离心喷嘴内部流动与液膜初级破碎的耦合模拟

了更准确地预测喷射特性,揭示喷嘴结构对雾化过程的影响,采用VOF多相流模型和大涡模拟湍流模型对航空发动机离心喷嘴内部流动和液膜破碎过程进行了耦合的CFD模拟,捕获了清晰的气液相界面以及油膜的不稳定波和初级破碎现象.模拟结果表明：供油流量增大时油膜的破碎形态由波浪式破碎和轮缘破碎变成穿孔式破碎,这主要是由于喷嘴结构造成的周向扰动对液膜破碎过程产生了较大影响、使液膜破碎长度缩短的缘故.数值计算的喷雾锥角和油膜破碎长度分别与实验测量值和半经验公式计算值符合良好.     

燃油喷嘴内部流动和油膜破碎的数值模拟

本文采用VOF法对某航空发动机离心式喷嘴主油路的两相流进行模拟,得到了不同流量时喷嘴内部压力分布、速度分布及喷雾半锥角等参数;采用realizable κ-ε模型和雷诺应力模型进行了模拟;将实验数据、经验公式和模拟得到的数据进行对比分析,模拟结果比较理想;捕获了喷嘴下游油膜的初级破碎。     

旋流喷嘴内部流场的数值模拟和实验研究

为了揭示旋流喷嘴内部流动机理,有效预测其外部雾化特性,采用VOF多相流模型和RNG κ-ε湍流模型对旋流喷嘴内部的气液两相流动进行了数值模拟.通过对喷嘴结构进行合理的网格划分和特殊边界条件设置,计算了喷嘴内部的速度场、压力场和空气芯的形状尺寸.分别通过激光测速仪和高速摄像仪测量出口速度、空气芯的直径和雾化半锥角,对计算结果进行了验证.结果表明,旋流喷嘴内部流动为Rankine涡结构,其雾化特性如雾化角和液膜厚度等可以通过分析出口处流场得到.     

双股射流碰撞雾化特征实验

为改善双股射流碰撞雾化器的雾化性能,基于自行搭建的射流碰撞雾化实验台,采用CCD拍摄技术,研究射流速度、碰撞角度、喷嘴出口内径和黏度对雾化特征的影响.结果表明:随着射流韦伯数和碰撞角度的增大,喷雾角增大,液滴的索太尔平均直径(SMD)减小,且液滴分布更加均匀;喷嘴内径较小时形成的液膜厚度较薄,稳定性差,喷雾角较小,在所研究的范围内,液滴的平均直径不受喷嘴内径的影响;液体黏度越大,液膜越稳定不易破碎,液膜尺寸越大,喷雾角越小,液滴的平均粒径越大;在韦伯数较小时,差异明显,而在较高的韦伯数条件下,差距较小.在进行40%浓度甘油溶液雾化实验时,观察到了液膜翻转现象,从碰撞点往下出现连续多个相互垂直的液膜.因此,增大射流速度、碰撞角度,减小液体黏度,有助于改善雾化性能.     

异戊烷闪蒸喷雾喷嘴近场雾化与喷嘴内流动特性

当高压液态碳氢燃料由于容器或者管道破口泄露释放到低压环境中,会形成剧烈闪蒸喷雾,闪蒸喷雾是在动力学与非平衡热力学共同作用下一种复杂的破碎雾化形式.文中搭建了易燃易爆介质闪蒸喷雾实验台,研究了不同初始压力和温度作用下异戊烷闪蒸喷雾喷嘴内流动与近场雾化变化规律.研究结果表明,完全闪蒸雾化前,提高喷雾初温可以极大促进闪蒸雾化程度,之后温度变化对闪蒸雾化的影响急剧减弱;相同过热度下,提高喷雾初始压力也增加了闪蒸喷雾锥角和喷雾影响区域.在闪蒸喷雾不稳定阶段,喷嘴内出现多种两相流型并伴随不同闪蒸雾化形态,喷嘴内气相含率与闪蒸喷雾剧烈程度呈现正相关性,但是二者之间存在一定相位差,相位差与喷嘴内汽化起始点距离喷嘴出口距离以及流动速度有关.     

双层气雾化喷嘴突出高度的数值研究与分析

采用计算流体软件Fluent数值模拟的方法,通过对双层气雾化喷嘴气流场、颗粒粒径以及温度场的数值模拟,研究分析了导液管突出高度对气流场、颗粒粒径以及温度场的影响．研究结果表明,模拟结构中导液管突出高度为6mm时气流场结构最优,雾化所得粒径最小．此外,论文总结了气雾化过程中液滴在特殊气流场中破碎的主要过程,为双层气雾化喷嘴结构设计及机理研究提供了理论依据．     

空间模式下柱状射流雾化特性研究

应用线性不稳定理论对柱状射流雾化过程中液滴破碎机理进行了理论分析,利用简正模态法和贝塞尔函数的性质推导出了射流破碎色散关系,并分析了韦伯数和角向模数对柱状射流的影响.采用空间模式对射流破碎进行分析,得到了破碎过程中的射流雾化平均粒径计算式.利用液柱喷嘴组合试验台进行了不同喷嘴组合下柱状射流雾化粒径验证实验,实验结果与线性不稳定模型的计算结果基本吻合.     

小推力液体火箭发动机沉降型液膜冷却液膜长度研究

沉降型液膜冷却是指从喷嘴向壁面以一定角度喷注某种液滴,液滴到达壁面沉降形成液膜,实现对壁面热防护的一种方法,常用于小推力液体火箭发动机热防护系统中.采用Stechaman半经验方法对决定液膜冷却效果的关键参数——液膜长度求解.采用k-w模型描述湍流流动、Eulerian-Lagrangian模型描述两相流,采用C/C++语言编写Bai-Gosman液滴撞壁模型程序,采用数值模拟推进剂液滴撞壁后复杂的状态变化过程,考虑壁面热辐射,对400N双组元MMH/NTO自然推进剂发动机推力室内的蒸发、流动、燃烧和传热过程进行了数值模拟.在采用半经验公式方法求解液膜长度的过程中,分析了液膜流量对液膜长度的影响,研究了该方法的实际应用情况.实验结果表明,该方法可以较好地计算液膜长度,计算结果与实验具有较高的一致性,对工程实践具有重要的指导意义.     

可溶气体析出气泡雾化系统雾化特性研究

设计了一套可溶气体析出气泡雾化系统,将二氧化碳在高压下溶入水中达到饱和状态,经节流孔降压后,二氧化碳在喷嘴的混合室内析出和水形成气液两相流,最后由喷嘴喷出.通过对两种类型的气泡雾化喷嘴进行喷雾实验,并利用三维激光颗粒动态分析仪(Dual PDA)进行数据采集和处理,对喷嘴出口下游平均速度分布和喷雾D10、D32:Dv0.9三种平均直径进行了理论分析,结果表明该方法完全可行,雾化质量很好,同文献中提到的其它气泡雾化喷雾平均直径相比平均直径更小.两种喷嘴中,加旋流的A型喷嘴雾化效果更好.     

幂律流体双股碰撞雾化特征的实验研究

为深入研究双股射流碰撞系统的雾化特性,基于双股射流碰撞雾化实验台,采用PIV测速仪,通过改变双股射流的射流不对称性、添加氮气气流扰动以及添加金属铝粒子,来实验探究上述因素对于幂律流体雾化的影响.实验结果表明:韦伯数较小时,幂律流体以一定偏心度碰撞会形成链状液膜,链结长度随偏心度增大而减小;当双股射流以不同长度撞击时,幂律流体会出现鱼骨模式,该现象在0.15%卡波姆凝胶中较为明显;添加气流扰动能增大幂律流体液膜表面波的强度,导致液膜宽度变薄、液膜边缘提前破裂,并且当韦伯数较小时,液滴索太尔平均直径减小;添加金属粒子使幂律流体强度变低,最大破碎长度变小,提前进入各个破碎模式,更早达到液滴平均直径收敛值.采用一定的偏心度,适当加入气流扰动和金属粒子,有助于改善幂律流体雾化性能.     

多糖基可降解膜的疏水性质强化研究进展

多糖基可降解膜因具备无毒、环境友好、力学强度较好等特点,是替换传统石油基塑料膜的潜在选择。但大多数多糖的亲水性较强,使其形成的薄膜耐水性较弱,不利于实际应用。展示了近年来多糖基可降解复合膜疏水性质强化的研究进展。基于多糖化学改性方法,介绍了常见多糖膜的疏水改性效果,包括改性淀粉膜、改性魔芋葡甘聚糖膜和改性壳聚糖膜;从物理共混的角度总结了多糖与其他天然成分复合成膜的疏水增强机理;从多层复合的角度说明了层层自组装、静电纺丝等离子体等技术对多糖基复合膜疏水效果的提升效果。建议今后从改性膜的分子组装结构及其组装过程等方面阐明改性膜的疏水结构形成机理,为其稳定生产提供理论指导。同时,探究结合多种成膜技术同步强化多糖基可降解膜的疏水和力学性能的可行性,提升多糖基可降解膜在包装上的应用效果与体验。     

玉米醇溶蛋白成膜在柑橘保鲜中的应用

以玉米黄粉为原料制备玉米醇溶蛋白,再将玉米醇溶蛋白成膜,通过单因素和正交试验对成膜工艺进行优化,最后将玉米醇溶蛋白膜涂被于柑橘表面保鲜水果。结果表明,玉米醇溶蛋白成膜过程中最适条件为:固液比1∶8,冰醋酸浓度90%,以0.5%甘油作增塑剂,成膜介质为光滑塑料板。在此工艺条件下,玉米醇溶蛋白膜的拉伸强度为20.35g/mm2。柑橘表面涂膜保鲜实验结果表明,玉米醇溶蛋白膜的保鲜效果明显。     

基于LES-VOF模型的燃油射流雾化过程模拟

基于大涡模拟湍流模型和流体体积法对燃油在喷孔内部的流动和近嘴区域的射流雾化过程进行了数值模拟,运用大涡模拟方法求解气液相的湍流流场,运用流体体积法追踪气液两相流体的界面。模拟结果展现了喷雾初始阶段油束尖梢形成的＂蘑菇头＂形态及其破碎机理,验证了K-H不稳定波的增长是导致射流雾化的原因。深入分析还发现射流表面初始扰动源是液体内部湍流扰动和喷孔出口处边界层松弛共同作用的结果。     

激波诱导油液柱变形、破碎及其雾化过程研究

为进一步了解柴油爆炸抛撒云雾形成过程以及爆炸性能,开展了激波作用-10#柴油液柱实验.采用阴影成像技术记录油柱的变形、破碎行为和雾化过程,建立了油柱变形与破碎模型,并根据无量纲参数公式计算了油柱破碎模式,分析了激波作用后油柱变形和破碎雾化的特征.结果表明:激波遇到油柱会发生绕射现象,激波诱导的高速气流将继续作用油柱,油...     

PVDF/TPU相转化法制膜过程中热力学性质和动力学行为

采用相转化法制备PVDF／TPU共混中空纤维膜。研究浊点数据、铸膜液粘度、凝胶浴的组成和温度、芯液组成对制膜过程中热力学和动力学性质的影响,并探讨了PVDF／TPU成膜机理。结果显示,随着铸膜液和添加剂浓度升高,铸膜液凝胶值下降,体系相容性下降,相分离可能性增大,体现热力学促进作用;同时运动粘度升高,流变阻力抑制铸膜液高分子运动,相分离速度变小,延长相分离发生的时间,又存在动力学的阻碍作用。凝胶浴的温度和组成、芯液的组成主要由动力学扩散作用控制。随着溶剂．非溶剂扩散系数变小,相分离形式从瞬时相分离向延迟相分离转变。结合膜断面的电镜照片,从相态变化的角度分析了膜结构及影响大孔膜形成的机理。     

水在流动油介质中雾化机理的数值模拟研究

基于一种制取流体冰的新方法,对水在流动的互不相溶的油介质中的雾化机理进行了三维数值模拟,求解连续性方程和动量守恒方程并考虑重力及表面张力的影响,对压力速度耦合采用PISO(Pressure Implicit Splitting Operators)算法,利用VOF(Volum e of Flu id)方法中的PLIC(P iecew ise L inear Interface Construction)技术追踪水与油介质之间的移动界面,模拟多种情况下的流动状况,分析了水在喷口处的流速、油的入口流速以及喷口直径对于雾化水滴大小的影响.模拟结果表明,雾化形成的水滴平均直径随水在喷口处的流速增加而增大,随油的入口流速的增加而减小;喷口直径越大,水滴的平均直径越大.     

竖直管降膜蒸发器冷膜成形及流动特性数值模拟

对单层布液盘和锥形插件组合作用下的多管管束的流动特性和成膜过程进行了CFD数值模拟。采用VOF多相流模型和RNG k-ε湍流模型,三维双精度求解,以空气和水作为工质,边界条件设置为速度入口和压力出口。通过管内液膜形成、出口截面液相分布、降膜管进出口流量变化等方面研究表明,带插件的布液器能很好的改善布膜的均匀性和稳定性。基于液相体积分数,计算分析了管内液膜平均厚度及平均流速,在流量达到一定值时,液膜厚度趋于定值1.28 mm左右,继续增大流量,流速会成比例增加,不利于连续液膜的稳定,也不利于介质在降膜管内的充分蒸发。     

轴流风速下旋流喷嘴的外流场实验研究

为解决烯烃厂急冷器结焦问题,建立旋流喷嘴实验模型,采用高速摄像系统跟踪记录喷雾场的形成过程以及测量雾滴的大小,并利用激光多普勒测试系统对喷嘴的外流场速度分布进行测量.实验结果表明:当喷嘴出口压力大于0.7MPa时,雾滴粒径变小的趋势加快,雾化效果发生明显转变,油浆经汽化产生的裂解气越多,从而提高裂解气的产量;当轴向风速大于10m/s时,喷雾场轴向速度增加显著并且趋于均匀化,油浆经过喷嘴后形成的雾滴在急冷器内停留的时间相对降低,减少了结焦发生的可能性.     

竖直管内纯蒸汽凝结换热液膜分布及换热特性

管内蒸汽凝结换热过程中,凝结形成的液膜是影响换热效果的主要因素。针对竖直圆管内的蒸汽凝结,基于边界层理论,考虑蒸汽流动引起的剪切力,建立了液膜的物理及数学模型,对于竖直管内纯蒸汽凝结换热液膜分布规律及换热特性进行了研究。通过给定初始条件进行了计算,结果表明,液膜沿管壁向下流动过程中其厚度逐渐增加,换热性能逐渐降低。同时分析了入口蒸汽流量、入口蒸汽温度、管壁温度及管径等主要参数对换热性能的影响,且计算结果与实验相符,并优于Nusselt模型。为强化凝结换热过程的研究提供了理论基础。     

采油螺杆泵定子橡胶的磨粒侵蚀磨损机理

为了揭示橡胶磨粒侵蚀磨损机理,采用MPV-600型磨粒磨损试验机考察了丁腈橡胶(NBR)与转子45#钢配副在不同砂粒浓度原油条件下的磨粒侵蚀磨损行为,并用扫描电子显微镜及x-射线能量散射分析(SEM-EDXA)法对橡胶的磨痕表面形貌、元素成分进行了分析.分析结果表明:NBR摩擦系数随着原油介质中砂粒浓度的增大而增大,但当砂粒浓度增加到一定程度后,其摩擦系数反而减小.NBR磨粒侵蚀磨损的机理是:橡胶表层产生微切削作用而使其发生微观撕裂和变形,由氧化降解形成的胶粘层在磨损过程中不断地形成和被磨损;NBR在含砂原油介质中可能发生了分子链断裂,生成了初级活性自由基,断裂后生成分散性的小分子单体,继而发生异构化.