空气雾化喷嘴在横向流动中的喷雾特性研究

采用激光雾滴粒径分析仪(Malvern)测试不同方案结构的空气雾化喷嘴单元在横向流动中的喷雾特性,并测试了基础双环预混旋流结构和加装空气雾化喷嘴改进结构的喷雾特性。结果表明:空气雾化喷嘴在横向流动中的喷雾特性随工况条件改变而产生的变化趋势符合雾化的基本原理;基础结构和改进形式双环预混旋流结构的对比显示改进结构在各个工况下喷雾的液滴索太尔平均直径SMD明显减小,在出口附近液滴分布更加均匀。说明当主燃级采用空气雾化喷嘴时,可以明显的提高其雾化性能,有利于改善油气混合。     

离心式喷嘴喷雾数值仿真研究

为了提高航空发动机喷嘴喷雾性能,利用多相流技术和雷诺应力湍流模型,对离心式喷嘴的副油路进行数值模拟,并将出口流量模拟结果与实验数据进行对比,两者结果吻合良好。模拟结果表明:对旋流槽等喷口附近区域进行网格细化可以得出与实际相符的流体对称分布仿真结果;92°锥角的喷嘴喷雾分布、雾化角优于90°锥角,改变喷嘴内部锥度可以改善其雾化特性。     

管道中旋流喷嘴雾化流场的速度分布特性

离心式旋流雾化喷嘴内流场的速度分布决定了喷嘴的雾化性能。利用VOF两相流模型和RNG k-ε湍流模型对管道中减温水通过旋流喷嘴雾化并与过热蒸汽混合的整个流动过程进行了三维数值模拟,获得了喷嘴雾化场的流动过程,着重分析了内外流场的速度分布特性。研究表明:流体通过离心式旋流喷嘴的切向孔后变成旋转流体,从喷嘴出口螺旋喷出后,迅速由液柱变为沿一定的锥角扩散的液膜,液膜逐渐雾化为液滴;在喷嘴内部的旋转流体,其合速度与切向速度沿径向,都是先增加后减小;随着流通截面发生改变,其速度的变化主要发生在轴向分量上,切向速度的变化比较小;流体从旋流喷嘴喷出雾化,会在喷嘴出口中心轴线附近形成回流区;当管道中的流体具有一定的流速时,还会在喷嘴前壁边缘附近形成回流区。     

真空闪蒸对R718旋流喷雾影响研究

为研究真空状态下闪蒸对于旋流喷雾的雾化角、轴向速度和液滴粒径的影响,搭建真空闪蒸试验台,采用高速摄影、相位多普勒粒子分析仪(PDPA)等进行流场测试。结果表明:当控制旋流喷嘴两端压差为常见值时(0.5～0.7 MPa),通过降低喷嘴出口背压或升高液相温度引起闪蒸,雾化角显著增加,增幅超过20。;闪蒸使喷雾轴向速度由3.06 m/s增加至6.79 m/s;闪蒸工况下雾化角与出口背压和液相温度均呈二次方关系,而在一定范围内轴向速度与液相温度呈线性关系,闪蒸对液滴粒径影响不大。     

空气旋流强度对气泡雾化喷雾流场及火焰的影响

对不同空气旋流强度下气泡雾化喷嘴出口下游喷雾流场特性及燃烧特行进行了诊断与分析.随着空气旋流强度的增加,喷雾锥角明显增大,颗粒的轴向平均速度有所降低,而速度分布趋势则由单峰分布逐渐转变为双峰分布.同时,径向和切向的平均速度都有所提高,速度脉动加强,气、液两相之间的混合趋于强烈.空气旋流强度对油雾的燃烧过程影响显著,随着旋流数S的增大,油雾火焰的湍乱程度加强,火焰长度缩短,火焰表面皱褶和旋涡的尺度有所减小.空气旋流强度过小或过大,都将导致燃烧状况恶化;在S=1.2时,燃烧产物中的cxHy、CO和NO 的体积含量均达到较低的水平.     

柴油高压静电雾化燃烧的研究

将静电技术应用于柴油喷雾燃烧，探讨了静电对柴油喷雾特性以及对其烟气排放的影响。采用针状电极和普通旋流压力雾化喷嘴，建立了高压静电柴油的喷雾燃烧试验装置，进行了柴油充电特性，雾化特性的测量，并对喷雾射流流场用粒子图像速度场仪进行了测量。结果表明，在相同条件下，柴油充电后（充电电压40KV）可使雾滴索特平均粒径降为非充电情况时的47%，从而改善燃烧，降低污染。     

喷嘴安装角对横向气流中雾化液滴粒径影响的研究

建立了旋流喷嘴雾化的数值计算模型,将计算结果与静止大气环境下液滴粒径的试验数据进行了对比,证明该数值计算模型的准确性.利用数值计算方法,研究了旋流喷嘴在不同安装角下,喷雾进入横向气流场后液滴Sauter直径(SMD)的变化规律,给出了喷嘴出口下游矩形管道中不同截面上雾化液滴粒径的分布情况.结果表明:对于压力旋流喷嘴,安装角与液滴统计粒径呈多值关系;随着喷嘴安装角的增大,液滴粒径的分布变宽.     

短焰型旋流喷嘴内流场数值模拟

为缩短喷嘴火焰长度,提高燃料燃烧效率,节约后勤部门能源消耗,设计了一种在旋流锥顶部开有不同尺寸内凹圆槽的短焰型旋流雾化喷嘴.建立喷嘴内流场的物理模型和数学模型,选择RNG k-ε湍流模型和VOF多相流模型进行数值模拟.模拟结果表明,内凹圆槽尺寸的变化影响了液膜的厚度,产生了不同的中空旋流雾化效果,为短焰型喷嘴的设计提供...     

煤矿自旋转喷雾降尘装置的实验与模拟

煤矿生产过程中会产生大量的煤尘,目前煤矿降尘技术主要以喷雾为主。设计了一套自旋转喷雾降尘系统,该系统结构简单,水源不需要增压,具有良好的喷雾效果。同时,由于喷嘴数目较少,雾化范围比较广,节约水源。通过流体力学软件FLUENT对压力-旋流式喷嘴的喷雾特性进行k-ε湍流模型数值模拟,采用离散相模型(DPM)追踪雾滴的运动轨迹,清晰地反映出雾场的情况和实验成对比。     

Y型喷嘴性能的数值分析

利用F luen t软件模拟气流式雾化喷嘴的喷雾,计算了不同的入口条件下,喷嘴喷雾的液体雾化粒径;讨论了不同的液体和气体压力以及它们的比值对喷雾效果的影响;模拟结果与实验数值吻合很好。分析结果表明,液体压力的增大不利于雾化,而随着气体压力的增大雾化效果改善显著,但是气液压力比满足一定的匹配数值才能保证良好的雾化效果。     

Physical modelling and advanced simulations of gas–liquid two-phase jet flows in atomization and sprays

This review attempts to summarize the physical models and advanced methods used in computational studies of gas–liquid two-phase jet flows encountered in atomization and spray processes. In traditional computational fluid dynamics (CFD) based on Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) approach, physical modelling of atomization and sprays is an essential part of the two-phase flow computation. In more advanced CFD such as direct numerical simulation (DNS) and large-eddy simulation (LES), physical modelling of atomization and sprays is still inevitable. For multiphase flows, there is no model-free DNS since the interactions between different phases need to be modelled. DNS of multiphase flows based on the one-fluid formalism coupled with interface tracking algorithms seems to be a promising way forward, due to the advantageous lower costs compared with a multi-fluid approach. In LES of gas–liquid two-phase jet flows, subgrid-scale (SGS) models for complex multiphase flows are very immature. There is a lack of well-established SGS models to account for the interactions between the different phases. In this paper, physical modelling of atomization and sprays in the context of CFD is reviewed with modelling assumptions and limitations discussed. In addition, numerical methods used in advanced CFD of atomization and sprays are discussed, including high-order numerical schemes. Other relevant issues of modelling and simulation of atomization and sprays such as nozzle internal flow, dense spray, and multiscale modelling are also briefly reviewed.     

液_液射流雾化的数值模拟与实验研究

建立了液-液雾化机理的数值模拟平台与实验研究平台,对水在非相溶溶液中的喷射雾化机理进行了研究。应用VOF-CSF多相流模型对雾化过程进行了数值模拟,并在相同工况下进行了实验验证和对比。研究表明,所建立的数学模型能成功地模拟连续射流雾化过程,与实验结果取得了非常好的一致性。通过数值模拟和实验相结合的方法,对雾化过程中的射锥高度、射流速度、非相溶介质流速等关键因素的影响进行了探讨,获得了相应的规律:在确定的雾化条件下,雾化液滴粒径呈现出离散性;液滴的运动方式随射流速度的增加由规则逐渐过渡为紊乱;射流速度为3.5 m/s与非相溶介质流速为0.18 m/s时,雾化射锥高度变化趋势发生转变。本文的研究结果对认识液-液射流雾化机理以及相应的工程应用,具有重要的指导意义和实用价值。     

考虑非定常效应的离心喷嘴初始雾化特征研究

为研究燃油流量瞬时变化时离心喷嘴的初始雾化特征,以高频激光和高速相机作为测试系统,以柱塞泵提供流量激励作为非定常输入进行了试验研究。研究表明：离心喷嘴初始雾化的初始液膜段流动稳定,基本无扰动;无流量激励下的液膜扰动段和初始雾化终点存在较明显的波动特征;在29.2%流量激励下的试验结果表明,流量激励不影响初始液膜的流动,但会导致初始雾化终点以1.8 mm的幅值和21 Hz的主频率呈周期性变化。     

基于气液两相流大涡模拟研究柴油喷射的雾化过程

采用气液两相流大涡模拟对燃油雾化过程进行数值模拟.通过建立不同的计算边界研究了喷油器结构对喷孔内流及近喷孔区域燃油雾化特性的影响.在对比分析射流结构和喷孔内外流计算结果的基础上,讨论了射流初始扰动的产生机理及燃油雾化机理.根据计算结果发现:喷油器结构对喷孔内流有重要影响,实际喷油器的复杂结构会使燃油在离开喷孔前发展为湍流,湍流是导致初始扰动具有复杂频率和振幅组成的原因.边界突变是产生喷孔出口区域轴对称初始扰动的原因,该类型初始扰动具有单一的频率和振幅.     

喷嘴雾化技术进展

喷嘴的雾化技术具有很广泛的应用领域，主要针对液态燃料的雾化，分别从其雾化机理、雾化方法、液雾的测试技术以及燃油雾化的数值模拟技术等方面对雾化技术进行了简要的说明。     

Modeling of turbulent spray combustion with application to diesel like experiment

Turbulent combustion within sprays has been studied. Experiment and theory predict that the presence of fuel droplets leads to an increase in the fluctuations of temperature and equivalence ratio, and that these fluctuations must be considered to correctly estimate the mean reaction rate. A convenient way to describe the fluctuations of the medium is to compute the probability density function of all the fluctuating variables for the gas and liquid phases. The method used to derive the probability density function (PDF) equations in a pure gaseous medium was extended to two-phase flows by using the local equations written in terms of distribution functions. The PDF for the liquid phase contained complex unclosed terms representing dispersion and atomization. Instead of modeling these terms, we have used a stochastic Lagrangian simulation of the liquid droplets which employs classical atomization models and assumes spherical droplets. This method is used to close the vaporization terms which appear in the PDF equation for the gas. The PDF equation for the gas-phase could be solved by using a Monte-Carlo method but here we have used a more tractable model based on a presumed PDF shape for the mixture fraction. The effects of finite rate chemistry were taken into account by using the MIL model. Finally, the complete model was used to simulate auto-ignition and the establishment of a flame in a diesel type experiment. The auto-ignition delay and the shape of the flame were well simulated. The importance of taking into account the influence of the droplets on the fluctuations is demonstrated by testing the model with and without the corresponding terms.     

选择性催化还原系统防沉积物堵塞喷嘴设计与喷射特性分析

针对选择性催化还原系统产生的沉积物易造成喷嘴堵塞,引起喷嘴管路背压过高及雾化喷射不均匀等问题,设计并研制了一种防沉积物堵塞喷嘴。该喷嘴通过调节喷嘴芯与螺套的锁紧量调定喷嘴的稳定喷射压力,并通过对喷嘴芯的最大开度进行机械限位,有效避免了尿素雾化喷射不均匀及NH 3逃逸等问题。对喷嘴的起闭特性与孔口径向截面的流量特性进行了理论分析,结果表明:当喷嘴因沉积物造成堵塞时,喷嘴芯开度随压力升高而增大,喷嘴孔口径向截面面积及截面质量流量也随之增大,有效提高了喷嘴内部沉积物的排出率,并降低了孔口外部沉积物的凝结风险。采用流体仿真软件Fluent对喷嘴的喷射特性进行了数值模拟,进一步探究了不同喷嘴芯开度及锥度角对喷嘴孔口径向截面面积、截面速度分布及截面流量特性的影响。最后,通过试验验证了喷嘴的喷射效果与开启压力精度。试验结果表明:采用该喷嘴后,喷嘴雾滴分布均匀,雾化效果良好,且在各稳定喷射压力下喷嘴均可以稳定开启,开启压力精度为±5%。     

水平管降膜蒸发器管外液体流动研究及膜厚的模拟计算

针对应用于空调和制冷系统的水平管降膜式蒸发器，建立了FLUENT数值模拟计算的物理模型。以制冷剂R134a为研究对象，对不同流量、不同布液器开孔孔径、不同管束结构下管外制冷剂液体的流动情况进行了模拟计算；并实现了绕管周方向不同角度液膜厚度的读取。     

柴油机Urea—SCR催化器的数值模拟与优化

运用计算流体动力学（CFD）的方法对某一柴油机Urea—SCR催化器进行了数值模拟,考虑了尿素溶液的喷射雾化、水分蒸发以及热解过程,忽略了载体内部的表面化学反应过程。通过考察载体入口处氨气分布均匀性系数,对有无混合器、不同喷射距离、不同喷孔分布形式及不同喷孔直径条件下的催化器性能进行评估对比,为催化器的进一步优化提供指导性意见。     

螺旋流三分支管多维流场的测量与数值模拟

排气系统对发动机的性能有很大影响，作者在 Ｍ Ｐ Ｃ排气系统的基础上，提出了一种新型螺旋流排气系统，它利用支管与总管切向斜交，使气体从支管流出后在总管内产生螺旋运动，可以减小气体由支管进入总管时的撞击损失，同时可以防止扫气干扰；气体产生螺旋运动还可以减少总管横截面的二次流损失和局部回流损失。为了深入研究螺旋流排气系统的工作机理，作者利用三维粒子动态分析仪（３ Ｄ Ｐ Ｄ Ａ），对一始端螺旋流三分支模件的稳态湍流流场进行了测量，并用 Ａ Ｌ Ｅ法进行了三维流动数值模拟。模拟结果与测量结果基本吻合，反映了模件流场的三维特征。