喷口间距对双矩形平行射流流场的影响

用激光粒子测试仪（PIV）测量了双矩形喷口平行射流的流场特性，研究了不同喷口速度、不同喷口间距下双射流的混合特性。结果表明，喷口速度增大，双射流对称线上速度绝对值增大，但速度最大值出现的位置基本不变。喷口间距增大后，双射流的混合推迟，合并点后移，传递到对称线上的动量减弱，在合并点上的最大速度值减小。间距比与合并点的关系呈线性；但与大间距比相比，小间距比对合并点的影响更为敏感，关联式斜率更大。对湍流特性分析发现，双射流的主要动量传递发生在混合区，喷口间距增大，混合区与喷口的距离增加。     

双射流流化床空隙率的分布

在 ３００ ｍｉｎ×５０ ｍｉｎ×２６００ ｍｍ的二维射流床中,采用内径为 １１ ｍｍ的对称双射流管,研究了等速射流条件下射流管间距、喷口射流气速、静床高度对床层空隙率分布的影响,发现射流管间距、喷口射流气速是双射流产生射流区合并的主要原因;并得到了具体实验条件下空隙率分布的数据．同时研究了双射流管不等速射流条件下空隙率分布的规律．     

氯化法钛白氧化反应器气体错流混合

氧化反应器是氯化法制取钛白粉的关键设备，混合区的流场设计直接影响反应产品TiO₂颗粒的质量（如粒径和粒径分布）.利用无干扰流场测试技术——粒子图像测速仪（PIV）研究了不同气体错流混合区的结构设计对混合区域流场的影响，考察了气流动量比、射流狭缝宽度以及射流角度对混合区流场的影响.结果表明，较大的气流动量比、窄射流狭缝宽度和接近90°的射流能获得更好的混合区速度分布.进一步利用计算流体力学（CFD）手段对相应的流场进行了模拟，与PIV实验结果吻合很好，验证了模型对冷态流动的预测能力.     

平面激光诱导荧光技术用于快速液液混合过程温度场测量

利用平面激光诱导荧光技术(Planar Laser Induced Fluorescence,PLIF)研究了毫米尺度流道内,两股不同温度液膜的错流混合过程. 根据激光诱导作用下荧光强度的温度依赖特性,可视化地揭示了液-液错流混合区的二维温度场分布. 采用温度离析度(Intensity of Segregation,IOS)的概念定量描述了液-液混合的发展过程,分析了不同射流动量比对混合过程的影响. 计算了该过程混合区水的总传热系数,与纯湍流作用的总传热系数比较发现,两液膜撞击射流对传热有强化作用,射流动量比是影响其总传热系数的重要因素.     

大间距两不对称喷嘴对置撞击流驻点偏移规律

采用热线风速仪对大喷嘴间距下两不对称喷嘴形成的对置撞击流的轴线速度分布和驻点偏移规律进行了实验研究.研究结果表明,在大喷嘴间距下,两股射流在发生碰撞前,射流已经进入了充分发展区,当两喷嘴出口动量相等时,驻点位于两个喷嘴轴线中心;在撞击区中,两股射流关于撞击面是对称的.轴线上撞击流驻点受两喷嘴动量比的控制,随着动量比偏离1撞击流驻点向动量小的一侧喷嘴移动,两喷嘴出口动量差别越大,驻点偏离中心距离越大.得到了一个描述大喷嘴间距下驻点偏移的公式,拟合结果与实验结果的平均相对误差为10%.     

循环射流混合槽内湍流强化传热数值模拟及射流层优化

循环射流混合槽(CJT)作为一种过程强化设备可以提高湍流的混合效率及反应选择性。为进一步提高其工业应用价值,对循环射流混合槽流场的传热能力进行分析并对其射流层数进行结构优化。在恒壁温的条件下,采用SST k-ω模型分析循环射流混合槽流场区域的非稳态流动传热特性。在充分湍流状态下研究了Re=3260~16 303,射流层数M=5~9对循环射流混合槽壁面对流传热特性及流场传热特性的影响。结果表明,M=9时对流换热系数的变异系数Ch随Re增加而减少,壁面传热均匀性提高2.8%~19.3%;流场与温度场协同性随Re增加而增加,Re=16 303时的协同角为75.5o比Re=3260时减小约0.5°。Re=9782时Ch随M增加而降低,壁面传热均匀性提高2.7%~16.3%;速度矢量与温度梯度协同性随M增加而减小,M=9时全局协同性相较于M=5时降低了6.1%。当M=7时中心混合区与射流混合区的场协同角均在73°~74°之间,两区域流场间热量传递能力匹配程度较好;当M<7时中心混合区的协同性优于射流混合区,当M>7时射流混合区协同性优于中心混合区。研究Re及射流层数M对循环射流混合槽热量吸收和传递性能的影响,发现Re的变化对循环射流混合槽吸热量的影响大于射流层数M的变化。     

半圆流化床中垂直双射流喷射深度及气体合并行为

在内径５００ｍｍ的半圆形流化床中,考察了２个内径４２ｍｍ的半圆喷口的射流深度及气体合并行为．结果表明,双射流条件下每个单射流的喷射深度与喷口间距无关,进一步证明了二维流化床中得到的研究结果．给出了一个适用范围较宽的射流深度经验关联式．在双射流相互干扰的研究中,发现存在两种合并特征,即射流区合并及射流区外的气泡合并,并就这两种合并的判据、合并高度与操作及几何条件的关系进行了讨论．     

浸没对置撞击流的液相混合行为研究

利用无干扰流场测试手段——平面激光诱导荧光技术(PLIF),对浸没对置撞击流混合反应器在等动量撞击下的浓度场进行分析,并分析比较对称撞击和不对称撞击下的液相混合行为。利用混合均匀度U和均匀混合时间τ95定量描述测量平面的示踪剂浓度分布,得出其在不同内径比、不同喷嘴间距下的变化规律,并进一步分析对称撞击时,两喷嘴出口流体的不同动量比对混合的影响。研究发现:在小喷嘴间距L10D(L为喷嘴间距;D为两对置喷嘴内径和的平均值)下,等动量撞击时,对称撞击的混合效果要优于不对称撞击;对称撞击和不对称撞击的最优混合间距均为L=3D。对称撞击时,两喷嘴出口流体的动量比越接近于1,越有利于液相混合。     

流化床中射流机制和双射流相互作用

在文献的基础上, 通过实验和模拟的方法研究了射流机制和双射流的相互作用. 采用一个300 mm′51 mm的两维气固流化床,内置两个垂直射流, 使用多路毕托管系统测量射流穿透深度. 使用描述气固流态化的双流体模型进行模拟,用改进的IPSA求解模型方程,通过数值模拟, 讨论了射流产生的机理, 再现了双射流, 并发现双射流的相互作用可分为三类：孤立射流、过渡射流和互作用射流,提出了相应的射流间距判据. 发现影响双射流穿透深度最主要的因素是射流动量、两相间曳力、射流间距和床层表观气速, 建议使用Froude数、Reynolds数、床层表观气速、射流间距和喷口直径来关联不同区域的射流穿透深度. 得到了一个关联式并与文献中的关联式或实验数据做了比较.     

双射流流化床射流流动的混沌特性

在－３００ｍｍ×５０ｍｍ×２６００ｍｍ的二维射流流化床中,采用内径１１ｍｍ的对称双射流管。通过压力波动的时序分析,利用确定性混沌理论分析方法,求得了最大李雅普诺夫因数和关联维数;并讨论了静床高度、喷口气速、喷口管间距对关联维数的影响。     

环形逆向射流流场结构特性的模拟研究

逆向射流是火焰稳定的重要技术手段,为探究环形逆向射流结构对煤粉逆喷式旋流燃烧器稳燃特性的影响,构建了不同尺寸圆形与环形射流管的逆向射流模型,以Fluent软件为计算平台,采用"可实现"的k-ε模型对流场结构进行模拟研究。通过计算不同流速比下各射流管的无量纲贯入深度变化,发现环形射流的贯入深度大于圆形射流,且随内径的增大而增大,其射流在环境流中的渗透能力增强,这有利于增加煤粉的逆向传播距离,增加停留时间,提高燃烧稳定性。与圆形射流不同,环形射流的贯入深度与流速比并不是单调的线性关系,在流速比7.5～12.5存在一个平缓的过渡段,表明在一定区间内,流速比的减少不会引起贯入深度的明显减小,对现有燃烧器的设计具有指导意义。通过计算不同流速比下各射流管的最大零流速半宽,发现环形射流在逆流中的最大零流速半宽大于圆形射流,并随射流管内径增大而增大,表明环形逆向射流在径向的扩展宽度更大,卷吸能力更强。环形逆向射流的最大零流速半宽随流速比呈线性增大,斜率随内径增大而增加,高流速比的环形逆向射流径向扩展能力强于低流速比的环形逆向射流。根据计算结果绘制分界流线,发现在较低速度比时,射流的分界流线与圆形射流相似;在较高速度比时,虽然射流的轴线速度在滞点减少为零,但轴线附近的一定区域,流体依然向下游传播渗透,经过一段距离后速度才降至零并转向,分界流线也变得不规则。环境逆流在轴向上对环形射流有一定程度的压缩和阻碍作用,使得射流在径向的扩展宽度增大,增强了射流的卷吸能力,有助于促进燃烧器内煤粉与助燃风的混合。通过研究不同射流管逆向射流轴线上轴向流速的沿程变化,发现环形射流轴线上的流速衰减较圆形射流更为平缓,表明其与环境流的掺混不如圆形射流强烈。随着内径不断减小,环形射流轴向速度峰值增大且位置提前,衰减速度增强,逐渐接近圆形射流中轴线上的衰减情况。     

氯化法制备钛白氧化反应器内射流混合特性研究

氧化反应器是制备氯化法钛白粉的核心设备 ,反应器内的混合特征决定了产品性能。文中采用示踪法研究了四氯化钛氧化反应器内径向射流混合特征 ,探讨了射流环开孔结构和动量比等因素对射流混合效果的影响。结果表明 ,射流环开孔结构对混合效果有重要影响 ,复合开孔结构的混合效果比均匀开孔结构的好 ;增大动量比有利于提高射流混合效率 ,对于开孔尺寸小的射流环此影响尤为明显。     

大型双射流流化床的流体动力学特性

在Ф0 .5m× 8m大型双射流流化床中 ,通过摄像、放像逐帧分析法和sthVCD软件分析录像转换的VCD ,得到了不同管间距下双射流典型的运动图像 .同时研究了两射流独立存在区、过渡区和射流合并区 3种流型的相互转变 ,得出了流型转变的关系式 .不同射流管间距下相同射流气速的射流深度相比 ,管间距减小则射流深度减小 ;在较小的管间距和相对高的射流气速下 ,两射流在射流深度之内始终合并 ,表现为射流合并高度 .得出了射流深度、射流合并高度的定量关系式 .分数维关联维数表明大型双射流流化床是一个确定性混沌系统 ,考查了管间距、静床高度对关联维数的影响     

喷嘴油气在提升管进料段的浓度径向分布及混合行为

在φ200 mm提升管冷态实验装置上,根据喷嘴油气在进料段4个轴向位置（H=0.375、0.675、1.075、1.375 m）及不同操作参数（U_r=2.25～4.30 m·s^-1,U_j=41.7～62.5 m·s^-1,M_j/M_r=0.29～4.21）的浓度径向分布形式,考察了喷嘴油气与预提升气体和颗粒在进料段内的混合过程。结果表明,喷嘴油气在进料段内存在6种浓度径向分布形式,反映了喷嘴油气与预提升气体和颗粒在进料段的不同混合行为,沿轴向由下至上分别为：未混合区（强M形分布）、混合区（弱M形分布、强三峰形分布、弱三峰形分布、单峰形分布）及完成混合区（环-核分布）。随着U_j的增加或U_r的减小,喷嘴油气与预提升气体和颗粒在进料段内的未混合区、混合区及完成混合区的轴向高度逐渐增加。采用喷嘴射流动量与预提升来流动量之比M_j/M_r考察了操作参数及装置结构尺寸等对喷嘴油气与预提升气体和颗粒在进料段内混合过程的综合影响。喷嘴油气与预提升气体和颗粒的未混合区、混合区及完成混合区的轴向位置在动量比M_j/M_r≤0.29时分别为：0～0.375 m、0.375～0.525 m、0.525～0.675 m;在动量比M_j/M_r=0.29～0.54时分别为：0～0.375 m、0.375～0.875 m、0.875～1.075 m;在动量比M_j/M_r=0.54～4.21时分别为：0～0.525 m、0.525～1.225 m、1.225～1.375 m。     

水刺加固喷嘴高速喷射流场的数值模拟及验证

以水刺加固喷嘴高速射流对聚合物纤维进行水力缠结加固成形的过程为研究对象,通过建立水刺加固喷嘴喷射流场理论模型,经过数值模拟研究了4个不同水刺加固喷嘴高压喷射流场的运动特征,并与粒子图像测速仪系统测试的结果进行了对比。结果表明：采用Realizable k-ε湍流模型描述水刺工艺水腔内喷嘴的喷射流场正确,建立的数值模拟计算求解方法有效,与实验测试值十分吻合;适当增大喷嘴喷口的高度,可使流体在喷嘴喷口轴向方向的速度增大;适当增大射流初始段的长度,可使流体的流量和压力增大,提高水刺非织造纤维网缠结效果;随着射流过渡段长度的增大,混合段(即过渡段和充分发展段)出口压力增大,喷射流体的速度增大,纤维网所受到的冲击力增大;适当减小喷嘴过渡段高度,混合段出口处压力增大,可以实现较大范围内喷射流体速度的增大,改善水刺非织造纤维网缠结效果。     

多孔错流喷射混合器内液体射流轨迹线

利用平面激光诱导荧光测试技术对多孔错流喷射混合器内液体混合过程进行了研究,考察了操作条件（射流速度比r、混合流股Reynolds数Re_M）和混合器的结构参数（射流小孔直径d、孔径管径比d/D、射流小孔个数n）对射流轨迹线的影响。结果表明,混合流股Reynolds数对射流轨迹线影响较小,射流速度比和混合器的结构参数是影响射流轨迹线的主要因素。建立了射流轨迹线的数学模型,并利用实验结果回归了模型参数。模型预测的液体混合过程射流轨迹线与实验结果基本吻合。     

多孔错流喷射混合器内液体射流轨迹线

利用平面激光诱导荧光测试技术对多孔错流喷射混合器内液体混合过程进行了研究,考察了操作条件(射流速度比r、混合流股Reynolds数ReM)和混合器的结构参数(射流小孔直径d、孔径管径比d/D、射流小孔个数n)对射流轨迹线的影响。结果表明,混合流股Reynolds数对射流轨迹线影响较小,射流速度比和混合器的结构参数是影响射流轨迹线的主要因素。建立了射流轨迹线的数学模型,并利用实验结果回归了模型参数。模型预测的液体混合过程射流轨迹线与实验结果基本吻合。     

单孔射流流化床内颗粒混合特性的数值模拟

在欧拉-拉格朗日坐标系下,采用离散单元法对单孔射流流化床内颗粒混合特性进行了数值模拟。引入混合指数对床内轴向及径向布置的颗粒混合质量进行定量分析,并研究了不同表观气速、不同弹性系数对颗粒混合特性的影响。模拟得到了颗粒轴向及径向混合序列图、气体和颗粒速度分布、整床颗粒混合指数分布、参量变化时整床颗粒混合指数分布。结果表明:流化床床层内颗粒混合速度受颗粒内循环能力和颗粒扩散能力的综合作用。单口射流喷动流化床颗粒轴向混合速度主要由颗粒内循环速度决定,颗粒径向混合速度主要由颗粒扩散能力决定。表观气速增大时,颗粒内循环速度增加,从而加快了颗粒轴向混合进程,但对颗粒径向混合影响微弱;弹性系数增大时,颗粒混合速度及混合质量均下降,并且弹性系数增大对颗粒径向混合进程影响小于颗粒轴向混合。     

单孔射流流化床内颗粒混合特性的数值模拟

在欧拉-拉格朗日坐标系下,采用离散单元法对单孔射流流化床内颗粒混合特性进行了数值模拟。引入混合指数对床内轴向及径向布置的颗粒混合质量进行定量分析,并研究了不同表观气速、不同弹性系数对颗粒混合特性的影响。模拟得到了颗粒轴向及径向混合序列图、气体和颗粒速度分布、整床颗粒混合指数分布、参量变化时整床颗粒混合指数分布。结果表明：流化床床层内颗粒混合速度受颗粒内循环能力和颗粒扩散能力的综合作用。单口射流喷动流化床颗粒轴向混合速度主要由颗粒内循环速度决定,颗粒径向混合速度主要由颗粒扩散能力决定。表观气速增大时,颗粒内循环速度增加,从而加快了颗粒轴向混合进程,但对颗粒径向混合影响微弱;弹性系数增大时,颗粒混合速度及混合质量均下降,并且弹性系数增大对颗粒径向混合进程影响小于颗粒轴向混合。     

动量增强型喷射器性能实验与分析

基于增大混合区域,增强动量交换效率的优化思想,添加三维扰流元件的动量增强型喷射器能够提高设备性能。以此为研究对象,本文在空气介质下对其性能进行了实验和数值计算研究。相较传统喷射器,动量增强型喷射器能显著提高喷射器单体设备性能。在超音速情况下,驱动流量不受影响,实验测定动量增强元件在增压性能变化不大的情况下,提升临界区引射率E_R达5%,数值计算结果与模拟结果吻合。对数值计算所得流场分析发现：在喷射器驱动喷嘴尾部设置动量增强元件,一方面能够使流体混合边界出现花瓣形褶皱,增大流体混合面积,同时增厚混合区域达39.28%,整体拓展混合空间;另一方面,动量增强元件能够促使驱动流体轴向速度转化为周向、径向速度,诱发周向旋流,增强径向扰流,变喷射器传统二维动量交换为三维动量交换。动量增强元件亚声速情况下,引射性能进一步提升,但其临界压力点降低,增压能力损失。