喷吹搅拌系统中气液动力学行为的混沌识别

以底吹熔池熔炼过程为研究对象搭建水模型实验平台,捕获气体喷吹系统内气泡流型的彩色图像,对彩色图像进行灰度化,去噪及二值化操作后得到贝蒂数,以贝蒂数来表征气液二相混沌效果,引入0-1测试法并通过数值模拟验证该方法的有效性。运用回归方法和关联方法的0-1测试法检测贝蒂数时间序列的混沌特性,考察了喷枪倾角及数目对本系统混沌特性的影响。研究结果表明:模拟数据验证了0-1测试法在区分系统混沌特性方面的有效性;6组工况均表现出混沌特性;对每组工况的贝蒂数时间序列分别基于回归方法和关联方法进行了0-1测试,显示关联方法较回归方法更为显著,且渐近增长率Kc中值在一定程度上反应了各工况的混沌强弱程度。此研究为强化流体混沌混合提供了直观简便的测试方法。     

基于0-1测试的底吹搅拌混合过程混沌特性分析

通过建立水力学模型研究底吹搅拌混合过程,利用流场可视化技术与直接成像技术获取实验图像数据,引入0?1测试方法,考察了喷枪布置方式(个数与角度)对混合过程混沌特性的影响. 结果表明,基于颜色指示剂,利用数字图像处理手段可以近似估测混合过程的气含率,气含率演化规律符合实际工况运行特征;对各工况的气含率时间序列进行0?1测试,渐进增长率Kc中位数在一定程度上反映了不同混合过程的混沌强弱.     

直接接触式沸腾换热过程气泡混合均匀度评价

针对直接接触式沸腾换热过程中气泡群扰动的多相流体混合性能评价问题,提出一种基于图像处理技术与像素偏差理论量化混合复杂流体流型均匀性的精确检测与度量新方法。通过气泡群RGB图像的灰度矩阵进行偏差计算,精确地定量描绘了直接接触式换热过程中的气-液混合状态,其值大小反映了气泡群的分布状况,而不同工况下混合均匀时间的差异反映了不同多相体系的均匀性差异;对偏差序列进行正态性检验,发现其近似符合正态分布;运用混沌检测方法对序列进行混沌特征分析,发现整个混合过程是混沌的。通过一个简单的指标实现了复杂条件下气泡群的量化和表征,为多相流流型识别提供了新的分析思路并指导换热过程的混沌强化。     

直接接触式沸腾换热过程气泡混合均匀度评价

针对直接接触式沸腾换热过程中气泡群扰动的多相流体混合性能评价问题,提出一种基于图像处理技术与像素偏差理论量化混合复杂流体流型均匀性的精确检测与度量新方法。通过气泡群RGB图像的灰度矩阵进行偏差计算,精确地定量描绘了直接接触式换热过程中的气-液混合状态,其值大小反映了气泡群的分布状况,而不同工况下混合均匀时间的差异反映了不同多相体系的均匀性差异;对偏差序列进行正态性检验,发现其近似符合正态分布;运用混沌检测方法对序列进行混沌特征分析,发现整个混合过程是混沌的。通过一个简单的指标实现了复杂条件下气泡群的量化和表征,为多相流流型识别提供了新的分析思路并指导换热过程的混沌强化。     

RGB颜色模型应用于评价顶吹混匀时间的方法

针对评价顶吹宏观混匀时间的方法进行了气体顶吹搅拌水动力学实验研究,利用基于混合过程中示踪粒子的分布随时间演化规律的RGB颜色模型来确定搅拌容器内的宏观混匀时间。通过定义像素阈值分离每一像素,构建混匀像素比M值作为确定混匀时间的指标,观察M值的变化规律,利用3σ方法确定混匀时间。针对喷枪插入深度及流量,用量纲为1强度单位表述为0.5和1的实验工况一,当阈值分数X=90%时,测定混匀时间为13.30s。分析结果发现,RGB颜色模型能够基于混合过程中示踪粒子的分布情况确定混匀时间,且与贝蒂数法和电导率法测定的混匀时间偏差不超过10%。为解决在视觉上评价多相流混合效果等工程问题提供了一种新的思路,为提高ISA炉使用寿命、强化ISA炉冶炼生产以及优化ISA炉工艺过程提供了一定的实验依据。     

内置阻块型微混合器内流体混合强化的数值模拟

采用计算流体力学方法对3种内置阻块波浪形微混合器进行模拟研究,考察内置阻块尺寸、排列方式及阻块数量对流体混合的强化效果。由速度场和物质输运模型结合进行流体的混合模拟,得到流体混合快照图和流体混合速率,进一步由流体平均径向线拉伸和李雅普洛夫指数定量表征混沌混合程度。结果表明:混合器壁面波浪状V形凹槽的设计和微通道内长方块的设置产生周期性的流场,从而引发混沌流。将阻块倾斜设置或增加微通道内阻块的数量,混沌流作用增强,从而促进流体混合。最后考察了不同贝克来数Pe下流体的混合性能,发现微通道混合量纲一长度与lnPe之间呈线性关系。     

气体射流不稳定性的建模和实验研究

基于图像处理技术和混沌理论,提出了一种气体射流图像的量化方法,用以反映气液混合性能。本文使用大津法来获得自适应阀值,并得到最佳的图像分割效果。混合性能（M）用以表征气体射流的空间分布,其定义为气体射流像素占比（W）与射流区域内的灰度标准差（N）之比。通过混合性能的非线性时间序列来表征射流喷射过程的不稳定变化,并得到了以下结果：在射流区制下,射流的稳定性随着修正弗鲁德数的增加而增加,证明了所提出方法的可靠性;其次,在同一工况中射流的稳定性与最大李雅普诺夫指数之间具有明显的线性关系,其线性相关系数为0.954,并构建了射流的稳定性与最大李雅普诺夫指数的线性关系模型。证明了最大李雅普诺夫指数不仅可以判断混合过程是否呈现混沌状态,而且其数值的大小反应了气体射流稳定性的强弱。     

旋流静态混合器内瞬态流动特性研究进展

首先概括了静态混合的技术特色;其次,重点综述了近年来旋流静态混合器内脉动压力与速度波动的统计特征、多尺度分形和混沌混合特性等方面的研究进展;实验研究发现Kenics静态混合器各点压力最大波动幅值与进口流量呈二次函数关系,脉动功率谱随着频率的增加呈幂函数关系衰减;轴截面内壁面自由涡和主体区强制涡相互耦合诱导混沌流的产生,同时提高速度与温度梯度的场协同程度。最后,总结了静态混合器内螺旋元件的切割分流、改变流向和径向混合等功能在强化CO2水合物形成过程中的作用。指出将计算流体力学、映射法等方法同LIF、PIV、PFS有机结合可有效地分析静态混合器内多相流动混合机理。     

弯曲微通道中液滴内混合过程的数值模拟研究

微混合器内采用多相流操作条件使混合在液滴中进行,能有效提高微混合器的混合效率以及消除单相流操作条件下所存在的分散效应。在流体体积函数法(VOF)的计算流体力学基础上,分别采用欧拉-示踪剂法以及拉格朗日-示踪粒子法对弯曲微通道中液滴内部的混合状态演变过程进行模拟研究,得到了液滴经过通道不同位置其内部的混合快照图并计算了其混合程度的变化。两种方法都显示在液滴通过蛇形弯曲微混合器时,液滴内部产生了混沌流。正是由于混沌混合现象的存在,使得液滴内混合组分能够达到快速有效地混合,混合效率较高。对两种不同模拟方法及实验结果的比较发现,欧拉-示踪剂法能够更好地模拟实际的混合效果,而拉格朗日-示踪粒子法能够更清晰地模拟混合组分界面的变化情况,适用于研究液滴内混沌混合现象。     

双转子连续混炼机混沌型转子混合性能的研究

在提出一种新型混沌型转子结构的基础上,运用Polyflow软件对其混炼过程进行三维非牛顿等温模拟,并借助于粒子示踪法对物料所经历的流场特性进行统计学分析;分析了转子结构和工艺参数对转子混合性能的影响,同时通过共混改性实验,对转子的混合效果进行了评估和表征。结果表明,高混沌型转子的分布混合能力有较大的提高,同时保持着良好的分散混合能力;混沌型转子制备的复合材料力学性能优于经典转子;转子转速的提高可以增强混沌转子的分散及分布混合能力,适当的加料速率是保证取得较好混合效果的关键因素。