设计参数对V锥流量计性能影响的数值研究

建立了V锥流量计三维流动物理模型和数学模型.借助FLUENT软件分别对不同等效直径比、前锥角、后锥角的V锥流量计的流场分布进行数值计算.分析了不同雷诺数与流出系数的关系.研究表明:前后锥角不变,等效直径比越大,流出系数越小.随着雷诺数的增大.流出系数增值幅度减小并逐渐趋于某一常数.保持等效直径比不变,改变前后锥角,发现...     

基于V锥流量计的油水两相流数值研究

我国陆上油田多处于中高含水期,采出原油含水量逐年提高;加之海洋石油工业的不断发展,多相混输已成为今后的主要输送方式。在多相流动中,总流量和各分相流量是多相流的重要参数,流量的准确测定对工程设备运行的经济性和可靠性十分重要。基于多相流混合模型,建立了油水两相流控制方程,针对V锥流量计内油水两相流场进行数值模拟,分析了流速、初始含水量、等效直径比、前锥角等对水平管内轴向压降及油水相态分布的影响。研究表明：入口流速、初始含水量、等效直径比及前锥角对油水两相流轴向压降及相态分布影响较大;降低流速、增加等效直径比、减小前锥角可有效降低轴向压力,使油水相态分布均匀,实现节能降耗。     

柴油机喷孔内部空化效应的可视化实验研究

柴油机喷孔内空化现象显著影响燃油雾化质量.针对目前广泛应用的VCO型喷嘴,设计大尺度透明喷嘴稳态实验系统,全面研究了无量纲数、雷诺数、喷嘴射流参数和结构参数对喷嘴内空化过程的影响.结果表明,空化数对空化剧烈程度影响显著,雷诺数对空化剧烈程度影响小于空化数;射流参数直接影响流体流动状态,增大入口压力、减小出口压力和针阀升程能使喷孔内的空化现象显著增强;结构参数决定喷孔内流动形式,增大喷孔倾角、直径和长径比,采用入口圆角等措施会抑制空化的产生.     

二甲基醚（DME）喷雾混合特性的研究

采用阴影法和数学模型方法研究二甲基醚喷雾混合特性,研究了缸内工质密度,喷孔直径,启喷压力等对二甲基醚喷雾混合特性的影响,试验结果表明,二甲基醚喷雾破碎期约为0.2ms-0.4ms,环境密度,喷孔直径增大时,喷雾破碎期缩短,锥角增大,由于贯穿速度大,喷雾贯穿距增大;启喷压力对二甲基醚喷雾贯穿距影响不大,对喷雾锥角有些影响,启喷压力高,喷雾体发展初期,锥角增大,但空间发展后期,两种启喷压力的喷雾锥角趋于一致,喷雾混合特性计算结果表明,二甲基醚喷雾体平均化学当量空燃比比柴油大,因而柴油机燃用二甲基醚时涡流比不宜过大,环境密度增大,喷孔直径减小,喷雾体平均化学当量空燃比增大。     

伞喷喷嘴内空化现象的数值模拟

使用混合多相模型和全空化模型通过数值模拟研究了伞喷喷嘴内的空化流动过程.结果发现,伞喷喷嘴内的空化发展显著影响了喷嘴出口处的燃油液膜厚度和喷射速度,进而直接改变喷射锥角和液滴的平均索特直径.基于喷嘴内燃油蒸气的分布,空化可以划分为无空化、入口空化、出口发展空化和完全空化.完全空化中燃油蒸气延伸至喷嘴出口,可以显著增加喷...     

分流气体对冲排气消声器压力损失模型研究

进行了分流气体对冲排气消声器压力损失数值计算,试验验证了计算方法的准确性,采用Design-Expert设计了压力损失试验,建立了压力损失与试验因素(内腔直径、对冲孔形状、对冲孔中心距、内腔分流单元锥角和气流速度)之间的数学模型,得出了不同变量对压力损失的二阶交互作用响应面,深入分析了变量间的交互影响关系.结果表明:内腔直径和流速是影响压力损失的主要因素,随着流速的增大,压力损失显著增大;随着内腔直径的增大,压力损失先缓慢减小后快速增大;对冲孔形状为矩形时,压力损失较小;对冲孔中心距和内腔分流单元锥角对压力损失影响较小.以压力损失为优化指标,得到了最佳试验条件,研究结果为该类消声器设计理论研究及优化设计提供了参考.     

二甲基醚喷雾特性的数值模拟和实验研究

对二甲基醚在定容室内的喷雾特性进行数值模拟分析。研究环境背压、喷孔直径、启喷压力等对二甲基醚喷雾混合特性的影响,比较二甲基醚和柴油的喷雾特性,并将计算结果与实验数据进行对比。结果表明:环境密度、喷孔直径越大,二甲基醚喷雾体发展越不稳定。环境密度增大时,喷雾贯穿距减小、喷雾锥角增大;喷孔直径增大时,喷雾锥角和喷雾贯穿距随之增大;启喷压力越高,喷雾贯穿距和喷雾锥角随之增大。     

柴油机喷嘴内线空化对喷雾影响的试验

设计3种不同尺寸的锥度孔透明喷嘴,在尽可能抑制壁面空化的情况下研究了喷油压力、喷嘴孔尺寸及针阀升程对喷嘴内线空化的出现规律、强度及瞬态特性的影响,进而对喷雾的影响.结果表明:在喷嘴低针阀升程时会存在起源于针阀锥面处的线空化,可轻易延伸至喷孔出口,形态粗壮,引致非常大的喷雾锥角,而随针阀的抬起,这类线空化消失,代之以孔与孔之间的线空化,空化形态较细,对喷雾锥角影响相对很小,这为柴油机启喷阶段和喷油末期喷雾锥角的骤增与波动提供了一种合理解释;喷雾锥角的波动与线空化发展程度及其延伸至喷孔出口处的空化厚度间存在强烈的依存关系;线空化对喷雾的影响存在迟滞现象,这与空化泡喷出喷孔后破裂及流体运动惯性有关.     

针阀升程对乙醇柴油的空化现象及近场喷雾特性的影响

基于等比例放大透明喷嘴搭建可视化试验台,以乙醇柴油为流动介质,通过控制燃油喷射压力改变孔内燃油流动速度,对比研究了不同燃油流速下3种针阀升程(3mm、6mm和8mm)所对应的喷嘴孔内空化现象及近场喷雾形态。试验发现:喷嘴孔内空化现象随燃油流速升高依次历经无空化阶段、空化阶段(初生-发展-超空化)和柱塞流阶段;同等燃油流速下针阀升程越小,则喷嘴孔内越易发生空化,且空化现象更为强烈。喷孔流量系数随燃油流速升高呈先缓慢增大后急剧减小的变化趋势;同等燃油流速下针阀升程越大,则喷孔流量系数越大。近场喷雾锥角随燃油流速升高呈先增后减的变化趋势;在柱塞流发生之前,同等燃油流速下针阀升程越小,则近场喷雾锥角越大,且喷雾锥角峰值对应的燃油流速越小。     

液化石油气喷雾特性的试验与计算研究

采用高速摄影技术对液化石油气(LPG)喷雾特性进行试验研究,并利用准维气相射流模型模拟计算LPG喷雾的发展过程,计算结果与试验结果吻合较好。研究结果表明:在喷孔直径、背压等参数相同的条件下,LPG喷雾锥角和喷雾轴心浓度的衰减率随启喷压力升高而增大,而启喷压力对喷雾轴心速度的衰减率和喷雾贯穿距离则影响较小;在喷孔直径、启喷压力等参数相同的条件下,喷雾锥角、喷雾轴心速度和浓度的衰减率均随背压的升高而增大,而喷雾贯穿距离则随背压的升高而减小;背压对贯穿距离、喷雾锥角、喷雾轴心速度和浓度衰减率的影响均大于启喷压力。     

喷油器控制阀空化现象可视化试验与模拟分析

为了获得喷油器控制阀空化现象的直观流动图像,搭建了喷油器控制阀比例放大可视化试验台。采用高速摄像和长工作距离显微成像技术,研究了不同球阀升程和进口压力下控制阀区域空穴两相流动的特性。通过数值模拟的方法对试验得到的流动图像进行了双向验证。研究结果表明:控制阀区域的空化现象主要发生在球体表面、阀座锥面和进油孔处;空化数可以反映控制阀区域空化的强度;控制阀疲劳试验中气蚀环大于密封环的原因是球体表面发生强烈空化的区域比落座撞击区域靠上。     

柴油机孔式喷油嘴内空穴流动的模拟分析

利用混合多相流体模型加空穴模型的方法,模拟了柴油机孔式喷油嘴稳定喷射时嘴内的空穴流动现象,分析了空穴在喷油嘴内形成机理及其分布情况。基于这一模型进一步分析了喷射压力、背压和喷孔长径比、喷孔入口圆角比、非轴对称喷孔等几何结构参数对喷孔内空穴分布的影响。通过模拟计算可知,提高喷射压差和减小喷孔入口圆角半径都可以提高空穴强度,同时也发现提高喷孔长径比可以使空穴在喷孔出口截面上分布更为均匀。从燃油空穴雾化理论的角度出发,空穴强度的提高以及在出口截面上的均匀分布都有利于燃油的破碎雾化。     

喷油嘴内部空穴流动模拟计算分析

利用多相流空穴模型对喷油嘴稳定喷射时喷孔内的空穴流动现象进行了三维数值模拟,分析了空穴在喷油嘴内的形成机理及其分布情况,,基于此模型进一步研究了喷油压力、背压及喷孔入口圆角半径与喷孔k系数对喷孔内部空穴分布的影响.通过模拟计算可知,喷射压力降低和背压增加、增大喷孔入口圆角半径及喷孔k系数后,喷孔内空穴将减小.     

喷油嘴喷孔内部空穴两相流动数值模拟分析

在柴油机喷油嘴喷孔内部空穴流动现象分析的基础上。建立了完全发展了的空穴流动的二维气液两相流空穴模型，并进行了喷孔内部气液两相流数值模拟。计算结果与国外已有实验数据的对比表明所建模型是正确的，在此计算模型框架下分析了喷孔上下游压差和喷孔入口圆角半径、喷孔直径和长度等几何特征参数对喷孔内空穴区域分布的影响，进而分析了对喷雾特性的影响。     

Modeling for isothermal and cryogenic cavitation

Cavitation typically occurs when the fluid pressure is lower than the vapor pressure at a local thermodynamic state. The goal of our overall efforts is to establish a predictive tool for turbulent cavitating flows, including those under cryogenic conditions with noticeable thermal effect associated with the phase change. The modeling framework consists of a transport-based cavitation model with ensemble-averaged fluid dynamics equations and turbulence closures. To date, the reported experimental investigations contain little information about the turbulent characteristics in the flow field. It is noted that the exchange between static and dynamic pressures has a dominant impact on the cavitation dynamics, and the viscous effect can modify the effective shape of a solid object to cause noticeable variations in the predicted multiphase flow structures. The uncertainty of the inlet turbulent flow variables at the inlet can affect the prediction outcome. A filter-based approach is utilized along with two-equation turbulence closures so that one can assess the local numerical resolution with the computed turbulence length scale, and reduce the impact of the inlet boundary conditions of the eddy viscosity. Experimental information covering both isothermal and cryogenic cavitation with different geometries is utilized to aid the model validation. Furthermore, it is shown that for cryogenic cavitation, the thermal effect on the evaporation and condensation dynamics appears via modifying the local cavitation number and the liquid/vapor density ratio.     

喷油器结构对喷雾特性影响计算分析

将喷油嘴内部空穴流动和喷雾计算耦合在一起,首先利用一维液力计算结果为边界进行了喷油嘴内部流动计算,然后将喷油嘴内部流动计算结果作为边界条件进行喷雾模拟,包括计算所得到喷孔出口处的速度、空穴、湍流动能等,通过此方法研究了喷油器结构参数,如控制腔进油孔、出油孔和控制腔容积、针阀弹簧预紧力、控制活塞直径对喷雾特性的影响规律,结果表明:控制腔进油孔、出油孔和控制活塞直径对喷雾特性影响较大。     

Numerical study on the cavitating flow in liquid hydrogen through elbow pipes with a simplified cavitation model

Cavitation is usually caused by the pressure difference between the static pressure and the saturated vapor pressure under the local temperature and may result in huge damage to the pipelines. This paper developed a simplified cavitation model based on Rayleigh–Plesset bubble equation and Zwart cavitation model, and conducted a series of numerical simulations with the process of phase change and latent heat added to the solver by UDFs (User Defined Functions). The aim of the paper is to study the affecting factors on the cavitation process of liquid hydrogen in elbow pipes. The results show that the thermal effect can suppress the occurrence and development of cavitation. As the process of cavitation goes on, the suppression of thermal effect is more remarkable. Before the cavitating flow reaches its steady state, cavitation process is very sensitive to the changes of inlet velocity and outlet pressure. Increasing the inlet velocity or decreasing the outlet pressure can both strengthen the cavitation process. The turbulent viscosity ratio has little effects on cavitation process of liquid hydrogen, but the increase of turbulent viscosity ratio can enhance the thermal effect and lower the temperature gradient in the cavity. In addition, the structure of the cavity is found to be related to the bend angles. The cavitation process is enhanced with the decrease of the angles since the duration of centrifugal force is longer.     

Lattice-Boltzmann simulation of induced cavitation in protruding structure

Pressure induced cavitation is a promising heat dissipation technology since it enables phase-change heat transfer at relatively low temperature. In this study, the sustainability properties of induced cavitation in protruding structure are studied by the Lattice Boltzmann Method. The simulation results suggest that a typical cavitation process is composed of four stages: 1st: cavitation appears in front of inflow liquid, 2nd: bubble shedding, 3rd: cavitation area gradually stretches towards downstream, 4th: cavitation area reaches equilibrium steady state. The flow pattern varies as the increase of inlet velocity. Only inlet velocity greater than “critical inlet velocity” can cavitation bubbles exist perpetually in protruding structure. The value of the critical inlet velocity decreases as the increase of width ratio and the resulting cavitation number falls to 1.8–2.1. The main mechanism for cavitation in protruding structure is pressure drop, rather than shear force.