液-液旋流分离器分离特性数值模拟

液-液旋流分离器内部流场复杂,现有实验条件难以得到较为清晰的流场分布和液-液两相分离过程,用马丁·休教授发明的F型液-液旋流分离器为研究模型,以取油水作为分离介质,采用计算流体动力学技术对液-液旋流分离器进行数值模拟分析.结果表明:液-液旋流分离器内部流场分布特征明显,并在圆柱段、大锥段、小锥段存在不同程度的循环流;其各截面切向速度和轴向速度分布规律与理论分析相一致,切向速度分布中在圆柱段、大锥段和小锥段上端组合涡特征明显,圆柱段和大锥段的轴向速度呈现双W形式;采用分散相模型追踪油滴运动轨迹,证明油水分离的关键在于油滴是否能够在分离区域进入内旋流.     

下排气方形分离器三维流场的测定和试验分析

采用五孔球形探针测量了４００ ｍ ｍ ×４００ ｍ ｍ 下排气方形分离器实验模型内的气流流场,将测量结果与前人的圆形旋分离器和上排气方形分离器结果进行了对比和分析．结果表明流场呈不对称分布,切向速度外部呈自由涡流动,中心筒外侧没有出现明显的刚性涡区;纵向速度比切向速度小得多;轴向速度在导流锥部分外侧向上,内侧向下,在排气管周围区域为内侧向上,外侧向下． 在角区内,存在角涡流动,相关实验表明,角区流动对分离器的分离效率和阻力性能影响很大．     

涡壳式旋风预热器单体三维气相场的数值模拟

借助流体力学计算软件,对新型干法水泥生产线上普遍采用的五边形入口、三心大涡壳式旋风预热器,模拟计算了其内部的气相流动行为.针对该类型旋风预热器本身非轴对称性、内部流场为三维强旋流的特点,在结构建模时,采用非结构化四面体网格离散计算域;在计算模型的选择上,采用雷诺应力输运模型.模拟计算结果表明:与其他领域应用的旋风分离器相比,五边形入口、三心大涡壳式旋风预热器内筒入口附近次级流动相对较弱;其内部的切向速度是经过涡壳的收缩引导使气流切向旋转迅速加速达到峰值;推算出模拟用Ⅰ级旋风筒的阻力系数ζ≈9.22.     

下排气方形分离器三流场的测定和试验分析

采用五孔球形探针测量了４００ｍｍ＊４００ｍｍ下排气方形发离器实验模型内的气流流场,交配前人的圆形旋分离器和上排气方形分离器结果进行了对比和分析。结果表明流场流呈不对称分布,切向速度外部呈自由涡流动,中心筒外侧没有出现明显的刚性涡区;纵向速度比切向速度小得多;轴向速度在导流锥部分外侧向上,内侧向下,在排气管周围区域为内侧向上,外侧向下。在角区内,存在角涡流动,相关表明,角区流动对分离器的分离效率和阻     

基于大涡模拟的旋风分离器锥体结构影响研究

采用数值模拟方法比较研究两种几何尺寸旋风分离器内流场和颗粒运动。对单相流场采用湍流各向异性的大涡模型(Large Eddy Simulation),对气、固两相流场采用相间耦合的随机轨道模型。研究锥体下口直径对旋风分离器速度分布,压力分布,和对颗粒运动轨迹的影响,为进一步研究旋风分离器的分离机理理论及实验研究打下基础。     

导向叶片式旋风子分离器的结构改进

<正> 导向叶片式旋风子分离器在炼油厂用于催化裂化烟气能量回收的除尘,将烟气中的尘量降至0.12-0.16克/米~3,以降低烟气轮机的磨损,火力发电厂的锅炉排烟气除尘以及石油天然气除尘亦有使用。我院与石油二厂曾于1976年开始作旋风子分离器试验,对其结构改进、提高分离效率作了一些探讨。一、一般的旋风子分离器其外筒为φ242的有机玻璃管,热态试验则采用钢管,试验着重找出理想的结构尺     

旋流消能工内空腔旋流的流速特性

为了揭示空腔旋流的内部流场特性,以公伯峡水平旋流消能工为例,结合数值模拟和试验成果,研究了空腔旋流的流速特性。结果表明,随半径的增大,同一轴向断面的切向流速呈先增大后减小的规律,具有组合涡的分布特性,而轴向流速具有先急剧增大,而后平缓变化的特性。旋流消能工内空腔旋流的流动以切向流动和轴向流动为主,且沿程是由切向流速向轴向流速转变的,并与旋流角的沿程分布相印证。组合涡指数是旋流内部流动自由程度和能量损失的体现,在研究流段上其值介于-0.8～0.5之间,并随半径的减小而减小;组合涡指数的沿程分布表明旋流消能工内的空腔旋流沿程是由准强制涡向准自由涡转变的。推导并建立了压强及流量的计算公式,代入数值模拟结果验证了空腔旋流的组合涡运动规律。     

等腰直角三角形螺旋流道内湍流流体流动性能模拟

应用CFD软件研究等腰直角三角形螺旋流道内湍流流体流动特性,计算并对比不同结构参数的数值模型充分发展的湍流流场结构,得出流道内、外壁面的局部阻力系数分布,并分析雷诺数(Re)、曲率及挠率对流体流动阻力的影响.结果表明:等腰直角三角形螺旋流道内湍流流体的二次流为稳定的两涡结构,离心力的作用使外壁面处流体轴向速度梯度远大于内壁面处,因此外壁面的平均阻力系数较大,外壁面的平均阻力系数约为内壁面的1.5~1.7倍.壁面流体平均阻力系数随Re和无量纲曲率的增大而增大,但受挠率影响不大.     

高效旋风分离器分级效率理论计算的新方法

研究了旋风分离器内流场的三维速度分布和各主要结构参数对分级效率计算的影响,推出了新的旋风分离器分级效率计算公式。不论从分离机理方面看,还是通过实验验证,新理论公式均优于国内外已有的理论计算公式。     

完全湍流剪切层对圆柱涡激振动特性的影响

为研究完全湍流剪切层(2×10~4~4×10~4Re1×10~5~2×10~5)下雷诺数对涡激振动动态响应的影响,在OpenFOAM平台下采用有限体积法求解雷诺平均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras一方程湍流模型,采用二阶范德波尔方程描述二维圆柱体涡激振动,对完全湍流剪切层下的圆柱绕流涡激振动进行数值计算,分析涡激振动的振幅、频率特性,并在Williamson-Roshko(W-R)图谱中分析旋涡尾迹脱落模式.结果表明:在相同折减速度下提升雷诺数时,圆柱振幅会显著增大,最大振动振幅值高于自由剪切层过渡旋涡区结果及修正Griffin图谱结果.雷诺数对提高圆柱的涡激振动振幅和同步区的范围具有决定性作用,在完全湍流剪切层中,当提升阻尼参数(α≥0.38)时,涡激振动的上部分支消失,振动频率出现"阶跃".     

旋流自吸式喷嘴气相旋流流场理论数值分析

在考虑气体可压缩特性的基础上,针对气相旋流流场开展理论分析,结果表明喷嘴受限空间内气相旋流流场为强制涡与准自由涡的组合涡,并推导出适用于具有可压缩性和黏性的旋流气体运动规律通式;同时应用Fluent数值模拟软件对喷嘴开展气体单相数值研究,分析其流场分布特性,并利用模拟结果得出气流内部强制涡的旋流指数为n=-1,外部准自由涡的旋流指数为n=0.25;综合理论和数值研究推导出适用于可压缩旋流气体三相速度和压力沿径向的分布规律。本工作成果为深入研究旋流自吸式喷嘴的引射性能,雾化机理和雾化特性提供了理论依据。     

旋风分离器流场分析与结构优化的数值模拟

采用计算流体力学模拟方法对旋风分离器内气相流场和颗粒运动进行了分析,并运用单因素变量控制方法研究了旋风分离器中排气芯管直径及插入深度、颗粒收集口直径、筒体长度、锥体段长度、气体入口处方形截面尺寸等对颗粒分离率的影响,提出对应的结构优化方案.研究结果表明,气相流场中静压和总压分布具有较好的轴对称性,动压分布与流体速度分布基本相同;粒径为5um和10um的颗粒分离率较差.气体入口处方形截面尺寸、颗粒收集口直径、排气芯管直径对颗粒分离率的影响较大.优化后的旋风分离器中10um及以上粒径的颗粒分离率均达90%以上.     

新型双层多线圈磁流变制动器研究

针对目前磁流变传动技术中普遍存在的工作间隙磁场分布不均和单位体积可传递扭矩较小的关键问题,提出一种具有双层间隙以及沿周向配置多个线圈的新型磁流变制动器。根据结构尺寸,推导了制动力矩的计算公式,建立了磁路分析模型来估算间隙中的磁场强度大小。采用基于自由梯度的BOBYQA优化方法对主要结构尺寸进行优化,得到了优化后结构的磁场强度分布。将间隙磁流变液中磁场强度的仿真值与计算值进行对比,结果表明,该磁路建模方法可以指导结构设计,结构可产生的单位体积力矩值约为2.3×10~4Nm/m~3。其研究成果为双层多线圈磁流变制动器的设计提供理论参考。     

梅钢250t转炉碳氧积变化规律研究

为保证与提升梅钢复吹转炉终点控制效果,在统计分析梅钢转炉炉役期碳氧积控制现状的基础上,研究弱搅工艺下碳氧积的主要影响因素。结果表明:梅钢4#和5#250 t转炉的炉龄分别为8 859和7 974炉,炉役碳氧积稳定在21×10~(-4)～26×10~(-4),平均分别为23.1×10~(-4)和24.0×10~(-4),转炉底吹控制良好,基本解决了底吹效果随炉龄增加而逐步恶化的问题;转炉终点温度、底吹孔堵塞数量和拉碳枪位对碳氧积的影响显著,随转炉终点温度的升高,碳氧积先增加后保持不变,温度每升高10℃,碳氧积增加0.6×10~(-4)～0.8×10~(-4),当温度高于1 660℃时,碳氧积稳定为约25×10~(-4);随底吹孔堵塞数的增加碳氧积逐步升高,当底吹孔堵塞数≥6个时,每堵塞2个底吹孔碳氧积增加3.5×10~(-4)～5.0×10~(-4);当底吹孔堵塞数≤4个时,随底吹孔堵塞数的增加碳氧积变化平缓,为21×10~(-4)～22×10~(-4);转炉拉碳枪位为1.6～1.7 m,拉碳时间40 s以上,有利于碳氧积和渣中全铁含量的降低。     

季铵盐型聚噻吩衍生物的合成、表征及其光电性能研究

为了使聚噻吩衍生物可以溶解在乙醇/水中,实现其水溶性.通过酯化反应合成了6-氯己基噻吩-3-羧酸酯,6-氯己基噻吩-3-羧酸酯与三乙胺反应合成3-噻吩-乙酰基-氧己基-三乙基氯化铵;采用Fe(Ⅲ)对3-噻吩-乙酰基-氧己基-三乙基氯化铵进行催化聚合,得到聚噻吩衍生物聚(3-噻吩-乙酰基-氧己基-三乙基氯化铵).采用傅里叶红外光谱仪对合成的中间单体及聚合物结构进行表征,使用凝胶渗透色谱对合成的聚合物的分子及分子量分布进行测试;通过紫外-可见分光光度计测定了目标聚合物的带边吸收波长.将目标聚合物与石墨烯的乙醇/水溶液,采用旋涂法制备出太阳能电池器件,并对其输出特性进行测试.研究结果表明:将聚(3-噻吩-乙酰基-氧己基-三乙基氯化铵)与石墨烯的复合物作为活化层制备的太阳能电池器件,光照条件下测试,开路电压为0.565 9V,短路电流为0.162 4A,能量转换效率为3.75×10~(-2)%.在暗箱中测试,开路电压为4×10~(-4) V,短路电流为4.88mA,能量转化效率为5.5×10~(-3)%.自然光照下,其能量转换效率是暗箱中的6.8倍,说明聚噻吩衍生物具有光伏性能,但该器件能量转换效率较低.     

B一9型中空纤维模件的反渗透特性的测试和分析

我们对B-9型中空纤维模件进行了试验,根据试验数据并经理论分析,得到这种反渗透膜的纯水渗透常数A≌1.4-1.5×10~7g.mole.H_2O/cm~2,atm·s,溶质迁移参数(D_(AM)/Kδ)≌3.9-4.6×10~7cm/s.膜高压侧传质系数K≌3.0-3.4×10~(-4)cm/s.可见,(D_(AM)/Kδ) 是低的,而k值较高,说明这种反渗透模件有较好的分离性能.而A值低是这种膜透水量小的志,不过,由于这种模件有很高的装填密度弥补了这种缺欠.     

考虑管土作用悬跨管道纯顺流向涡激振动研究

为了揭示海底自由悬跨管道纯顺流向涡激振动特征,本文考虑跨肩处管-土耦合作用,结合Euler-Bernoulli梁理论和Van der pol方程,构建了海底自由悬跨管道纯顺流向涡激振动的预报模型,分析了海底泥面土体不排水抗剪强度、土体强度梯度、跨肩处管道嵌入土体深度和土体塑性指数等对纯顺流向涡激振动的影响规律。研究结果表明:泥面土体不排水抗剪强度越弱、土体强度梯度越小、管道嵌入土体越浅、塑性指数越大,纯顺流向涡激振动越容易发生。     

旋风分离器性能预测模型研究进展

为了更好地指导旋风分离器的结构设计与优化,对旋风分离器性能预测模型的理论基础、适用性与准确度进行了研究。综述了国内外关于分离效率与压降预测模型的研究进展,结合颗粒载荷、粒径分布、颗粒碰撞与聚并、高温、高压、结构形式与参数等因素对分离性能的影响,从理论基础、建模思路、建模手段等角度对预测模型进行了对比分析,结果表明模型趋于合理化但仍有局限性。基于目前研究现状与应用形势,对预测模型的发展方向进行了展望,指出综合分析多种影响因素对预测模型进行修正以及将气固分离理论与预测模型推广到气液分离领域可能会是进一步的研究重点。     

二元Weibull统计流形的对偶几何结构及其不稳定性

为了研究二元Weibull分布的稳定性,从信息几何的角度将二元Weibull分布的全体所构成的集合作为二元Weibull统计流形,通过求得流形的Fisher信息矩阵、α-联络、α-曲率张量以及α-数量曲率,得到二元Weibull统计流形的对偶几何结构,进而得到当α=±1时,二元Weibull统计流形是对偶平坦的,并且是截面曲率为0的常截面曲率空间.最后,借助于对偶平坦几何结构,利用Jacobi向量场得到了二元Weibull统计流形的不稳定性.     

基于模态应变能的切割机构分析与结构改进

为了提高切割机构的刚度,延长工作寿命,从应变能分析的角度出发对切割机构进行分析.利用有限元仿真在自由模态和约束模态条件下,通过一定频率范围内的应变能的叠加找出该机构的整体薄弱位置.在结构优化后在自由模态下的最大应变能数值由原来的7.045×10~3变为3.016×10~3;在约束模态下最大的应变能从5.620×10~3变为4.824×10~3,实现降低切割机构的应变能,提高结构刚度使切割机构的整体刚度得到加强.