孔板为发生器的水力空化装置的实验研究

孔板是以多洞孔板为水力空化发生器的水力空化装置的关键,孔板的参数如:开孔孔径、开孔个数、孔排布方式、孔板厚度对空化效果有着重要的影响.文章分析了孔板的开孔率及孔的排布方式(分为均布和辐射状分布)2个因素对孔板前压力、孔板前后压差的影响,结果表明:在开孔率相同的情况下,通过改变孔的排布方式可以显著改变管路的最大流量,在开孔率为0.035时,均布排布较辐射状排布时的管路最大流量增大至0.8 m3/h;在开孔率为0.042时,在特定的流量范围11.5～12.5 m3/h之间时,随孔的3种排布方式(均布、辐射状分布12×4、辐射状分布16×3)的不同,孔板前压力、孔板前后压差有明显的变化.     

不同开孔率的多孔孔板水力空化装置的图像分析

设计了一套实用有效的水力空化实验装置,利用高速摄影的方法研究多孔孔板结构参数对水力空化效果的影响,总结得出评价水力空化效果的有效方法。研究得出：利用孔板后的平均灰度值可以很好的反映管路中的空化效应;多孔孔板的开孔率是影响水力空化效果的主导因素。每个管路都存在一个最佳开孔率,使管路水力空化效果最优;管路阻力系数随着开孔率的增加明显减小。图11表1参10     

单孔孔板水力空化器结构参数的数值分析

为了预测单孔孔板水力空化器结构参数对水力空化效果的影响,基于流体计算软件Fluent,采用λ-ε双方程湍流模型,针对单孔孔板水力空化器孔直径、孔板厚度及进口压力对孔板水力空化效果的影响进行了数值模拟计算,获得了压力分布、湍动能以及流线速度矢量分布图等数据.结果表明,在孔的出口段靠近孔的区域存在空化发生区和空泡破灭区.这一区域的大小随孔直径的增加而增大,随孔板厚度的增加而增大.湍动能和速度矢量之间有着密切的联系,湍流漩涡的作用范围随孔直径和孔板厚度的增加而变大.进口压力对孔板式水力空化发生器空化效果的影响随压力的增大成线性变化,对于空化效果没有决定性的影响.通过比较分析,得出内径为32 mm的单孔孔板式水力空化发生器的最佳孔直径约为1.6 mm,孔板厚度约为14 mm.     

开孔率对多孔板水力空化装置影响的实验研究

水力空化装置是利用水力空化技术的关键,而多孔板则是以多孔板为发生器的水力空化装置的最重要部分。多孔板的参数,如：开孔孔径、开孔个数、孔的排布方式、孔板厚度等,对空化效果有着重要的影响。文章分析了孔板的开孔率对管路最大流量、孔板前压力、孔板后压力和孔板前后压差等的影响。根据实验结果,可以得到以下结论：管路的最大流量受到开孔率的限制。而板前后压力差与孔口断面时均流速的关系却与开孔率无关。     

多孔孔板水力空化装置的阻力特性研究

多孔孔板作为节流元件,其结构设计参数是影响水力空化效果的重要因素。在等效直径比一定的情况下,孔板的孔数、中心孔、布孔级数和特殊情况对管路总阻力系数将会产生重大影响。研究得出：实验过程中管路流体已经进入高度紊流状态,在此管路情况下,单个孔板的阻力系数变化很小,不同孔板的阻力系数与该孔板的结构参数有很大的关系。孔数和布孔级数的增加,中心孔以及均匀布孔都有利于管路总阻力系数的减小,特殊情况尽量避免。图7表1参11     

单孔孔板水力空化对大豆球蛋白理化性质的影响

本研究利用单孔孔板水力空化处理大豆球蛋白,通过比较处理前后大豆球蛋白的十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE）图、粒径分布、Zeta电位、内源荧光光谱、表面疏水性及巯基含量等的变化,研究单孔孔板水力空化对大豆球蛋白理化性质的影响。结果表明：经单孔孔板水力空化处理30 min后,大豆球蛋白的分子质量分布未发生改变,平均粒径从（335.67±3.43）nm减小至（234.73±4.32）nm,Zeta电位绝对值从（24.47±0.51）mV增加至（31.30±2.74）mV,内源荧光光谱最大吸收峰红移,表面疏水性从1 970.67±35.00增加至2 373.67±75.57,暴露巯基含量从（5.11±0.35）μmol/g降低至（3.76±0.16）μmol/g,总巯基含量从（7.31±0.27）μmol/g降低至（5.35±0.28）μmol/g。由此可见,单孔孔板水力空化可改变大豆球蛋白的高级结构,从而使其理化性质发生变化。该研究可为水力空化技术应用于蛋白质的改性提供一定的理论依据。     

文丘里管在棉籽油预处理中的结构设计与应用

基于FLUENT软件,采用标准k-ε模型,以棉籽油为介质,对文丘里管内空化流场进行数值模拟,计算文丘里管内空化区的空化数和汽含率分布,研究文丘里管的结构参数变化对空化效果的影响。结果表明,文丘里管的结构对空化效果有着明显的影响,空化效应随着入口锥角的增大、喉部长度的减小而增强,喉部直径与出口锥角对空化效应的影响存在最适值,为文丘里管在油脂中应用时的结构优化设计提供了依据。同时通过棉籽油水力空化验证实验发现,水力空化对棉籽油中的棉酚脱除有非常明显的效果,且脱除率随着文丘里管入口锥角的增大而提高,即空化效应越强脱除率越高,与模拟结果相一致。     

新型涡流空化器的实验研究

目前利用空化释放出能量是充分利用能量的一种新方法,为此设计了一种新型的涡流空化器,定量分析了空化引发·OH(羟自由基)产量与空化强度的关系。文中以亚甲基蓝作为羟自由基的捕捉剂,使用紫外-可见分光光度计间接测定了水力空化产生的·OH产量,并利用该方法对涡流空化器空化效果进行了实验研究。分析了旋流腔直径、空化器出液管直径和空化器进液管流速等工艺参数对自由基产量的影响。力求寻出有利于空化发生以及提高空化作用强度的适宜空化器的设计工艺。结果表明:进液管流速越大,出液管直径越小,旋流腔直径越小,·OH摩尔浓度越大。与孔板水力空化器对比,涡流空化器单位压降的·OH的摩尔浓度是孔板水力空化器的13.99~68.19倍,说明涡流空化器能量利用率更高,空化效果更好。     

壳聚糖溶液水力空化泡动力学的数值模拟

本文基于Gilmore空泡动力学模型,采用四阶Rung-Kutta法,对孔板空化器中壳聚糖溶液水力空化泡的动力学特性进行了数值模拟。考察了壳聚糖溶液浓度、溶液温度、孔板下游管道直径、孔板喉部直径、孔板入口压力、出口压力及空化泡初始半径对壳聚糖溶液中空化泡运动的影响。模拟结果显示,对单个空泡而言,壳聚糖溶液浓度越高,空化产生的空化效应强度越弱,当浓度达到1%时,Rmax/R0只有8;溶液的温度越高,空化的强度越大,当温度达到60℃时,Rmax/R0达到215;孔板下游管道直径越长,产生空化效应越强,当下游管道直径为100 mm时,Rmax/R0达到335;孔板喉部直径越小,空化效应越显著,当喉部直径为2 mm时,Rmax/R0为290;孔板压力范围为0.1~0.5 MPa之间,入口压力高,出口压力越低,空化效应越好;初始半径较小的空化泡对空化作用的贡献更大,当初始半径为5μm时,Rmax/R0为275。     

旋转齿筒式水力空化器内空化过程

在液体的空化过程中,空化泡的溃灭瞬间会在局部产生巨大的能量,可打破物质间的强力结合,甚至可以打断大分子主链上的碳键或破坏微生物细胞壁,在工程具有广泛应用。运用ANSYS Fluent 19.0,对一种旋转齿筒式水力空化器中的空化过程进行数值模拟研究与改进,得到不同齿型空化器内部的压力云图、速度云图、空化泡分布云图等数据及空化器内空化过程的一般规律。结果表明,该空化现象是转筒旋转作用下的离心力和静筒上齿的节流剪切力共同作用的结果;方形齿的空化率高于圆形齿;空化主要发生在转筒盲孔底部,分布均匀,空化强度高,累积空化体积大。     

基于Fluent的喷气织机辅助喷嘴综合性能

为提高喷气织机引纬性能,降低能耗,对辅助喷嘴结构及其参数进行优化研究。采用数值模拟分析方法,利用 Fluent 软件,研究了辅助喷嘴不同结构及参数对辅助喷嘴出口处的气流速度、速度衰减以及耗气量的影响规律。为得到喷射性能好且耗气量低的辅助喷嘴结构,提出了评定辅助喷嘴综合性能的方法。结果表明：中心环形分布方式的辅助喷嘴喷射性能优于环形分布的辅助喷嘴;相同孔数的中心环形分布的辅助喷嘴,其出口风速随中心孔直径减小而减小,相同喷孔面积条件下,耗气量随喷孔数目的增加呈现递减趋势,8K04 型辅助喷嘴耗气量最低; 7K04 型辅助喷嘴喷射速度高,且耗气量低,综合性能最优; 5K03、6K05、7K04、8K04 型辅助喷嘴的综合性能优于单圆孔辅助喷嘴。     

基于FLUENT的辅喷嘴气流流场数值模拟

利用Fluent对4种不同孔型的辅助喷嘴进行了模拟求解,得出了湍流状态下辅助喷嘴管内流体的速度场,从微观上分析了辅助喷嘴内部的气体流动情况。对比分析了喷孔形状对辅助喷嘴喷出气流效果的影响。数值计算结果表明,在相同供气压力下四种孔型的辅助喷嘴气流射出能力依次为：7圆孔型>矩形孔型>双圆孔型>单圆孔型。与实验结果进行比较发现,数值模拟具有很高的可靠性。     

新型整流喷嘴式分流器最佳入口工况数值模拟

目的:改善或尽可能消除制冷系统中节流后气液两相制冷剂在蒸发器中分配不均匀导致的制冷系统性能下降的现象。方法:基于多相流模型中的混合物模型,建立整流喷嘴式分流器的物理模型及气液两相流动的数学模型,通过CFD模拟该分流器内部的相分布情况和气液两相分离程度,分析入口工况(流速、干度)对分流器分液均匀性的影响。结果:当入口流速为1 m/s,入口干度为0.2时,流型逐步趋于稳定,形成对称的环形流,分流器在此工况下整体不均匀度达到最小值,分流效果最优。结论:在对分流器结构进行优化的基础上,通过调整入口工况至最佳可进一步优化流型,形成对称环形流实现均匀分液。     

降膜蒸发器用制冷剂分布器设计参数讨论

文章针对水平管降膜蒸发器用筛板式制冷剂分布器的操作流量、开孔数目、开孔大小、孔口流出系数、分布均匀度等设计参数展开讨论,由此总结了制冷剂分布器各设计参数的确定方法,以及制冷剂分布器的理论设计思路;文章针对筛板式制冷剂分布器设计参数的讨论也适用于其他类型的分布器.     

声流效应对大豆分离蛋白超声乳化效果研究

目的 研究不同超声功率（0、28、47、69、88、109 W）作用下声流效应对大豆分离蛋白(soy protein isolate, SPI)乳化效果的影响。方法 将声流效应形成机制与有限元方法相结合,对声场内的声流现象进行仿真计算,获取不同超声功率下的声流速度场分布,探究超声空化场分布特性。通过大豆分离蛋白超声乳化实验,对不同功率条件下声流效应产生的空化作用效果进行验证,利用激光粒度分析仪、紫外可见分光光度计、旋转流变仪测量大豆分离蛋白乳化液的粒径、乳化活性、乳化稳定性、表观粘度。结果 增大超声功率可使沿反应器轴向区域相同位置处声流速度值增大,声流效应增强,显著提高(P<0.05)超声空化空间分布范围。声流作用下,对大豆分离蛋白乳化液进行超声处理可显著降低(P<0.05)乳化液平均粒径和粒径分布,提高(P<0.05)乳化活性、乳化稳定性和表观粘度。超声功率为88 W时,乳化效果最佳。结论 超声功率为88 W所产生的声流效应对大豆分离蛋白乳化液的乳化效果影响最为显著,研究成果可为超声乳化的优化研究提供可行的方法。     

大豆分离蛋白超声乳化作用机理

目的：研究大豆分离蛋白超声乳化的作用机理并探究不同超声功率下大豆分离蛋白乳化液的乳化效果。方法：采用不同的超声输入功率（28、47、69、88、109 W）对大豆分离蛋白乳化液进行处理,应用有限元的分析方法,对声场内的声流现象进行仿真计算,获取不同超声功率下的声流流场分布,结合超声空化效应的声致化学发光实验,分析超声空化场的分布特性。同时测定并分析大豆分离蛋白乳化液粒径、乳化活性、乳化稳定性等特性变化。结果：超声的空化效应、声流的空化增强以及声流的分散混合是超声乳化均质稳定的主要作用机理。超声空化效应的破碎均质作用使得大豆分离蛋白乳化液粒径减小,超声功率增大所引起的声流效应一方面可扩大超声空化的作用区域,增强空化效果;另一方面,声流作用下的冲击、回旋、涡流运动可使乳化液充分搅拌、分散和混合,从而有效提高乳化液的乳化活性、乳化稳定性和表观稳定性。乳化效果分析结果表明当超声功率为88 W时,大豆分离蛋白的乳化效果较佳。结论：超声功率的提升能够有效提高大豆分离蛋白的乳化特性。     

等参数直齿及弧形齿磨盘对纤维切断的研究

研究了等参数的等距直齿及弧形齿磨盘对纤维的切断效果,运用纤维平均长度、不同长度组分分布、纤维原始切断率及相邻切断率来分析两磨盘对纤维的切断过程。研究发现,弧形齿及直齿磨盘对纤维的切断机理不同,弧形齿磨盘对纤维的切断均一稳定,能够有效保留纤维的长度;而直齿磨盘对纤维切断作用较强,可实现对纤维的快速切断。因此,相比于直齿磨盘,弧形齿磨盘更适用于废纸浆、阔叶木浆及草浆等的磨浆。