水垫式旋转磨料射流喷嘴内流动特性的数值分析

设计了一种水垫式旋转磨料射流喷嘴,并对其内部流场流动特性进行了数值研究。采用高精度QUICK离散格式离散了雷诺平均的N_S方程和Realizablek_ε紊流模型,求解了喷嘴的内部流场,同时利用拉格朗日的方法对磨料颗粒的运动轨迹进行了追踪。该模型用同轴射流旋流燃烧室算例进行了验证,计算结果和实验值相吻合,表明适用于旋流流场的计算。喷嘴流场计算结果表明,流量比(切向与轴向入流流量之比)是决定喷嘴内流动状态的重要参数,喷嘴出口旋流数随流量比的增大而增大,并逐渐趋于一定值,磨料颗粒在喷嘴内的运动特性受流量比及磨料颗粒的粒径和密度影响较大。通过研究表明,对流量比以及磨料颗粒进行优选,能够获得破岩效果较好的旋转磨料射流,并且减少磨料颗粒对喷嘴的磨蚀,保证喷嘴的使用寿命。     

湿法脱硫旋流喷嘴体积流量变化规律及数值模拟

以湿法烟气脱硫工艺中常用的旋流喷嘴为对象,研制了几何相似的系列喷嘴和仅出口直径变化的系列喷嘴,并选择实心锥喷嘴和螺旋喷嘴作对比,经过大量试验,系统地研究了旋流喷嘴的体积流量变化规律,得到旋流喷嘴体积流量与压力的平方根近似呈线性关系;在一定范围内改变喷孔直径,不会影响旋流喷嘴的流量-压力特性;几何相似时,增加喷孔直径,最大体积流量增加;相同压力下,螺旋喷嘴流量最大,旋流喷嘴次之,实心锥喷嘴最小。建立了旋流喷嘴的数学模型,采用Fluent对喷嘴内部流动和体积流量进行了数值模拟,给出了喷嘴内部流动、中心断面压力分布特性和流量-压力特性曲线,数值计算结果与试验数据基本吻合。     

湿法烟气脱硫旋流喷嘴雾化粒径试验研究

以湿法烟气脱硫工艺中常用的旋流喷嘴为对象,研制了几何相似的系列喷嘴和仅出口直径变化的系列喷嘴。选择实心锥喷嘴和螺旋喷嘴进行对比试验,系统地研究了旋流喷嘴的雾化粒径变化规律和雾化粒度分布规律。结果表明,旋流喷嘴结构参数对雾化粒径的影响较大;在雾化粒径为(1300～3000)μm时3种喷嘴相比,螺旋喷嘴能耗最低,而旋流喷嘴的雾化质量较好。     

低排放塔式同轴分级燃烧室旋流器性能研究

针对一种气态燃料–低排放塔式同轴分级燃烧室(low emission tower-type coaxial-staged combustor for gaseous fuel,LETCC-GF),采用数值模拟耦合实验设计(design of experiment,DOE)的方法分析了2级旋流数和流量分配比例对该燃烧室性能的影响规律,阐明了各参数对燃烧性能影响的耦合关系。研究结果表明:高流量分级比,两级强旋流结构和低流量分级比,主燃1级弱旋流,主燃2级强旋流结构旋流器的燃烧性能最优,在总压损失达标,NO_x排放较低的同时,燃烧效率达到99.8%。主燃2级旋流数是影响燃烧效率的主要因素,在0.55～1.1范围内,随着旋流数的增加,燃烧效率显著提升。燃烧流场分析表明,火焰张角主要受到主燃2级旋流数的影响,主燃1级旋流数主要影响火焰根部形态及火焰锚定位置。     

二次风旋流叶片倾角对旋流燃烧器出口单相流场特性的影响

就二次风旋流叶片倾角的变化对径向浓淡旋流煤粉燃烧器出口冷态流场的影响规律进行了研究,研究了叶片倾角对旋转射流旋流强度与二次风阻力系数的影响,得出了不同叶片倾角下出口旋流流场内时均速度和湍流脉动量的分布情况。     

某重型燃气轮机燃料喷嘴组流量试验研究

概述了某重型燃气轮机燃料喷嘴组流量试验研究结果.为了测量该喷嘴组各流路供给的燃料气流量,专门研制了SH-1型气体流量试验器,其测量流量准确、稳定、重复性好,造价仅为同类设备的五分之一.应用SH-1型试验器准确地测量了喷嘴组流路Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ供气流量,分析喷嘴组加工、焊接等工艺对喷嘴组各流路流量的影响规律,在此基础上进行了火焰筒单管燃烧试验.结果表明,喷嘴组各项指标均达到设计要求,燃烧室出口温度分布系数小于10%,沿叶高径向温度分布合理.     

新型水煤浆喷嘴雾化性能试验研究

该文对自行开发出的新型水煤浆喷嘴进行了雾化性能试验研究,分析了喷嘴流量（负荷）和气化剂流量等因素对雾化颗粒分布、索太尔平均直径（SMD）和喷嘴雾化角的影响规律.结果表明,雾化流场内颗粒呈双峰分布,并且随着负荷的降低SMD减小,雾化颗粒分布更加均匀,雾化效果变好;而随着气化剂流量的增加SMD降低,雾化颗粒分布均匀性也变好,雾化效果明显转好.     

海水淡化喷嘴分布特性的实验研究

为验证国产喷嘴性能,对低温多效海水淡化用进口M5型工程喷嘴和一种国产研制型蓝色喷嘴做了单喷嘴的喷淋布液分布实验,对比分析了这2种喷嘴的全周向喷淋布液分布特性以及喷淋流量和盐水浓度对其布液分布的影响。实验结果表明：研制型蓝色喷嘴与M5型喷嘴的喷淋布液分布规律基本一致;单喷嘴喷淋布液规律并不随流量的增大而发生大的变化;盐水浓度对喷嘴的喷淋布液分布规律影响不大。实验证明国产喷嘴性能良好,满足工程应用要求。     

混流式水轮机出口旋流与尾水管涡带关系分析

为在设计过程中预测尾水管涡带,分析混流式水轮机转轮出口旋流与尾水管涡带之间关系,通过三维非定常雷诺时均值法对一个180 m水头段的混流式水轮机在三种典型工况下进行数值模拟分析,在数值模拟的基础上可视化尾水管涡带形状,并与模型试验的结果进行比较,验证模拟尾水管涡带方法的正确性。通过对典型工况下转轮出口速度、出口旋流数和涡带形状等来分析转轮出口旋流与尾水管涡带的关系,同时分析在尾水管锥段内旋流数轴向变化规律。结果表明：转轮出口旋流数随运行流量减小而增大,当转轮出口旋流数大于临界值时,尾水管内形成螺旋形涡带及低速区与回流;旋流数小于临界值时,尾水管内无明显涡带产生。     

炉内喷嘴射流刚性的理论模型及试验研究

为增进对炉内燃烧器射流特性和射流与炉内旋转气流相互作用规律的认识,提出了射流出口初期的刚性假设和射流弯曲应力的概念,并以此建立了射流偏斜的弯曲应力分布模型。同时直接从N-S方程出发,建立了射流偏斜的微元体运动模型。在炉内射流的外界条件相同的情况下,分别对矩形喷组射流,水平浓淡风喷嘴射流和刚性问题进行了理论模型分析和试验研究,得到了影响射流刚性的两个关键因素,即：射流的截面形状和射流的动量,首先,燃烧器喷嘴出口截面的几何形状,它决定射流初期的断面形状,射流截面惯性矩JZ和射流抗弯截面模量WZ的大小,从而决定了射流截面各类弯曲应力的大小和分布,它对影响射流刚性的外因-弯曲应力产生了重要影响,是直播影响射流出口初期偏斜的重要因素。其次,燃烧器喷嘴射流出口动量,是决定射流刚性大小的内在因素,即：射流动量越大,则射流刚性越强,偏斜越小。     

旋流排沙渠道体型优化的正交数值试验方法和应用

为优化多泥沙河流引水渠道内的泥沙级配,实现泥沙分选的效果,提出了一种新型旋流排沙渠道。基于数值模拟与模型试验结果,采用正交数值试验方法,以分流比与排沙洞典型断面的流速为目标函数,优化了旋流排沙渠道的关键体型参数,对比分析了体型优化前后旋流排沙渠道的水沙特性。结果表明,正交数值试验设计能有效提升结构的优化效率,获得具有良好性能的旋流排沙渠道。当渠道来流量为30 L?s-1时,优化体型的排沙耗水量较原体型减小21.5%,分流比减小4.6%,排沙洞出口断面最大流速增大10.8%,水流的挟沙能力增强,在排沙洞内形成更有利于泥沙运动的旋转水流条件;体型优化前后的旋流排沙渠道对粒径为0.075 ~ 3.0 mm泥沙的总体截沙率分别高达90%和88%,表明旋流排沙渠道具有良好的排沙特性,且优化体型排沙洞内的泥沙淤积量较原体型减小61.8%。本成果可为这种新型旋流排沙渠道体型优化和其在引水渠道等工程中的应用提供参考。     

水平旋转内消能泄水道空腔环流的旋流特性

本文通过对典型的竖井进流水平旋转内消能泄水道空腔环流的试验观测 ,在流速分布的假定下 ,提出与建立了该体型泄水道各种旋流特性的表达式 ,并给出试验观测结果。试验观测结果表明 ,相对于起始断面的各种旋流特性具有明显的分段性质和沿程衰减的特性 ;下游水位对空腔环流的旋流特性有显著的影响。通过理论分析定义的无量纲综合性无因次旋流参数AM ,物理意义明显 ,较全面的反映了各种基本物理量对空腔环流的影响 ,其沿程线性增大 ,表明空腔环流的断面总动量矩的沿程变化率与单位长度上的壁面切应力对轴心的力矩成正比。     

水煤浆旋流燃烧器空气动力场的数值研究

水煤浆是一种以煤代油的新型洁净环保燃料。对水煤浆旋流燃烧器的空气动力场进行了数值模拟,分别研究了一次风扩口角度、二次风扩口角度和二次风旋流强度等燃烧器结构参数对流场的影响,研究结果表明,一次风扩口角度的增加使回流区由大变小;二次风扩口角度和旋流强度的增加均使回流区增大;此类燃烧器轴向速度以"M"形分布,切向速度以"N"形分布,出口处形成一中心回流区;得到了一合理的燃烧器结构型式,该燃烧器既能保证稳定燃烧,又能有效防止结焦或结渣。研究结果为水煤浆燃烧器的设计、制造和运行提供了借鉴。     

Pressure drops in steam-generating channels with flow swirling

Results from experimental investigations of pressure drops in annular channels with flow swirling are presented, and procedures for calculating pressure drops in such channels with and without flow swirling are analyzed. A comparison between experimental and calculated data is made.     

Heat and mass transfer and hydrodynamics in swirling flows (review)

Research results of Russian and foreign scientists of heat and mass transfer in whirling flows, swirling effect, superficial vortex generators, thermodynamics and hydrodynamics at micro- and nanoscales, burning at swirl of the flow, and technologies and apparatuses with the use of whirling currents for industry and power generation were presented and discussed at the “Heat and Mass Transfer in Whirling Currents” 5th International Conference. The choice of rational forms of the equipment flow parts when using whirling and swirling flows to increase efficiency of the heat-power equipment and of flow regimes and burning on the basis of deep study of the flow and heat transfer local parameters was set as the main research prospect. In this regard, there is noticeable progress in research methods of whirling and swirling flows. The number of computational treatments of swirling flows’ local parameters has been increased. Development and advancement of the up to date computing models and national productivity software are very important for this process. All experimental works are carried out with up to date research methods of the local thermoshydraulic parameters, which enable one to reveal physical mechanisms of processes: PIV and LIV visualization techniques, high-speed and infrared photography, high speed registration of parameters of high-speed processes, etc. There is a problem of improvement of researchers’ professional skills in the field of fluid mechanics to set adequately mathematics and physics problems of aerohydrodynamics for whirling and swirling flows and numerical and pilot investigations. It has been pointed out that issues of improvement of the cooling system and thermal protection effectiveness of heat-power and heat-transfer equipment units are still actual. It can be solved successfully using whirling and swirling flows as simple low power consumption exposing on the flow method and heat transfer augmentation.     

低热值煤层气旋流燃烧器低负荷运行试验研究

通过对旋流燃烧器在低负荷工作状态下的冷态试验,利用热线风速仪对其出口流场进行了测量,得到了燃烧器流场的分布状况。在试验前对热线风速仪进行了标定,研究了喷口角度变化对燃烧器出口速度场的影响。分析了各种工况下的轴向、切向速度的变化状况并且通过烟气示踪定性地了解了喷口内中心回流区的形成以及喷口外射流扩展角的差异。通过分析得到,该燃烧器在不同负荷状态下均搭配各种角度喷口时能较好地组织合理的空气动力场。通过冷态试验研究,为下一步热态试验奠定了一定的理论基础。     

Heat transfer in annular channels with flow swirling

We present results from an analysis of experimental data on heat transfer in channels with one- and two-sided heating and with flow swirling by means of screw-type inserts or by winding a thin-walled capillary with a thickness equal to the annular gap. We also propose generalizing relations for calculating heat transfer in annular channels with flow swirling and with different operating and design parameters.     

一种新的湍流修正模型及其在同轴旋流燃烧器空气动力场模拟中的应用

由于离心力与湍流脉动的相互作用，强旋流动中能量由湍流脉动向平均运动的逆向传输得到了加强。当径向脉动随半径增大时，离心力对湍流微团作正功，湍流微团的脉动动能增加，反之亦然。基于对离心力作用的分析，该文提出了一种考虑离心力作功的新的k-ε湍流修正模型(k-ε-cf模型)，其特征参数由大涡与小涡相关参数的几何平均得到，其中涡的频率与实验一致。采用k-ε-cf模型对一同轴旋转分层流燃烧器出口空气动力场进行了数值模拟，结果与实验吻合良好，精度比k-ε模型高。当切向速度满足一定分布时，离心力作功可以忽略，一般情况下，应考虑离心力作功以反映强旋流动的各向异性。     

1GW单炉膛单切圆塔式锅炉炉内流场特性研究

采用计算流体力学软件FLUENT,选用Reynolds应力湍流模型和欧拉多相流模型,对国产首台1GW单切圆单炉膛塔式锅炉炉内的煤粉空气两相流动过程进行了数值模拟,得出了炉内各截面的速度场、假想切圆直径、浓度场、压力场及湍流动能k、湍流耗散率ε和湍流集中度Ι的分布.结果表明,颗粒呈螺旋上升趋势和螺旋沉降趋势,形成“W/M...