器内流体流动产生的速度梯度和压力平均波幅更大,其值都约为二喷嘴对置式撞击流反应器的1.2倍,因而四喷嘴对置式撞击流反应器内剪切力场更强,脉动更强烈,更有利于反应器内的湍动混合。     

换热器管箱内流场数值的模拟分析

设计了一种圆形分布板,采用CFD数值模拟方法,以管板处流场和压力场的均匀性作为衡量指标,研究了圆形分布板距管板不同距离时管板上流场和压力场的分布。模拟结果表明,圆形分布板能提高管板处流场和压力场的均匀性,对于所研究的管箱,当圆形分布板距离管板440mm时流场均匀性最好,压力分布也比较均匀。     

风琴管喷嘴淹没射流流场仿真研究

根据清洗要求的参数和风琴管喷嘴的设计模式确定了喷嘴的结构参数,利用Gambit软件完成模型的建立和网格划分,并利用计算流体力学的分析软件Fluent进行仿真研究.此次仿真研究主要从淹没和空化两个角度对射流的速度场、压力场进行了分析.     

泵体形状对单作用真空泵性能的影响分析

为了预测泵体形状对单作用双吸式真空泵性能的影响,采用理论推导的方法,对椭圆形泵体和分别以椭圆形的长、短轴为直径的圆形泵体进行了对比研究,并基于计算流体力学方法分析了椭圆形泵体内部液体的速度场、压力场和温度场分布情况。结果表明,与采用椭圆形的长轴长度和短轴长度制造的两个圆形泵体相比,椭圆形泵体在散热性能、吸气性能和排气性能方面都优于圆形泵体。在极限压缩比工况下,椭圆形泵体叶轮外部液体的速度分布较为均匀,泵体内部压力场由叶轮中心向边缘逐渐增大。此外,叶轮边缘的压力分布也是不均匀的,冷却介质的温度从入口到出口过程中逐渐升高,并在出口处易形成旋涡,降低冷却效率。     

基于Fluent的单排双孔空气变形喷嘴内流场模拟

以典型Hema型空气变形喷嘴结构为基础,设计了参数为α=30°、β=60°的单排双孔空气变形喷嘴,利用Fluent软件,采用SST k-ω模型对高压、高速可压缩的内流道气流进行三维数值模拟,来研究空气变形喷嘴内流道气流的运动特性。结果表明:等效温度下的高压气流在单排双孔喷嘴的内部气流存在较大的压力和速度梯度,在超音速湍流及激波的作用下,单丝被吹散并形成丝圈,变形效果较好,且简化了喷嘴结构,节省了制造成本。     

超声速气体浸没射流的数值计算和实验

从实验和数值计算两方面研究了超声速气体射流在水中的喷射过程.用高速摄影机拍摄了三维水下超声速气体射流的流场.针对实验工况,基于VOF方法,建立水下超声速气体射流的二维轴对称数值计算模型,并开展了相关数值模拟.成功模拟了射流初期气泡运动演化的复杂过程;分析了水下超声速气体欠膨胀射流的流场结构,包括流场的压力和速度等参数分布以及变化规律.数值结果与实验结果对比得知数值计算结果不仅与实验数据吻合较好,而且给出了实验中没有发现的激波、膨胀波等流场结构.     

喷气变形喷嘴变形机理的实验研究

喷气变形丝是以合纤长丝为原料,经过喷嘴在压缩空气的作用下加工而成。本工作从优化喷嘴结构设计和提高喷气变形丝的效果出发,对喷嘴的气流和变形过程作了一些实验研究。实验结果表明:喷嘴内产生强紊流是变形加工的一个必要条件,紊流室的大小和紊流强度的大小都将影响变形效果,缩放管出口处的超音速气流是牵引丝束的动力,也是激波形成的条件,同时又是提高变形速度的一个主要参数。丝束的超喂、给湿和出口处加挡体等工艺条件是提高变形效果的主要环节。     

天然气部分氧化炉的数值模拟

采用CFD模拟计算高温高压下天然气部分氧化炉。通过冷态模拟计算喷嘴端部区域的回流情况,并以此作为确定喷嘴结构的判据之一;通过热态模拟计算研究天然气部分氧化炉内的速度、温度、组分浓度分布,其出口气体组成和温度与通用过程模拟软件AspenPlus的模拟结果吻合。说明模拟结果是准确的,可用于辅助解决实际工程问题。     

新型蒸汽喷嘴数值模拟研究

根据蒸汽喷射器中出现的各种新型喷嘴,针对整流喷嘴、调节锥喷嘴、维托辛斯基曲线喷嘴和双层喷嘴进行研究,采用Workbench平台的Fluent软件,水蒸气为介质对同一拉法尔喷嘴基本尺寸模型下的各种新型喷嘴的内部流动在同样的工艺条件下进行了数值模拟;研究得出整流喷嘴、调节锥喷嘴、维托辛斯基曲线喷嘴和双层喷嘴出口速度依次增大。结果表明双层喷嘴提速效果好,维托辛斯基曲线喷嘴消除激波效果好,调节锥喷嘴可方便的调节流量及出口速度,而整流喷嘴不能消除激波且增加整流段长度会增加阻力损失。为喷嘴的合理选择及使用提供了一定依据。     

喷嘴结构对射流鼓泡反应器混合和传质性能的影响

喷嘴结构对射流鼓泡反应器的混合和传质性能具有重要的影响。以空气-水作为模拟介质,使用双探头电导探针、电解质示踪法和动态溶氧法,对比研究了缩径式圆形喷嘴和旋扭三角形喷嘴对射流鼓泡反应器中气泡尺寸分布、平均气含率、液相混合时间和气液传质系数的影响规律。实验发现,随着气速或液体射流Reynolds数的增大,两种喷嘴对应的平均气含率、液相混合时间和气液传质系数具有相同的变化规律;与缩径式圆形喷嘴相比,采用旋扭三角形喷嘴的射流鼓泡反应器中气泡尺寸更小,平均气含率更高,宏观混合时间更短;当气体输入功占总输入功比例超过20%时,喷嘴结构对气液传质系数的影响较小,当气体输入功占总输入功比例小于20%时,旋扭三角形喷嘴的气液传质性能优于缩径式圆形喷嘴。研究结果可为工业射流鼓泡反应器喷嘴结构的优化提供理论指导。     

喷嘴结构对射流鼓泡反应器混合和传质性能的影响

喷嘴结构对射流鼓泡反应器的混合和传质性能具有重要的影响。以空气-水作为模拟介质,使用双探头电导探针、电解质示踪法和动态溶氧法,对比研究了缩径式圆形喷嘴和旋扭三角形喷嘴对射流鼓泡反应器中气泡尺寸分布、平均气含率、液相混合时间和气液传质系数的影响规律。实验发现,随着气速或液体射流Reynolds数的增大,两种喷嘴对应的平均气含率、液相混合时间和气液传质系数具有相同的变化规律;与缩径式圆形喷嘴相比,采用旋扭三角形喷嘴的射流鼓泡反应器中气泡尺寸更小,平均气含率更高,宏观混合时间更短;当气体输入功占总输入功比例超过20%时,喷嘴结构对气液传质系数的影响较小,当气体输入功占总输入功比例小于20%时,旋扭三角形喷嘴的气液传质性能优于缩径式圆形喷嘴。研究结果可为工业射流鼓泡反应器喷嘴结构的优化提供理论指导。