单进口后混式射流粉碎中多相流混合机理及加速特性

为了深入了解后混式高速水射流超细粉碎技术,以4种加速管管径条件下的液、气、固三相混合射流为对象,利用数值计算和粉碎实验相结合的方法,研究了多相混合射流相间的混合机理和加速特性,探讨了颗粒在加速空间中的分布规律。结果表明:水射流紊动掺气和卷吸作用是混合附加相的内在机理;混合射流对颗粒的加速存在分区,越靠近势流区冲击能量越大,优化喷嘴直径与加速管管径配置,迫使颗粒靠近或进入该区域可有效提高粉碎产率。颗粒在加速管内的空间分布为外层、内层高效加速区内含量最高,越靠近势流区颗粒含量越少,气流区内颗粒含量随加速管管径增大而增大。颗粒很难进入理想加速区,大部分仍依靠内、外层高效加速区加速。在保持自由射流流动形态的情况下,粉碎产率随加速管管径增大而下降,小管径对水射流能量和颗粒运动空间均具有更好的约束集中作用。     

管内单颗粒沉降的直接模拟研究

颗粒沉降是液固两相流领域普遍存在的现象和研究的基础。对颗粒沉降过程进行全分辨直接数值模拟,通过模拟结果与实验结果较好的匹配,验证了模拟所用计算程序的可行性与可靠性,基于直接模拟法和高速摄像技术对单颗粒沉降过程的研究,为其他液固两相流体系的研究提供了借鉴。     

磨料射流高压管线材料冲蚀实验研究

磨料射流破岩钻径向水平井技术是近年发展起来的开发低渗油藏、提高原油采收率和煤层气产量的新方法。利用该方法破岩钻进过程中,高压管线内壁受磨料颗粒冲蚀严重的问题大大限制了该技术的推广与应用。为此,本文利用自建的冲蚀实验设备对塑性试件在水-砂液固两相流动中的冲蚀问题开展了实验研究,对包括冲击角、颗粒粒径、冲击速度和固相浓度四因素对试件冲蚀速率的影响规律进行了分析,并采用共轭梯度结合通用全局优化算法对所得实验结果进行回归分析,得到了冲蚀速率同上述因素的影响规律方程。     

聚氨酯低压混合器内液固两相流数值模拟

为了探究颗粒粒径、颗粒体积分数、流体黏度、混合头转速对混合器内液固两相流流场的影响以及对叶片尖端所受压力进行预测,运用计算流体力学(CFD)软件Fluent,对聚氨酯低压混合器内液固两相流进行三维数值模拟。结果表明,随着颗粒粒径、颗粒浓度、流体黏度的增加,混合头周向叶片间出现颗粒低速区,其范围不断扩大,不利于物料的混合,而提高转速并不能有效地消除颗粒低速区。混合头结构模拟的计算结果表明,优化过的混合头有效地消除了颗粒低速区,能够实现混合器内物料的充分混合。对叶片尖端所受压力进行拟合,得到不同工况下混合头叶片尖端处所受压力的预测公式,为混合头的冲蚀磨损及新型混合头的设计与研究提供参考。     

固液两相混合方法及其均匀性检测技术

固液混合技术是广泛应用于工农业生产中固体分散、溶解和浸出、结晶和沉淀、固体催化反应以及粉剂农药混合等领域的一种重要操作技术。固液两相混合的均匀性对产品的生产或应用有着重要的影响。因此本文综述了固液两相混合技术的研究现状。首先介绍了固体颗粒在液相中的分散机理，讨论了常见的两大类固液两相混合方法，即化学分散法与物理分散法。其中化学分散法包括添加表面活性剂与偶联剂以及进行电化学改性；物理分散法包括使用搅拌釜、撞击流混合器、射流混合器、静态混合器、动态混合器进行的机械混合以及超声分散和通过静电分散进行的预分散。同时介绍了部分具有代表性的固液两相分散混合均匀性的检测方法，如探针、图像分析处理、超声衰减、动态光散射、电阻层析成像等。最后在分析现有问题的基础上对固液两相混合技术未来在多元化、智能化方向上的发展进行了展望。     

固液两相叶片圆盘泵蜗壳内流动数值模拟

为研究叶片圆盘泵蜗壳内固液两相流动规律,应用计算流体力学软件Fluent对模型泵内部的固液两相湍流进行数值模拟。通过对叶轮无叶区和叶片区所对应蜗壳截面速度、压力和颗粒体积分数分布的比较分析。得到了能够反映叶片圆盘泵工作特点的蜗壳内固液两相流动特征。     

中心气流与环形气流作用下颗粒射流的流动与混合特性

采用PIV测速系统和高速摄像仪对同轴气固两相射流进行了实验研究,着重考察了同轴射流结构和旋流对颗粒流动与混合特性的影响。结果表明,环形气流作用下颗粒获得的轴向速度比相同条件下中心气流作用下的颗粒轴向速度大,且气固两相的混合效果更佳,在这两种同轴射流结构下,颗粒的轴向速度仅在靠近喷嘴的横截面上分布较为均匀。而旋流,特别是强旋的引入不仅可以促进远场区颗粒速度的均布,而且能够有效地改善两相混合效果。     

超短接触旋流反应器混合腔内气固混合特性的数值模拟

采用欧拉双流体模型对超短接触旋流反应器内的气固两相流场进行了数值模拟,主要研究了混合腔内固相的体积分数分布情况。计算结果表明：混合腔内的气流在切向进气的作用下得到了一定的混合加速效果,切向的高速射流有效地缩短了气固停留时间,保证短接触反应效果。通过对两种不同混合腔结构反应器的对比计算发现,在相同入口速度条件下结构2（切向进气管位于混合腔顶部）较结构1（切向进气管位于混合腔下部）气固停留时间短,由于切向气流的迅速作用,增加了混合腔内的湍动强度,使催化剂颗粒迅速有效扩散、增强气固接触效果而更有利于催化裂化反应的进行,更易实现短接触操作要求。计算结果与实验测量结果的比较表明模型能有效地描述超短接触旋流反应器内气固两相流动形态。     

液固流化床内双组分颗粒流动数值模拟

采用MFIX-DEM方法对液固流化床内双组分不同密度的颗粒流动进行数值模拟,用BVK曳力模型计算相间作用力,研究表明:在固相颗粒与流体的密度差带动下,轻颗粒向上运动,重颗粒向下运动,最终两种颗粒实现分离;在颗粒的运动过程中,颗粒的压力梯度力在总力中占主导地位,是颗粒随机运动的主要因素;碰撞力在颗粒的混合过程中起主导作用...     

烟气脱硫吸收塔底部浆液池内流场特性的数值模拟

为了达到烟气脱硫吸收塔内烟气、吸收液和析出铵盐三相混合的效果,烟气脱硫吸收塔都采用侧入式的推进式搅拌器.运用计算流体力学技术(CFD)对吸收塔底部浆液池内单相和液固两相的侧搅拌流场进行数值模拟.模拟结果表明,液固两相搅拌时,与单相流相比,固相的引入抑制了液体向上的发展,流体循环流动范围变小.径向角作用是产生不对称的循环流,增加流体湍动,但对液固两相的固体悬浮状况没有明显改善.法向角可以改善浆液池底部单相流的湍动和液固两相的固体悬浮,当法向角为7°时,浆液池内固体颗粒的悬浮状态最好.     

基于图像法的稀相气／固两相流混合比及空隙率分析

通过使用高速摄影系统获得稀相气／固两相流流动图像,并利用图像处理技术对获得的图像进行均匀光照、二值化及粘连颗粒分割等预处理,统计出图像中颗粒尺寸参数。利用数学公式,计算出稀相气／固两相流流混合比与空隙率的纵向分布和横向分布,以及不同截面积的混合比与空隙率分布,并对混合比与空隙率的分布进行比较分析。最终得出在稀相气／固两相流中,混合比比空隙率能更好地描述气／固两相流流动特性的结论。     

稀疏固液搅拌体系流动特性

引　言在固液两相搅拌反应器中 ,固体颗粒的运动行为直接影响到固液两相流的流体力学及传质特性 ,因此 ,近年来对固液两相体系中颗粒的运动行为研究愈来愈受到重视 .对于流体机械混合操作 ,许多情况下流动均处于湍流区域 ,涉及到多相态时 ,问题变得更为复杂 .颗粒和湍流的相互作用 ,很久以来一直是人们研究的基本问题之一[1～ 3] ,对有固体颗粒存在下液相流体速度及湍流脉动变化规律 ,也是研究人员和工程技术人员关注的重点 .现有文献中用激光测量搅拌槽内固液两相流动的数据很少 ,仅Ｎｏｕｒｉ[3] 测量了六直叶涡轮搅拌槽内固液两相速度分…     

水力压裂管柱弯管处的固体颗粒冲蚀研究

为了研究固/液两相流体对压裂管柱弯管处的冲蚀问题,运用DPM冲蚀模型对弯管处在不同固相颗粒体积分数条件下的冲蚀进行计算与分析,追踪固体颗粒粒子路径,研究结果表明:弯管内壁管径最大区域最易产生冲蚀;在不同固相颗粒体积分数条件下,弯管最大冲蚀率随着固体颗粒含量的增加而增加,且固相颗粒体积分数与弯管的冲蚀率呈线性变化趋势。     

液固环流反应器流动状况的数值模拟

利用计算流体力学方法对液固环流反应器内的液固流动行为进行了数值模拟. 由Euler法的双流体模型和颗粒动力学理论建立了数学模型，对液固环流反应器内液固两相流动状况进行模拟，模拟结果很好地解释了液固环流反应器内的流动行为，固体颗粒速度模拟计算值与实验值的吻合说明了模型的可信性.     

环管反应器内液固两相流的数值模拟

为了对环管反应器内液固两相的流动形态进行研究,建立了以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型.在浆液流速远大于自由沉降速度的情况下,模拟了不同浆液入口速度时的环管反应器上升段压力降,同时对管道内液固两相流中的一些重要参数进行了数值研究:在入口液固两相体积分布均匀的情况下,环管反应器上升段、弯管段以及下降段液固两相体积分布和液固两相速度均不一样,在弯管段由于离心力存在而引起管道内二次流,使得固相颗粒甩向弯管的外侧壁,引起固相体积分数在弯管外侧壁明显增大,管道内固体颗粒相分布不均.在浆液速度v =3 m·s-1时,液相和固相的速度有一定的速度差,随着入口速度增大,速度差变小;当浆液速度v =7 m·s-1时,固体颗粒相速度分布与液相速度基本相同,两者之间的滑移速度可以忽略.计算结果与传统经验公式的比较表明模型能有效地描述环管反应器内压力降和反应器内浆液流动形态.     

应用DPM方法模拟计算排泥管道及法兰连接处的磨损率

为探索固液两相流对管道和法兰连接处的磨损规律,选取常规的两段管径为0.7m的水平排泥管道和一个连接法兰段作为研究对象,运用多相流的离散相模型和半经验的磨损模型对法兰连接在平顺、凸出和凹进3种情况下进行管道固液两相流动和磨损率计算。计算得出来流速度为5.0m/s,来流固相体积率为3%~27%,固相密度为1 300~2 300kg/m~3,固相粒径不大于0.2mm。计算得到了在不同的法兰连接状况下,管道和法兰的最大磨损位置和平均磨损率,得到了平顺状况下管道和法兰连接处磨损率与固相颗粒比重、颗粒体积率的关系。     

旋流分离器在乙二醇脱盐过程中的模拟研究

应用计算流体力学(CFD)模拟研究了旋流分离器内液固(乙二醇-NaCl)两相分离过程.应用RSS雷诺应力湍流模型、DPM离散相颗粒模型,建立液固两相分离模型,研究了旋流器结构、固相颗粒粒径、操作条件对颗粒分离效率、压降的影响.结果表明:采用优化的旋流分离器,粒径大于35μm的NaCl颗粒分离效率可以达到99.6％以上.     

高速水射流粉碎中射流冲击区水垫的增阻效应

为了解高速水射流冲击区特性和对物料粉碎效果的影响,通过理论分析、数值计算方法和采用自主研制的后混式高压水射流粉碎装置进行粉碎实验(以煤为粉碎物料),针对水射流在冲击区产生的水垫及其对物料粉碎的影响进行了研究。结果表明:高速水射流在靶体冲击区范围内存在水垫,水垫范围约为10倍喷嘴半径r0;射流冲击区水垫对粉碎不利,在有水垫增阻情况下,水垫对粉碎效率具有一定影响,特别是对低粒级产品减产影响明显;无水垫增阻情况下,物料粉碎较前者更加高效,产率也更高;研究水射流冲击区水垫增阻减产机理,对高速水射流粉碎技术及设备研究实践具有一定理论和设计参考价值。     

迷宫螺旋泵水煤浆输送的CFD模拟及其内部磨损的初步探讨

迷宫螺旋泵是管道水力输送的关键设备,为了揭示其内部高浓度固液两相流动的规律,文章以固液两相流体力学理论为基础,在一定的简化与假设条件下,利用FLUENT中的前处理软件Gambit前处理器建立迷宫螺旋泵的几何模型,应用FLUENT计算流体力学分析软件及Realizable-k-ε模型,对水煤浆高速迷宫螺旋泵内部流场进行数值模拟和仿真,由模拟结果得知压力、速度、浓度、剪应力的分布情况,同时也对其内部的颗粒磨损机理进行了初步探讨。     

基于特征相似度匹配PTV法的稀相气固两相流流场的测量

提出一种基于几何特征和归一化转动惯量特征相似度相结合的粒子跟踪测速算法。该方法采用高速摄像机拍摄流化床中气固两相流的稀相颗粒运动图像,经图像处理后,提取特征参数,进而应用面积和周长相似度对颗粒进行初步筛选匹配。然后对经过初步筛选后的颗粒进行归一化转动惯量最佳相似度的匹配,从而准确快速地实现颗粒匹配,进而计算出气固两相流颗粒的流速。实验结果表明,该方法能准确地跟踪稀相颗粒,是一种行之有效的稀相流场速度测量方法。