内混式喷嘴雾化特性的试验与仿真研究

利用马尔文测雾仪对内混式喷嘴在不同工况下的雾化特性进行试验研究。根据试验结果,分析气压、水压以及气液比等因素对液滴粒径及均匀性的影响。利用Fluent软件对内混式喷嘴进行数值模拟,研究喷嘴混合段以及外流场的粒径变化。结果表明:随着气压、气液比的增加,喷嘴的雾化粒径减小,且气压为主要影响因素;内混式喷嘴内部粒径先增大后减小,在喷嘴出口处锐减,外流场中粒径沿轴向方向逐渐增大;将喷嘴出口处模拟粒径与实验结果对比,粒径大小及其变化趋势吻合较好。     

基于Fluent外混式气动雾化喷嘴改进与仿真研究

为了有效降低喷嘴气体能量的损耗，需要对气动雾化装置整体结构进行雾化速度和压力流场的仿真分析，通过改进局部设计来减少非必要的能量损失，以此来提高气体能量利用率，提升喷嘴雾化性能。为此，对外混式气动雾化装置的内外流场进行了数值研究。首先，对该气动雾化装置内部气相通道进行了数值模拟，找到了原设计中最大能量损失的原因；然后，根据流场的压力和速度分布规律，对壶体与喷嘴连接处的气相通道进行了局部结构改进，分析了装置改进前后内外流场的压力与速度变化情况；最后，通过模拟喷雾过程，对比了不同气压下原喷嘴和改进后的喷嘴内外流场的雾化特性，对喷嘴局部结构改进的合理性与改进后气动雾化装置性能的优越性进行了验证。研究结果表明：通过掏空雾化喷嘴主体和改变雾化喷嘴进气口形状的方式，可以有效改善气相通道的节流情况，减少气体能量的损失，缩短改进后的喷嘴气相通道内部高速气体路径，并且增加喷嘴气相出口附近的流场速度，最大增幅为11.49%;改进后的喷嘴雾化性能得到了提升，当气压在0.3 MPa附近时，其雾化效果最佳。     

基于内外流场关联的喷嘴仿真及实验研究

针对喷嘴两级雾化之间的内部关联问题,以十字旋芯喷嘴为研究对象,对其雾滴分布特性进行了实验和仿真计算研究。首先,介绍了十字旋芯喷嘴的二维结构;然后,基于Realizable k-ε湍流模型和Pressure-swirl-atomizer雾化模型,采用Fluent软件对螺旋倾角为30°、腔体直径为6 mm、压力为4 MPa～6 MPa的喷嘴内外流场进行了仿真分析,研究了螺旋倾角大小对雾化效果的影响;最后,搭建了喷嘴雾化性能实验系统平台,用DP-02滴谱仪测得了雾化粒径分布,结合实验数据验证了仿真方法的合理性。研究结果表明：选取内流域出口流速最大值作为计算外流域入口条件更符合实际情况;随着螺旋角增大,粒径在0μm～20μm的雾滴占比越来越大,粒径在60μm～80μm的雾滴占比越来越小,该结果可以为十字旋芯喷嘴的选择提供参考。     

直射式高压喷嘴雾化分析

对直射式雾化喷嘴进行选型及内部尺寸寻优。仿真结果表明:在系统额定工况流量qv=16mL/r、压力p=14MPa下,最佳喷嘴出口直径d值约为1.5mm;d小于1.5mm时,p是影响雾滴索太尔平均直径d32的最关键因素,喷嘴喉部长度l/d及收缩角α对d32影响不大;8~9MPa为系统稳定雾化压力。p=9MPa、d=1.1mm时,采用三维多普勒相位粒子测速仪对雾滴d32及速度进行测量,在距喷嘴出口500mm截面处,从中心到边缘,优化结构后的高压直射式喷嘴的雾滴d32及轴向速度ux降幂下降,而径向速度ur呈升幂趋势。     

4种脱硫喷嘴雾化特性对比试验

对目前湿法烟气脱硫系统中常用的4种机械式雾化喷嘴进行了雾化试验,采用高速数码摄影法对4种喷嘴在不同压力下的喷雾状况进行测试,并用ImageJ软件处理,得到各喷嘴在不同工况下的粒径、粒径分布和雾化角等特性。研究结果表明:4种喷嘴雾化粒径随液压的增大呈减小趋势,其中螺旋喷嘴雾化粒径最小,扇形喷嘴雾化粒径最大;螺旋喷嘴、空心锥喷嘴和扇形喷嘴的雾化角随液压增大变化不大,较为稳定,实心锥喷嘴雾化角随液压增大而增大,螺旋喷嘴与扇形喷嘴的雾化角较大,空心锥喷嘴的雾化角最小;各喷嘴在小于0.2MPa的液压下粒径分布不均匀,当达到0.2MPa后粒径分布较为均匀。综合结构特点和雾化特性,螺旋喷嘴较适用于火电厂湿法烟气脱硫系统。     

低压燃油雾化喷嘴流动能量损失特性数值研究

建立了描述燃油在有渐扩切向槽的低压燃油喷嘴内的三维流动数学模型,采用SIMPLE算法进行计算,探讨低压下这种喷嘴的流动阻力特性,并采用试验方法研究了低压下油的雾化特性,以确定优化的燃油雾化喷嘴的结构特性。结果表明：在θ= 6o左右时,燃油雾化喷嘴出口流体的回流卷吸作用消失;在低压下(p0=0.8 Mpa),当燃油雾化喷嘴的结构特征为n=3～4,L≤2.5,θ=5o~6o,a/b=1.2和Rx/rb≥2.5时,能量损失达到最小,喷嘴压降达到最低;结构优化的燃油雾化喷嘴在低压下可保持良好的雾化质量。研究得到的燃油雾化喷嘴可用于火电厂、化工及建材等燃烧动力装置的燃烧点火及助燃等。     

前混合磨料水射流喷嘴外流场磨料加速过程研究

前混合磨料水射流与后混合磨料水射流相比,磨料粒子速度松弛情况和混合均匀性好得多。磨料在系统中加速情况影响系统的能量传递效率和切割能力,加速过程可分为管内加速、喷嘴加速以及喷嘴外流场核心段加速三个过程。本文应用液固两相流理论,对喷嘴外流场磨粒进行受力分析,建立外流场加速模型,研究表明,磨料粒子在喷嘴外流场核心区加速,达到速度最大值,在过渡段和空气掺混,粒子速度下降,在喷嘴外流场速度松弛比大于喷嘴内流场,但喷嘴外流场核心段速度增量远远小于喷嘴段。     

冰粒气射流喷丸喷头流场数值模拟

基于射流的湍动特性,应用FLUENT对冰粒气射流喷头内流进行数值模拟。分析了射流压力对内流连续相轴向速度和轴向动压强及射流压力和粒径对弹丸轴向速度的影响。结果表明,当射流压力增大时,气体喷嘴出口处和弹丸喷嘴出口处的轴向动压强也随着增大;当射流压力增大时,气体喷嘴出口处和弹丸喷嘴出口处的轴向速度也随着增大;粒子速度随着射流压力的增大呈现先增大后减小的趋势,随着粒径的增大呈现减小的趋势,但最大值均出现在磨料喷嘴出口处。     

新型喷嘴内部碰撞雾化特性研究

本文主要论述了新设计喷嘴内部碰撞机制下的雾化特性。雾化液滴尺寸通过马尔文法进行测量,结果显示,当GLR(气液比)取0.14时,SMD(索特平均直径)均在10μm以下。在液体和气体压强分别为2.5 bar和3.5 bar范围内,最小液滴尺寸可以降低到4μm。此外,这项实验表明,在低气压条件下使用这种特殊的喷嘴,可以得到超细雾化液相,而使用传统设计方法的喷嘴,这些效果无法轻易实现。结果还显示,雾化特性可以通过增加内部碰撞角度来提高。     

3D打印燃气轮机天然气喷嘴的流场仿真分析

开展3D打印天然气喷嘴流场仿真研究,为小型化燃气轮机控制技术的提升奠定基础.利用Solidworks、ANSYS ICEM CFD软件进行3D打印天然气喷嘴模型建模和网格划分,基于FLUENT仿真完成不同压力工况下稳态天然气喷射流场的数值模拟计算.在天然气喷嘴外流场中形成的几何回流区会随着供气压强的增大而消失,中心回流...     

压力对直射式喷嘴雾化影响的机理研究

为了揭示压力对直射式喷嘴雾化影响的雾化机理,针对D=0. 2 mm、D=0. 3 mm的直射式喷嘴采用实验和数值模拟研究。主要获得以下结论:压力是影响直射式喷嘴雾化的重要因素。压力越大,燃油液滴粒径SMD越小、喷雾锥角越大。直射式喷嘴的压力增大,雾化效果增强趋势逐渐降低;压力增大对一次雾化影响较大,对二次雾化影响较小。使用TAB模型的数值模拟结果能很好的预测出与实验一致的直射式喷嘴雾化特性,可应用于工程设计。     

气辅式多射流纳米颗粒高效静电雾化喷射

研究了一种带辅助气体的新型纳米颗粒多射流高效雾化喷射技术。开发了带有辅助气流的多喷嘴静电雾化喷头,引导辅助气体均匀分布于各喷嘴四周形成稳定鞘层气流,从而对带电雾化射流产生拉伸与约束作用,而形成的鞘层气流降低了表面电荷密度,克服了带电喷嘴间的电场干扰,实现了多雾化射流的稳定、持续喷射。研究了静电雾化多射流的喷射、沉积行为,分析了辅助气体供气压强对射流喷射临界启动电压和纳米颗粒均匀性的影响规律。实验结果显示:辅助鞘层气流降低了射流喷射临界启动电压和雾化颗粒直径,提升了雾化纳米颗粒的均匀性。辅助气体供气压强从0kPa增加到50kPa时,雾化多射流喷射临界启动电压从4.9kV降低至2.8kV,纳米颗粒平均直径从845.267nm下降至528.06nm。结果表明:鞘层气流的引入为纳米颗粒的多射流、快速喷射提供了一种有效的技术手段,有助于推动静电雾化技术的应用发展。     

基于自激振荡脉冲效应的雾化喷嘴出口流道空化特性研究

喷嘴结构及射流运动参数对液体空化流动状态有重要影响。基于空化泡溃灭的雾化机理和自激振荡脉冲喷嘴出口流道空化过程,分析空化效应对自激振荡脉冲射流雾化效果的影响。依据自激振荡脉冲雾化喷嘴结构,分析射流来流速度和脉动压力对喷嘴出口流道空化效应的影响,提出利用来流雷诺数和脉动特征值表征喷嘴出口流道空化程度,并根据自激振荡脉冲喷嘴有限元分析得到喷嘴出口流道较好空化状态的来流雷诺数和喷嘴腔室长径比。研究结果表明:当来流雷诺数在2.14×10~5~3.05×10~5内逐渐增大时,自激振荡脉冲雾化喷嘴出口流道液相体积分数先减小后增大,相应的空化程度先增大后减小。雷诺数在2.44×10~5~2.75×10~5内可以使喷嘴出口流道形成较好空化效应,尤其在2.44×10~5附近时喷嘴出口流道出现最好的空化状态;脉动特征值与喷嘴出口流道处脉动压力幅值差成正比,随着自激振荡脉冲雾化喷嘴腔室长径比增大,脉动压力幅值差值先减小后增大。当喷嘴腔室长径比为0.60~0.70时,喷嘴出口流道空化状态较好。计算结果为自激振荡脉冲射流雾化喷嘴设计提供了理论依据。     

基于FLUENT的甘草清洗设备的喷嘴研究

针对甘草清洗过程中存在的易缠绕、有效成分易流失、效率低下等问题,提出采用高压水射流双面喷嘴清洗方案,利用计算流体动力学(CFD)的方法对水射流喷嘴外流场数值模拟,分析了不同条件下流场速度变化。射流仿真表明:在两喷嘴相距250mm时的外流场条件下,入口速度每增大10m/s,等速核区速度增大75m/s,射流发展越充分,交汇区冲击力越大,甘草表面污物的清洗效果就越好,清洗效率也就越高。     

基于FLUENT的采煤机螺旋滚筒内喷雾性能研究

井下工作面粉尘不仅影响工人身体健康,而且容易引发粉尘爆炸等安全事故。螺旋滚筒的内喷雾系统在解决粉尘污染产生问题上起着至关重要的作用,因此设计出具有良好性能的内喷雾系统的螺旋滚筒至关重要。以MG325采煤机为依托,采用Pro/E和GAMBIT建立该采煤机截割机构及其工作面有限元模型,选用双湍流流动数学模型构建滚筒内喷雾数学模型,通过FLUENT对内喷雾系统外流场进行仿真分析,分别分析喷雾压力、喷嘴口径、扩散角和喷雾入射角对雾滴粒径、运动速度等雾化效果的影响。研究表明:当喷雾压力为5 MPa、喷嘴口径为1.2 mm、扩散角为60°、内喷雾入射角为15°时,喷雾效果最佳。分析结果为提高采煤机螺旋滚筒喷雾降尘效率提供了明确的量化依据,为喷雾系统的设计提供了新的理念和方法。     

变黏度液体静压轴承的温升特性研究

采用广泛使用的有限元法难以探究温升的影响对液体静压轴承动态特性的影响,为此,提出了一种基于有限差分法的变黏度液体静压轴承动态润滑仿真算法,对变黏度液体静压轴承的温升特性进行了研究。首先,改进了油腔的热力学边界条件,以拓宽其适用范围,使其适用于油腔尺寸较大的液体静压轴承;然后,基于有限差分法处理了Reynolds方程、流量连续方程、能量方程以及黏温方程,从而建立了基于MATLAB的液体静压轴承变黏度热流动态润滑模型;最后,采用仿真计算的方法,分析了偏心率ε为0.1～0.4、主轴转速n为3 000 r/min～10 000 r/min(线速度为14.1 m/s～47.1 m/s)时,油膜压力与温升的变化机理。研究结果表明：当主轴转速从3 000 r/min增大到10 000 r/min时,转速的增大会使得液体静压轴承的承载力因动压效应的增大而增大,但其油膜的平均压力却因温度的升高、油膜黏度的降低而下降了约24%;主轴偏心率的增大会导致油膜温度聚集,而主轴转速的增大则导致油膜温升增大,故当偏心率ε=0.4而转速n=10 000 r/min时,油膜的温升较大,且热量发生聚集,其最高温升可达39...     

不同喷口扩张比下离心喷嘴雾化特性研究

为研究喷口扩张比对航空发动机离心喷嘴雾化特性的影响,对多种结构离心喷嘴开展试验研究。用工业相机捕捉油雾场形态;用多普勒激光粒度仪测量喷嘴出口液膜速度、雾化粒径;结合数值模拟得到的液膜流动情况,对雾化性能进行详细分析。研究结果表明：随着喷口扩张比的增加,雾化锥角增大,雾化粒径减小,液膜轴向速度减小;当扩张比一定时,不同压差下雾化锥角基本一致;喷嘴下游存在三个流动区域,分别为燃油射流区、射流内侧空气区及射流外侧空气区,射流内侧形成对称的空气涡;在扩张段处液膜与壁面之间会形成分离区,当扩张比较大时,液膜可绕过分离区重新靠近壁面,且扩张比越大,液膜与壁面贴合程度越高。     

干雾抑尘喷嘴雾化粒径与气压关系实验

粒径在10 μm以下的可吸入粉尘是喷雾降尘中的难题,需要10 μm以下的水雾颗粒来迫其沉降.在喷雾除尘中引入了液气两相喷嘴,在对其结构参数分析后,以空气、水为工质,使用Malvern粒度仪进行雾化粒径大小与气压关系的实验,实验结果表明:在一定范围内干雾抑尘喷嘴的雾化粒径与气压成反比;在气压达到一定值时喷嘴的雾化粒径可达10 μm以下.     

气液两相喷嘴等温流动模型

通过对Rundinger气液两相喷嘴流动模型计算机求解发现,大载荷比两相喷嘴流动中液体和气体的温度基本相等且与入口温度相同,从而提出等温流动假设,并对其合理性进行理论分析.得到一种适合于大载荷比的气液两相喷嘴简化等温流动数学模型,并对喷嘴参数和性能的影响因素进行研究.将该数学模型与Rudinger模型进行理论计算和试验比较,发现在大载荷比时两个模型计算结果和试验数据非常接近.     

配备下限流导液管的环缝喷嘴雾化能力研究

高品质金属粉末是众多制造领域中的基础材料,微细粉末成型的关键技术在于气雾化制备阶段,而喷嘴及导液管结构和雾化工艺参数对气雾化粉末的质量有重要影响。基于高速射流流体动力学的数值模拟方法研究了雾化压力、雾化气体温度、导液管下口直径与伸出长度对配备下限流导液管环缝喷嘴雾化能力的影响,通过喷盘流场检测验证模型的可靠性。结果表明：环缝喷嘴装配下限流导液管临界入口压力为128.1 kPa,雾化压力2.0 MPa时既能有效增大雾化腔内的气体最大速度和降低最低温度,又能防止过高压力造成返喷而影响气雾化顺行。此外,在极限雾化压力2.0 MPa下,通过增大雾化气体温度、下限流导液管下口直径由5 mm降低至1 mm以及伸出长度由0 mm增大至2 mm均能继续提升气液质量流速比而提升其雾化能力。生产实践也证实了模型的预瞻性,在此优化工艺下生产顺行且粉末粒度D50仅为23.84μm。