水刺加固喷嘴高速喷射流场的数值模拟及验证

以水刺加固喷嘴高速射流对聚合物纤维进行水力缠结加固成形的过程为研究对象,通过建立水刺加固喷嘴喷射流场理论模型,经过数值模拟研究了4个不同水刺加固喷嘴高压喷射流场的运动特征,并与粒子图像测速仪系统测试的结果进行了对比。结果表明：采用Realizable k-ε湍流模型描述水刺工艺水腔内喷嘴的喷射流场正确,建立的数值模拟计算求解方法有效,与实验测试值十分吻合;适当增大喷嘴喷口的高度,可使流体在喷嘴喷口轴向方向的速度增大;适当增大射流初始段的长度,可使流体的流量和压力增大,提高水刺非织造纤维网缠结效果;随着射流过渡段长度的增大,混合段(即过渡段和充分发展段)出口压力增大,喷射流体的速度增大,纤维网所受到的冲击力增大;适当减小喷嘴过渡段高度,混合段出口处压力增大,可以实现较大范围内喷射流体速度的增大,改善水刺非织造纤维网缠结效果。     

自然工质种类对喷射器性能的影响

依据索科洛夫提出的喷射器经验公式的计算方法,优化设计2种不同结构尺寸的喷射器,在此基础上搭建了用于测量喷射器性能的实验台,研究自然工质种类对喷射器性能的影响。当喷射器的背压为3.9 MPa、工作流体温度为90℃、引射流体温度为30℃、工作流体压力的变化范围为8.0—10.0 MPa,引射流体压力变化范围为2.4—3.0 MPa时,对系统中喷射器喷射系数随工质种类(分别采用N_2,CO_2,R290)的变化规律进行了实验研究。实验结果表明:3种工质的喷射系数随工作流体压力和引射流体压力的升高而升高,并且在实验范围内以N_2为工质的喷射器喷射系数最大。     

锥段长度对微型旋流分离器内流场影响的数值模拟

采用CFD软件FLUENT对3种不同锥段长度的微型旋流分离器中的液相流动规律进行数值模拟.模拟结果表明,随着旋流器锥体长度的增加,旋流器内切向速度降低,径向速度减小,轴向速度增大,压降减小,分流比增大.适当加长旋流器长度可获得较佳的分离性能,然而过分增加旋流器长度,分离性能反而会降低.     

基于Fluent的金属硬密封球阀流场数值模拟

采用Fluent软件对金属硬密封球阀内部三维流场进行数值模拟,研究球阀从全开到全关过程的流量特性。分析7个转动角度下阀门内部流场的变化,得到阀门前后压差,根据相关公式求出球阀的流量系数理论值和模拟值,绘制出球阀不同角度下的流量系数曲线。结果表明:随着阀门转动角度的增大,阀门前后压差增大,流经阀门的介质最大流速和能量损失逐渐增大,对球阀的冲蚀作用逐渐增大,流量系数随阀门转动角度增大而减小,理论值和模拟值曲线较为吻合。     

矩形螺旋通道气液两相流流动和传热特性数值研究

采用Eulerian模型对矩形截面螺旋通道内气液两相流进行数值模拟,研究了螺旋通道内不同轴向位置气液两相流动的速度分布、相分布和温度分布特性,并分析无量纲螺距对速度分布、温度分布、单位长度压降和换热系数的影响。对水动力模型数值结果与实验结果、传热模型数值结果与实验关联式进行对比,结果表明:在一定范围内,无量纲螺距的增加使得速度场、温度场变化梯度增大,同时壁面换热系数稍有增大;超过无量纲螺距临界值,速度场和温度场的变化梯度随无量纲螺距的增加而减小;随着无量纲螺距的增加,单位长度平均压降稍有增加,并且增加的幅度逐渐减小;无量纲螺距对相分布特性几乎无影响;随着入口截面含气率的增加,单位长度平均压降和换热效果提高。     

排气管外延伸长度对旋风分离器性能的影响

采用数值模拟方法分析了不同排气管外延伸长度下旋风分离器流场和性能的变化,对比分析了5组不同排气管外延伸长度下的静压、速度图像和10组不同排气管外延伸长度下的压降、切割粒径变化情况.结果表明,不同排气管外延伸长度对旋风分离器切向速度影响不大,排气管外延伸长度过短时,受亚临界流影响轴向速度出现第3峰,而随排气管外延伸长度增大逐渐消失;旋风分离器内压降开始随排气管外延伸长度增大而减小,之后逐渐微升,最大变化率为8%;旋风分离器切割粒径在一定范围内随排气管外延伸长度先升高,然后降至最小,再逐渐增大,最大变化率为23.3%.表明排气管外延伸长度变化,在一定程度上对旋风分离器的分离性能有影响.     

不同密度下超临界二氧化碳喷射器喷射性能的数值模拟

针对超临界二氧化碳密度这一影响喷射器性能的重要因素,基于Fluent软件,在不同的超临界二氧化碳密度以及不同的压缩比下,对喷射器进行了三维数值模拟,获得了超临界二氧化碳喷射器的引射量和喷射系数的仿真结果,并对不同压缩比下的引射量和喷射系数曲线进行分析。结果表明,当压缩比不变时,引射量会随着工作介质密度的增大而增加,但喷射系数却会逐渐增加或减小。当密度不变时,随着压缩比的增加,引射量逐渐减小,喷射系数增加效果逐渐减弱。所以应适当调整超临界二氧化碳的密度和压缩比,以达到最佳经济喷射状态。     

以甲醇为辅助燃料的超临界水热燃烧反应器数值模拟研究

对容积式超临界水热燃烧反应器内的燃料与氧化剂的混合与燃烧反应的物理化学过程进行模拟研究,揭示了反应参数、燃料特性及反应器喷嘴尺寸对反应器内温度场、浓度场和燃烧反应速率场的影响规律。研究结果表明,同轴喷射的非预混水热火焰发生化学反应的区域是狭窄的,并且反应器内的最高温度出现在以轴线上出现化学当量的轴向距离定义的火焰长度位置处。初始燃料浓度的增加会使反应器内的火焰温度升高、火焰长度延长;氧化系数的增大,不仅降低了火焰温度,并且可以缩短水热火焰长度;随着入射速度的增加,反应器内开始出现最高温度的位置远离反应器入口,火焰位置延迟。     

导流环倾角对汽轮机排汽缸气动性能影响的研究

以某300MW汽轮机为研究对象,应用Fluent软件对不同来流条件下的排汽缸进行三维数值模拟,分析导流环倾角变化对排汽缸性气动性能影响。结果表明:在扩压管导流环轴向长度不变的情况下,随着导流环倾角的不断增大,总压损失系数和静压恢复系数呈单调变化。导流环倾角在20~30°区间时,扩压管的性能处于平缓趋势。排汽缸来流有较大的旋流有利于提高排汽缸的气动性能,而较小的旋流则会带来一定的流动损失。     

蒸汽喷射器算法优化及试验研究

在索科洛夫喷射器设计理论的基础上,结合IAPWA-IF97水和水蒸气物性参数计算模型,对蒸汽喷射器的设计算法进行了优化,并通过试验验证了算法的准确性,同时通过试验分析了喷射器关键几何尺寸及工艺运行参数对喷射系数的影响。优化算法能较大幅度地提升蒸汽喷射器的整体性能,有效减少动力蒸汽的消耗,大幅降低设备的运行成本,可以作为判定工程装置运行性能是否优化的准则。     

电场作用下矩形微槽群润湿特性数值分析

以预测电场作用下竖直矩形微槽群热沉内液体润湿特性为目的,基于自适应理论,建立一维轴向模型,研究了电场强度、热通量以及微槽尺寸对润湿特性的影响。结果表明：电场作用下润湿长度随热通量增加逐渐降低。当热通量较低时,电场强度对润湿长度的强化较大,但随着热通量的增大强化程度减弱。电场强度对矩形微槽群热沉适应长度的强化较小,而对于边角流动区域长度的强化较为显著。电场作用下润湿长度随槽深和槽宽的增加分别呈增加和下降的趋势。与较小槽深槽宽相比,当槽尺寸较大时,电场强度对微槽内液体润湿强化更为显著。     

高效多孔撞击式喷射混合器缩颈结构的数值模拟

为了实现流量差异较大液体的高效混合，对高效多孔撞击式喷射混合器内缩颈结构进行数值模拟研究。利用Mixture模型模拟不同缩颈直径和长度对该混合器混合效果及流场特性的影响。结果表明，在相同的工况条件下，随着缩颈直径的减小，混合均匀度指数和湍流核心区的峰值均呈现上升趋势；随着缩颈长度的增大，混合均匀度指数和湍流核心区的范围也都呈现上升趋势。     

射流倾角对喷射器性能影响的数值模拟

对喷射泵内部流动进行了数值模拟,计算了喷射泵在不同射流倾角下的性能参数,分析了喷射泵喷嘴偏离泵体轴线的倾角对其性能和流场的影响。结果表明：随着射流倾角度数的增加,喷射泵喷射系数和气体卷吸量逐渐下降。在喷嘴速度较低时,射流倾角对喷射泵的卷吸量影响较小;随着喷嘴速度的增大,当射流倾角增大时,喷射泵造成的卷吸量下降加剧。     

基于3DEC数值模拟的矿山边坡节理变形机理研究

以研山铁矿节理边坡为研究对象,采用赤平极射投影方法进行边坡临空面中关键块体的搜索,结合3DEC数值模拟软件,研究不同滑动面参数下关键块体稳定性系数的变化情况。数值模拟结果表明,当滑动面倾角不断增大且小于坡面角时,节理变形趋势逐渐增大;当滑动面内聚力、内摩擦角增大时,关键块体稳定性系数随之增大,且节理变形趋势逐渐减小。     

电场作用下矩形微槽群润湿特性数值分析

以预测电场作用下竖直矩形微槽群热沉内液体润湿特性为目的,基于自适应理论,建立一维轴向模型,研究了电场强度、热通量以及微槽尺寸对润湿特性的影响。结果表明:电场作用下润湿长度随热通量增加逐渐降低。当热通量较低时,电场强度对润湿长度的强化较大,但随着热通量的增大强化程度减弱。电场强度对矩形微槽群热沉适应长度的强化较小,而对于边角流动区域长度的强化较为显著。电场作用下润湿长度随槽深和槽宽的增加分别呈增加和下降的趋势。与较小槽深槽宽相比,当槽尺寸较大时,电场强度对微槽内液体润湿强化更为显著。     

气浮接触区气泡聚并行为的数值模拟

在气浮接触区内,聚并会导致气泡直径增大,对分离效果产生影响。采用相群平衡模型对接触区气泡聚并行为进行数值模拟,研究了气泡聚并发生的原因及来液流量、回流流量对气泡聚并的影响。首先分别应用Schiller-Naumann、Grace和Tomiyama3种曳力系数模型进行模拟,所得气泡直径均与实验值吻合,无明显差异,选定Schiller-Naumann曳力系数模型对气浮中两相流动进行模拟。通过对模拟结果进行分析,表明回流入口周围上下行流过渡区域存在较大速度梯度,是导致气泡聚并的关键因素。最后研究了来液流量和回流流量对接触区气泡尺寸的影响,接触区上部气泡直径随回流流量增大而明显增大,原因在于增大回流流量使得过渡区域速度梯度升高,气泡聚并频率提高;而来液流量对气泡尺寸基本无影响。     

气-气快速喷射混合器的模拟研究

为开发气-气快速喷射混合器,在Fluent软件平台上,采用k-ε湍流模型模拟研究了乙苯脱氢装置中快速喷射混合器混合效果随混合器结构尺寸和操作条件变化的规律,并用混合指数来表征流体的混合效果。模拟发现,喷嘴喷射速度、喷嘴直管段长度、喷嘴个数和工业负荷变化对气-气快速喷射混合器的混合效果有重要影响。当喷嘴喷射速度为142 m/s、喷嘴直管段长度为40 mm、喷嘴个数为6个时,气-气快速喷射混合器的混合效果最佳、混合压降较小。其模拟研究方法对气-气快速喷射混合器的工程开发有重要的指导意义。     

钢管混凝土桩长检测中对钢管混凝土的等效

利用有限元软件模拟检测钢管混凝土的桩长,对不同桩长和不同直径的钢管混凝土的桩长检测提出了两个折减系数不同的经验公式,对钢管混凝土进行了等效,同时对经验公式进行了检验,得出了在利用反射波法进行钢管混凝土长度检测时,对钢管混凝土进行等效是可行的,可以大大提高检测效率。同时,桩的半径变化对钢管混凝土长度检测结果的影响微弱。     

气浮接触区气泡聚并行为的数值模拟

在气浮接触区内,聚并会导致气泡直径增大,对分离效果产生影响。采用相群平衡模型对接触区气泡聚并行为进行数值模拟,研究了气泡聚并发生的原因及来液流量、回流流量对气泡聚并的影响。首先分别应用Schiller-Naumann、Grace和Tomiyama 3种曳力系数模型进行模拟,所得气泡直径均与实验值吻合,无明显差异,选定Schiller-Naumann曳力系数模型对气浮中两相流动进行模拟。通过对模拟结果进行分析,表明回流入口周围上下行流过渡区域存在较大速度梯度,是导致气泡聚并的关键因素。最后研究了来液流量和回流流量对接触区气泡尺寸的影响,接触区上部气泡直径随回流流量增大而明显增大,原因在于增大回流流量使得过渡区域速度梯度升高,气泡聚并频率提高;而来液流量对气泡尺寸基本无影响。     

垂直轴5叶片阻力型风力机的动态特性

采用CFD对风轮直径为4 m的垂直轴5叶片阻力型风力机的瞬态流场进行数值模拟. 通过对不同入口风速和风力机转速条件下风力机流场和力矩系数随时间的变化情况的计算模拟,分析了垂直轴5叶片阻力型风力机的动态特性. 结果表明,流场和力矩系数的变化具有周期性,随转速增加,力矩系数的均值和周期均减小,振荡幅度增大;随风速增加,力矩系数均值和振荡幅度均大幅上涨. 力矩系数呈调制波形式,风速对曲线形态有较大影响. 随风速增大,风力机的最佳转速和风能利用率逐渐增加. 当入口风速从7.5 m/s增加到9 m/s时,风力机的最佳转速和风力机的风能利用率最大值分别从13 r/min和23.2%增加到19 r/min和25.8%.