自激吸气式脉冲射流装置压力及流动特性的研究

利用自制的射流试验平台对自激吸气式脉冲射流装置进行了冲击试验,测量了装置腔体上典型测点压力和靶心冲击力时间历程,运用高速摄像技术观测了装置内部水气流动过程,分析不同结构参数和运行参数下典型测点压力与冲击力脉冲效果,研究了典型测点压力、冲击力脉冲效果与水气流动过程之间的关系。研究结果表明：腔长、下喷嘴直径、工作压力和围压对吸气量有明显的影响;腔长和下喷嘴直径对碰撞体测点压力脉冲效果、冲击力时均值及其脉冲效果均有较大影响,存在着最佳结构参数使装置吸气量、冲击力时均值最大且脉冲效果最好;工作压力和围压对冲击力时均值及其脉冲效果影响较大;装置吸气后腔内形成了气水旋转涡团,气水旋转涡团与碰撞体测点压力和冲击力脉冲效果存在着明显的对应关系,解释了装置产生脉冲射流的原因。     

自激脉冲喷嘴结构参数对涡环影响的数值分析

要使自激脉冲喷嘴产生良好的激振，影响自激腔内涡环结构的喷嘴腔体直径、腔体长度、上喷嘴直径、下喷嘴直径、碰撞壁中心角等参数硌须相互配合，采用无量纲量，针对3种腔径、5种腔长、4种下喷嘴直径和1种上喷嘴直径配合而成的多种工况进行交叉数值分析，通过对数值模拟结果的分析，给出自激喷嘴结构参数的最优数值配比。     

自激脉冲喷嘴结构参数对涡环影响的数值分析

要使自激脉冲喷嘴产生良好的激振, 影响自激腔内涡环结构的喷嘴腔体直径、腔体长度、上喷嘴直径、下喷嘴直径、碰撞壁中心角等参数必须相互配合.采用无量纲量，针对3种腔径、5种腔长、4种下喷嘴直径和1种上喷嘴直径配合而成的多种工况进行交叉数值分析.通过对数值模拟结果的分析，给出自激喷嘴结构参数的最优数值配比.     

结构参数对自激式脉冲射流装置性能的影响

运用自行研制的脉冲射流试验装置,就自激式脉冲射流装置的上下喷嘴直径、腔长和腔径等结构参数对其性能的影响进行了试验,分析了上喷嘴直径一定时,其他结构参数对射流打击力的影响.研究表明,在一定工作压力下,不同下喷嘴直径下的射流打击力随腔长的变化和不同腔径下的射流打击力随下喷嘴直径的变化不同;在不同工作压力下,某一下喷嘴直径下...     

自激振荡脉冲射流装置性能研究

针对水库淤积现状,本文从水库泥沙淤积以及水库排沙工程实际出发,设计新型脉冲射流装置-激吸气式脉冲射流装置。利用新型自激吸气脉冲射流装置,在不同围压（模拟不同水深）下研究自激吸气脉冲射流性能,分析不同结构参数、围压、工作压力等参数对吸气量及相对吸气量的影响关系,优化装置吸气性能,为自激吸气式脉冲射流水下高效清淤技术研究提供理论依据和技术参数。     

基于Fluent自振脉冲射流腔体结构参数的数值优化

自激振荡脉冲射流可以有效提高深部煤岩破蚀效率.为设计破蚀煤岩效率较高的自激振荡脉冲射流发生装置,基于流体力学基本原理,利用Fluent软件对自激振荡脉冲射流进行数值模拟,分析不同的腔体结构对脉冲射流峰值速度的影响.采用大涡模型(LES)进行计算,通过数值模拟发现,自激振荡脉冲射流速度云图和压力云图符合涡旋碰撞理论和脉冲射流发生原理.在特定的参数(腔长L=4.5mm,腔径D=8mm,下碰撞壁收敛角α=120°,上下喷嘴直径分别为d_1=1mm,d_2=1.1mm)下,自激振荡脉冲射流峰值速度最大,为231.21m/s,相比于入口速度提高了92.68%,脉冲射流冲蚀效果较好.     

影响自激振荡脉冲射流性能的喷嘴结构参数研究

脉冲射流射孔增产技术可有效改善低渗气藏渗透率,提高产气量。自激振荡喷嘴作为射孔增产技术的核心装置,其结构参数直接决定射孔质量。为得到适用于此技术的最优喷嘴结构,根据流体力学、射流力学、边界层及大涡模拟计算理论,利用大涡模拟方法和PIV测试实验研究了不同后喷嘴和前喷嘴直径比、振荡腔长和前喷嘴直径比对脉冲射流的影响规律。将大涡模拟计算结果与PIV试验测试结果相结合,建立了适用于低渗气藏射孔增产的自激振荡喷嘴设计准则：前后喷嘴直径比（d₂/d₁）为1.2~1.3,腔径比（L/d₁）为2.3~3.3。所得结论可作为脉冲射流发生装置的结构设计和优化依据。     

环空射流浮选装置吸气性能研究

利用引射吸气方式设计了一种环空射流浮选装置.为研究该浮选装置的吸气能力,对环空喷嘴在不同入料压力、喷嘴距下的吸气量、负压及叶轮转速的关系进行研究,分析射流吸气能力受射流边界层厚度2e与喷嘴出口直径D参数间关系的影响规律.结果表明:在同一喷嘴距条件下,环空喷嘴吸气量及喷嘴内的负压值随入料压力的增加逐渐增加,叶轮转速随入料压力增加先增加后平缓而后再增加;低入料压力、小喷嘴距条件下, 2eD,喷嘴的吸气能力较弱;随入料压力及喷嘴距的增加,2e≥D,喷嘴吸气能力逐渐增强,喷嘴内负压环境更加稳定;在高入料压力、大喷嘴距条件下,2e?D,负压区被水介质占据,吸气区内气相空间体积被压缩,环空喷嘴吸气能力骤降.     

低压自激脉冲射流装置频率设计

自激脉冲喷嘴是一种利用流体内部特性产生脉冲效果的装置,因此其打击力、频率、振幅等效果参数受到运行参数和结构参数的影响,为得到影响自激脉冲效果的重要参数,探索自激现象产生的内在机理,利用Fluent软件对工作压力、上喷直径、腔径、腔长4个因素进行了3水平共计24组实验,并利用JMP软件对打击力、频率和振幅进行了定性分析,得出本次实验的最佳结构配比,通过腔体内部流场分析进一步完善了空化产生的机理,并对结构做出一定优化,提高了自激效果.     

自激振荡脉冲射流装置的频率特性

基于流体网络理论建立了自激振荡脉冲射流装置的相似网络模型,数值计算分析表明,该喷嘴装置具有压力谐振特性和低通滤波特性,在系统固有频率附近,压力响应幅值最大,其固有频率主要由喷嘴形状、结构参数和射流中压力扰动波波速决定,流体压力、振荡腔长、下喷嘴大小和空隙度等对系统的频率特性影响很大,存在产生最大谐振峰值的参数范围,理论分析与实验吻合。提出了相应的自激振荡脉冲振荡喷嘴设计准则,即喷嘴装置的固有频率应接近来流脉动主频。     

串联型脉冲喷嘴的实验研究

根据水声学原理和瞬变流理论,在自激振荡脉冲射流喷嘴的基础上,设计了一种新型的串联型脉冲喷嘴,它由Helmholtz谐振腔和风琴管谐振腔串联组成。实验选用3种不同形状碰撞壁风琴管,采用SD150测试系统,分析了串联型脉冲射流动态特性和形状变化对脉冲射流特性的影响规律,以及泵压和风琴管振荡腔长对射流冲蚀效果的影响。实验结果显示:如果两振荡腔结构参数选择合理,使其固有频率耦合,射流将能激励出更大的流体振荡,射流的瞬时能量将得到更大提高;3种碰撞壁中,冲蚀效果最佳的是球面形碰撞壁风琴管串联型脉冲喷嘴。     

串联型脉冲喷嘴的实验研究

根据水声学原理和瞬变流理论,在自激振荡脉冲射流喷嘴的基础上,设计了一种新型的串联型脉冲喷嘴,它由Helmholtz谐振腔和风琴管谐振腔串联组成.实验选用3种不同形状碰撞壁风琴管,采用SD150测试系统,分析了串联型脉冲射流动态特性和形状变化对脉冲射流特性的影响规律,以及泵压和风琴管振荡腔长对射流冲蚀效果的影响.实验结果显示如果两振荡腔结构参数选择合理,使其固有频率耦合,射流将能激励出更大的流体振荡,射流的瞬时能量将得到更大提高;3.种碰撞壁中,冲蚀效果最佳的是球面形碰撞壁风琴管串联型脉冲喷嘴.     

自激脉冲射流装置结构参数的无量纲研究

运用无量纲分析法,对一定入口条件下自激脉冲射流装置主要结构参数对无量纲打击力的影响进行了实验研究,得到了无量纲打击力随各结构参数配比的变化规律,确定了自激脉冲射流装置无量纲结构参数的优化范围.实验结果表明,当入口条件一定时,存在获得较好打击效果的喷嘴面积比和腔长范围;腔径一定时,无量纲打击力随腔长的增大而减小;腔长对自...     

开敞式进水池喇叭口悬空高度对吸气涡的影响

开敞式进水池是中小型泵站中重要的水工建筑,其在结构尺寸设计不合理时易出现吸气涡,严重时会发生空蚀,严重影响泵站安全稳定运行。前人研究发现悬空高C对进水池流动影响较大,而对吸气涡的影响并未给出确切的影响规律。因此本文根据泵站设计规范中给定的悬空高取值范围,采用简化的耦合水平集与流体体积(Simple coupled level-set and volume-of-fluid method,S-CLSVOF)方法捕捉水气交界面,并基于分叉模型(Bifurcation model,BM)进行数值模拟,分析了吸气涡随喇叭口悬空高度的变化规律,结果表明：吸气涡的大小和进水管内相对吸气率β呈正相关,且相对吸气率在3×10-4~7×10-4之间;相对吸气率基本随悬空高度的增加呈下降趋势,但在C = 0.35D(喇叭口直径为D)处出现突降;分析每个方案涡量随时间的变化规律,涡量可定量体现吸气涡的强度;通过涡拟能输运方程中的分析,发现漩涡受到的拉伸作用决定了平均相对吸气率的变化规律,与吸气率的变化规律一致,揭示了吸气率突降的机理;在设计进水池时,考虑到吸气涡程度与泵的安装,C = 0.35D的悬空高度为最优选择。本文结论对进水池的设计具有指导意义。     

粘附性颗粒流化特性研究及信息熵分析

建立粘附性颗粒气固两相双流体模型,依据粘附性颗粒碰撞动力学,推导固相粘度系数和聚团压力等物性参数,并采用力平衡模型估算聚团当量直径。模拟流化床内粘附性颗粒聚团流动特性,结果表明,床内流动为S型环核流动结构,大聚团主要聚集在床层底部高浓度区,上部稀相区,聚团直径较小。应用shnnon信息熵分析粘附性颗粒流动的混沌特性,得出在床层上部,聚团碰撞较剧烈。     

锡粉多级雾化研究

在Ｉ型多级雾化－快速凝固装置上首先研究了喷嘴液流直径对粉末平均粒度的影响，再用正交实验方法研究了其他主要工艺因数对纯锡粉多级雾效果的影响。结果表明，喷嘴液流直径的影响不很敏感和显著，而在喷嘴液流直径为一定值的条件下，旋转盘转速和过热温度对粉末平均粒度影响最大，喷射高度和过热温度对粉末形状参数和标准偏差有显著影响。     

离心浮选机结构对流场影响的数值模拟

为探讨浮选机结构对流场的影响,对整体浮选机流场的分布特性进行了数值模拟.以自吸式离心浮选机为模型,使用计算流体动力学软件STAR CCM+,运用Realizable k-湍流模型和VOF多相流模型,采用SIMPLE算法对速度和压力进行耦合求解,得到了速度、压力、湍动能以及气液相含率的分布规律.模拟结果表明,吸气量、喷嘴出口动能和湍动能值随喷嘴直径增大而减小,当喷嘴直径为19 mm时效果较好.外筒体流场存在较大的速度梯度,速度值从7~8 m/s降至1 m/s以下.矿化气体在外筒体的弥散程度较低,入料初始阶段气含率均一度仅为20%~30%.     

新型柱浮选泡沫输送装置及固液两相流动特性

针对高含气率、高黏性柱浮选泡沫输送的需要,设计了一种新型柱浮选泡沫输送装置,并进行了固液两相流动特性模拟.结果表明,漩涡多靠近叶片工作面,其方向与叶轮旋转方向相反;叶轮内各流道压力分布较为均匀,叶轮中心区域为低压力区;颗粒直径越大,叶片工作面和轮缘处分布的颗粒越多,磨损程度越重;颗粒浓度越大,流体的全速度越高,叶轮出口附近处颗粒速度梯度越大,叶轮受局部磨损程度越重.基于数值模拟的优化设计结果表明,采用后倾叶片、扩大出料管径和增加出料管数量,有利于改善输送效果.     

混凝-气浮处理低浊高藻水库水的试验研究

针对黄河下游地区鹊山引黄水库水典型的低浊高藻水质特征,利用溶气型气浮实验装置,采用混凝—气浮工艺处理低浊高藻原水,对混凝—气浮工艺的主要影响因素进行试验分析,确定了工艺最佳运行参数,对不同分子量区间有机物的去除效果进行了比较。结果表明:在原水浊度为13~22NTU,藻类为(2.65~5.55)×107cells/L条件下,选择PAFC为混凝剂、投药量5mg/L(以Al3+计)、一级絮凝速度梯度G值为63(s-1)(4min)、二级絮凝速度梯度G值为22(s-1)(4min)、溶气水回流比为12%、静置时间为5min时,混凝—气浮工艺运行效果最优,对藻类、浊度、高锰酸盐指数(CODMn)、UV254、溶解性有机碳(DOC)的平均去除率分别为93.7%、95.6%、43.0%、52.3%和38.2%,混凝—气浮工艺对低浊高藻水库水浊度、藻类去除效果显著。     

撞击流技术研究进展及新型反应装置研发

在化学生产和石油化工等多种过程工业中,都会涉及多项体系中相间热（质）传递,探求强化传递过程已成为研究的焦点和热点,撞击流作为一种有效强化相间传热传质、促进微观混合的新技术,在吸收、结晶、超细粉体制备等领域均展示出良好的应用前景。基于作者多年来在撞击流领域的经验积累和研究成果,对撞击流技术的研究进展及新型反应装置研发进行了综述。借助LDA、PDA、PLIF等先进可视化测试技术,提取不同结构布置形式下撞击流流场内部压力波动、瞬时和时均速度、浓度信号等丰富信息,获得关于流场的宏观压力、速度、浓度分布规律;同时准确把握流场内各物理参量在流体力学方程组中的作用,通过混沌分析、分形分析、小波变换以及希尔伯特-黄变换等非线性研究方法,识别信号的混沌与随机成分,计算出关联维、Kolmogorov熵、Lyapunov指数、Hurst指数等定量描述非线性特征参数,明确流场宏观运动特征、传热、传质以及反应效果的影响;另外,介绍了离析度IOS、平面混合均匀度U等指标,用于定量表征不同结构特性参数（喷嘴直径d、喷嘴间距L等）下撞击流反应（混合）器的混合、振荡特性研究现状,并确定利于混合的最佳工况,通过上述研究,不断完善复杂湍流体系理论;结合FLUENT数值模拟软件,实验与理论相互印证,为撞击流反应器结构的优化及新设备的研发提供指导性参数,基于此,作者先后自主研发出具有知识产权的多组同轴相向撞击流反应（混合）器、水平三向撞击流反应（混合）器等,并以双组分层式撞击流反应器为核心建立用于制备超细粉体工业规模示范装置,为撞击流技术在工业上的开发应用提供了一条新的思路;最后,指出探究与其他先进技术（超高压、超临界等）协同增效的复合型撞击流反应（混合）器,成为未来研究发展一大方向。