自吸式双相流细水雾喷嘴雾化特性试验研究

设计一种新型自吸式双相流雾化喷嘴,生产了喷嘴样机,通过对喷嘴的雾化特性试验研究,分析雾化剂气体压力对喷嘴雾化特性参数的影响。     

间接蒸发冷却用气-水雾化喷嘴特性实验研究

为了提高间接蒸发冷却器换热效率,提出了将气－水雾化喷嘴应用于间接蒸发冷却器改进换热器表面水膜的均匀性,实验研究了扇形两相(气－水)喷嘴在不同空气压力和水压下的特性,测出了不同压力时喷嘴雾化角和气水质量流量值,得出了其变化规律,确定出了最佳的喷雾气水压力比和雾化角等参数。     

气液流量对低压双流体细水雾雾场特性的影响

由于对民机货舱中不同气液流量的低压双流体细水雾研究较少,且对单个喷头雾通量和雾动量的定量、定性分析不够完善,还需设计开展实验进行更深入的研究。参考美国联邦航空管理局（简称“FAA”）制定的相关标准,设计并搭建飞机货舱低压双流体细水雾实验平台,主要包括FAA全尺寸飞机货舱、低压双流体细水雾系统。采用的喷头与常规的喷头有所不同,喷出的细水雾是一个圆形平面,具有优良的弥散性和滞空性。实验中采用马尔文粒径分析仪结合Spraytec软件测量不同气液流量下的细水雾雾滴粒径,发现当气体流量从250 L/min增加至350 L/min、液体流量保持0.5 L/min不变时,细水雾雾滴粒径从130 μm降低至95 μm;当液体流量分别为0.75 L/min和1.0 L/min时,粒径大小分别从161 μm降至110 μm,从201 μm降至142 μm。根据美国防火协会的标准,采用量杯收集法测量得到不同气液流量下的雾通量,发现单独增加气体流量或液体流量,其雾通量都会增加。当气体流量为350 L/min、液体流量为1.0 L/min时,雾通量达到最大值,为0.255 L/（min·m2）。利用粒子图像测速仪的高速摄像机拍摄喷雾照片,测量雾滴速度,结果显示,在3种不同的液体流量工况下,随着气体流量从250 L/min增加至350 L/min,对应的雾滴速度均近似以0.04的增长率上升,最小值为8.5 m/s,最大值为16.0 m/s。在假设细水雾雾滴形状为球状时,雾动量关系式由雾滴质量与速度的乘积得到。选取雾滴速度最大值代入公式,得到单个雾滴在不同气液流量下的雾动量变化曲线,发现当气体流量为250 L/min、液体流量为1.0 L/min时,单个雾滴动量达到最大值,为3.6×10-8 kg·m/s。通过实验研究不同气液流量对低压双流体细水雾雾场特性的影响,得出以下结论：当液体流量不变,气体流量从250 L/min以25 L/min的变化率增加至350 L/min时,雾滴粒径和雾动量逐渐减小,而雾滴速度和雾通量逐渐增加;当气体流量不变,液体流量从0.5 L/min以0.25 L/min的变化率增加至1.0 L/min时,雾滴粒径、雾动量和雾通量均逐渐增大,而雾滴速度逐渐减小。对于单个雾滴,雾动量取决于雾滴粒径的大小;而对于喷头喷出的所有雾滴,雾滴速度决定了整体雾动量的大小。今后课题将进行细水雾灭火实验,探究达到最佳灭火效果的气液流量。结论可用于飞机货舱细水雾灭火系统的设计与改进,为飞机防火系统一些参数的设置提供了实验和理论基础。     

一种旋流式喷嘴的雾化实验研究

细水雾喷嘴是细水雾灭火系统的关键部件。本文主要采用激光多普勒测试仪（LDV）和相位多普勒粒子测量仪（PDPA）对一种旋流式喷嘴进行雾化实验研究。通过实验得到了不同测试压力下,喷嘴的流量、流量特性系数K、雾化锥角θ、水平射程、索特尔平均粒径（SMD）和粒子轴向速度的分布情况,最后得到了这几个参数随测试压力的变化关系。所测试的细水雾灭火喷头具有较大的轴向动量和径向动量,有利于扑灭深位火灾和扩大灭火范围。     

旋芯雾化喷嘴仿真与实验研究

为研究旋芯雾化喷嘴的喷放特性,通过建模仿真了单孔旋芯雾化喷嘴内流场及外流场,研究分析了内流场的雾化机理及外流场的雾滴分布特性,并结合实际喷放验证了仿真的准确性。研究表明：旋芯喷嘴喷放过程中能大幅度提高液体喷放速度,并在喷口处形成空穴,显著提高雾化效率;该喷嘴在低压下即可实现不大于80 μm 粒径的雾化,且粒径分布均匀。     

压力式细雾喷嘴流量特性实验研究

对液体的雾化机理及喷嘴的流量特性进行了理论分析,并对TF型、L型、P型细雾喷嘴进行了实验研究,用回归分析的方法建立了三种喷嘴的流量、喷雾压力与喷孔直径之间的关联式。绘制了三种喷嘴的流量曲线。     

两相流旋流型细水雾喷嘴的雾化特性研究

为了研究细水雾灭火系统的关键部件－－细水雾喷嘴的雾化结构形式，以空气和水为介质，利用马尔文激光粒度分析仪对两相流旋流型细水雾喷嘴的雾化特性进行了详细的研究。分析了该型喷嘴的工作特点，研究了不同供水压力、供气压力及气液比对喷嘴雾化特性的影响，为细水雾灭火系统及其喷嘴的设计方法和检验标准提供了依据。试验结果表明：该结构喷嘴的雾化性能完全满足细水雾灭火系统的性能要求。     

旋芯高压细水雾喷嘴研制及性能测试

根据细水雾喷嘴雾化原理,设计和制造了旋芯式细水雾喷嘴并进行雾化试验测试喷嘴的雾化性能。介绍喷嘴旋转室半径及锥角、旋转室入口、出水口段、内表面粗糙度等的设计,分析结构尺寸变化对细水雾雾化特性的影响。试验结果表明,当喷雾压力处于高压工作范围时,旋芯式喷嘴所产生的细水雾雾滴SMD均小于100μm,属于超细水雾范畴;喷雾压力处于高压范围时,压力变化对喷嘴流量系数影响有限,影响喷嘴流量系数的主要是喷嘴出口直径。     

惰性气体灭火系统喷嘴流量特性的数值仿真

利用计算流体力学软件FLUENT分别仿真计算安装4种不同喷嘴的惰性气体灭火系统的高压、高速湍射流流场,获得加装各种喷嘴时射流的速度、温度、压力、密度等流场参数,在此基础上首次计算得到不同压力下喷嘴流量系数,研究了不同喷嘴在可压缩条件下的流量特性.结果表明,喷嘴射流流场在出口下游很近的位置产生了激波,随着管道内压力不断减小,激波逐渐减弱;随着入口压力增大,喷嘴出口单位面积上流量不断增大;喷嘴流量系数不随压力的改变而变化.     

细水雾灭火强化火焰现象实验研究

通过自主研发的析出式气泡雾化细水雾系统对酒精、汽油、柴油、煤油进行灭火实验。针对空气扰动、水煤气反应、液滴喷溅三种可能性,通过不同的实验验证探究细水雾灭火强化火焰现象的原因。实验采用的喷嘴为具有单通道输送双流体功能的新型喷嘴,流量为120kg/h,SMD平均粒径为112μm,向下的纵向速度为26.49m/s,距离油盘0.9m,出口压力为0.3 MPa。实验结果表明:柴油、煤油等燃料强化的现象主要由空气扰动和液滴飞溅因素所致。酒精的强化现象只是由于油滴飞溅因素所致。     

船用细水雾灭火喷头结构优化与分析

根据液体的雾化和灭火机理,对细水雾的液滴形成和破碎过程、影响液体雾化的因素、多种船用细水雾喷头结构的优劣进行分析,得到细水雾雾化对喷头的基本要求。设计船用喷头采用螺旋内流道,使液体在室内进行强烈的旋转,以提高水雾动能,加强离心雾化效果,增强灭火能力。运用STAR-CCM+对直射式喷头和改进的离心喷头进行对比分析,得到流场以及流场内有关面上的压力、速度、流动迹线以及液相水的体积分数。结果表明,螺旋流道的离心结构喷头可以增大喷雾半径、扩大保护范围、提升灭火效果。     

Characterization of two-phase flow in a single rock joint

An experimental study using a triaxial apparatus was used to analyze the two-phase flow patterns in jointed rock specimens. Rock specimens having a single natural fracture were tested for two-phase flow of water and air. Triaxial tests were conducted to characterize the two-phase flow through fractured granite specimens at low confining pressures. It was found that for a relatively smooth joint (JRC<6), bubble flow pattern occurred within the rock joint when the gas velocity is below 15 m/s. The average velocity of water usually varied between 0.1 and 0.5 m/s for bubble flow patterns. In this velocity range, air bubbles were able to form along the joint walls or to be randomly displaced within the water phase. When the gas velocity inside the rock joint exceeded 22 m/s, the flow patterns took annular form for non-zero capillary pressures (i.e., injected gas pressure is not equal to injected water pressure). At elevated (>0.25 MPa) gas injection pressures, the gas occupied the main part of the fracture and the liquid was able to flow as an unstable film forming an annular flow along the joint. When the annular flow developed, the mixture flow pattern was independent of the air flow velocity. This was due to the fact that once the injected air velocity reached a critical value (i.e., 20 m/s), water velocity inside the joint was negligible for a given confining pressure and injected water pressure. Further increase in inlet air pressures developed a single-phase air flow with no water flow.     

液氨罐车车载水喷雾装置泄漏扩散及喷淋实验研究

设计并搭建了一套液氨车载水喷雾装置,用于研究液氨罐车操作箱内介质泄漏扩散规律和水雾抑制效果。首先,通过泄漏扩散实验对泄漏口的高度、泄漏方向和泄漏压力进行三因素三水平正交实验分析,研究各因素对氨气浓度分布的影响。实验表明：泄漏高度44 cm、泄漏方向朝上、泄漏压力0.3 MPa,操作箱内出现最危险工况,顶部氨气体积分数8.5 s内达到83.12%。其次,通过水喷雾抑制实验进行了喷嘴口径、雾化角度、喷水压力以及双喷嘴间距的四因素三水平正交实验分析,探索各因素对水雾抑制效果的影响规律。实验表明：各因素对水喷雾系统抑制效果影响的主次顺序:喷水水压＞喷嘴间距＞雾化角度＞喷嘴口径。水喷雾装置最优的选型方案为：喷嘴口径0.3 mm、雾化角度90̊、喷水水压10 MPa、喷嘴间距26 cm,采用该方案1.8 s内氨气浓度迅速抑制到2.16%,可显著降低爆燃风险。     

不同压力下细水雾雾场特征参量模拟研究

为研究细水雾雾场特性,定量分析压力对细水雾雾场特征参数的影响,利用计算流体动力学软件 Fluent 对不同压力下细水雾雾场的粒径分布、速度分布、浓度分布等进行数值分析,利用高速摄像技术和激光粒度分析技术对细水雾雾场特征参数的模拟研究进行实验验证。结果表明：流体从喷嘴喷射到连续相空气中后,喷雾形态均保持为圆锥形。细水雾外部流场速度在截面中心处最大,向边缘处逐渐减小。喷头正下方粒子数量最多,随着距喷头水平距离的增加,粒子数量逐渐减小。     

可调节喷射泵运行特性的仿真研究

建立喷射泵数学模型,采用面向对象方法,研究用户阻力、热源出水压力喷嘴出口截面积对可调节喷射泵运行特性的影响。用户阻力增大时,混水比减小,压差比基本呈线性增加,工作流体质量流量保持不变。热源出水压力增大时,混水比增大,压差比减小,工作流体质量流量基本呈线性增加。喷嘴出口截面积增大时,混水比先迅速增加后缓慢减小,压差比增大,工作流体质量流量呈线性增加。     

氧-丙烷气割割嘴流动和燃烧的数值模拟

运用CFD模拟软件,就一种适用于丙烷燃烧的新型割嘴,对氧-丙烷割嘴内外氧气与丙烷的流动燃烧进行了冷态模拟分析,结果显示割嘴出口速度场分布均匀。采用概率密度函数燃烧模型进行氧-丙烷燃烧模拟,研究流场和温度场的分布,结果表明此新型割嘴能够达到良好的燃烧效果,能够满足气割要求。