浅议拉瓦尔喷头

拉瓦尔喷头是一个收缩—扩张型喷管。通过此喷头能够使具有一定压力及较低速度的气体产生超音速流 (见图 1 )。图 1　拉瓦尔喷头原理示意图　　根据流体力学的原理 ,气体在稳定流动状态下 ,单位时间内气体经过喷嘴的每一个截面的气体质量均相等。因此在通常的情况下 ,低流速 (高压强 )截面的喷嘴应当具有大面积 ,而高流速 (低压强 )截面的喷嘴应有小面积。所以气体由喷嘴进口处 A进入后 ,喷嘴开始一段由大到小逐渐收缩 ,而气流速度逐渐增大 ,当沿气流流动方向截面收缩到最小处 K时 ,流速达到临界速度即音速 ,此时压力近似为喷嘴进口处的压…     

环缝气流冲击雾化制粉喷嘴流场特性的仿真研究

分析了一种环缝气流冲击雾化制粉喷嘴的结构和工作原理, 并对该雾化喷嘴模型进行了流场分布数值仿真, 研究了不同进气压力和窄缝倾角对流场速度分布的影响。研究结果表明, 从进气管入口到气流冲击雾化喷嘴出口, 加速气流速度保持最大值不变, 在距进气管入口中心线上80 mm位置之后逐渐减小; 随着进气压力的增加, 气流冲击雾化喷嘴出口速度表现出明显的增加趋势, 且仿真结果与理论计算结果误差在10%范围以内。随着窄缝倾角的增加, 负压涡流逐步向进粉管靠近, 回流区、分离区和混合区的最大速度值表现出单调增加的变化规律; 综合考虑气流冲击效果和喷射速度, 确定最优的窄缝倾角50°~60°。     

大喷嘴充气器充气性能的仿真研究

本文简要介绍了大喷嘴充气器的工作原理及充气性能的表征参数，利用流体仿真软件建立了基于实际工况的大喷嘴充气器仿真模型，重点研究了大喷嘴充气器在实际工作参数即充气压力和浸没深度条件下的气流喷射长度、末端扩散宽度与喷气流量的变化规律。结果表明，在同一浸没深度条件下，随着充气压力的增大，大喷嘴充气器的三个性能参数都相应增大，同时得到在实际浸没深度量值时，浸没深度对喷气流量的影响不可忽略；在同一压力条件下，随着喷嘴浸没深度的增加，喷气流量和气流喷射宽度在减小，气流喷射长度也在相应的减小。本文的研究为大喷嘴充气器在实际应用中工作参数的选取提供重要的数据支撑。     

基于回流区特性的气雾化喷嘴设计及流场结构模拟

本文设计了一种laval喷管结构雾化器,并利用CFD软件模拟研究了雾化气压P、雾化气体温度T、气体喷口孔心距D、气体喷射角度α以及导流管伸出长度d五大因素对流场结构的影响。结果表明:laval喷管雾化流场结构与狭缝喷嘴不同,气流喷出后不发生膨胀,不形成闭涡结构;随着P的增大,流场速度增加,区域扩大,回流区静态压力Ps不随P变化而变化;增加气体温度T可以提升流场速度和流场温度;气体喷口孔心距D会影响回流区压力和流场速度;增大气体喷射角度α可以提升流场速度,同时会导致回流区压力升高;随着导流管伸出长度d的增加,回流区静压先下降后升高。     

不同形状拉伐尔喷嘴中气流行为的研究

在考虑不同形状收缩段的基础上，建立描述不同形状拉伐尔喷嘴中沿喷嘴长各部气流行为的数学模型。数值计算表明，气体速度随入口段曲率半径的增大而增大，拉伐尔喷嘴和长度则随曲率半径的增大而减小。本数学模型可为不同形状超音速氧枪的设计提供理论依据。     

一种雾化喷嘴的气体流动场特性及其影响因素

许多研究认为，雾化气体流动场的特性将影响熔融金属的破碎方式及液态颗粒尺寸和质量的分布，是决定产品显微组织与冶金质量的重要因素之一。该特性在很大程度上依赖于雾化喷嘴的结构，同时也跟工艺因素有关。本试验在不同的雾化状态下测量了导液管末端的压力值，雾化气体锥内轴向和径向的气流速度等，从而确认试验喷嘴的气体流动场特性及其影响因素。     

气体压力对雾化颗粒大小的影响

文章研究了气体压力大小在雾化粉末工艺过程中的影响。结果表明,在限制式的喷嘴结构中,当熔体温度、气流喷射角度确定的条件下,气体压力较小,雾化颗粒不能形成,熔体会在导管中凝固或形成倒锥形的粘结块;随着气体压力的增加,粉末球化程度增大,平均颗粒减小。     

底吹钢包两相区两段模型

在考虑雷诺应力的基础上，建立了底吹钢包中气液两相区流体流动的两段模型，这一模型中用于计算近喷嘴处和浮羽流区各截面处两相流的平均速度，速度分布，流股直径和平均含气率等，数值计算表明，理论含气率与实验值符合很好，计算还表明，平均含气率和平均速度随高度的增大而减小，但流股直径随高度的增大而增大，另一方面，平均速度随妆始供气量的增大而增大，而纲引比则随供气量增大而减小，通过两段模型很好的描述喷嘴处气液注的     

高速电弧喷涂枪结构对雾化性能影响的分析

使用流体分析软件建立了高速电弧喷涂枪雾化气流场的三维模型,计算了喷枪气流速度场的分布特征,并基于数值模拟优化设计了新型陶瓷喷嘴结构的高速电弧喷涂枪,通过高速摄像法测试了高速电弧喷涂枪的雾化性能。结果表明,高速电弧喷涂枪的气体射流高速区分布集中、速度值高、有利于熔滴的雾化,喷涂试验也显示设计的喷枪焰流张角小、熔滴飞行速度、温度的分布有利于涂层的沉积。     

移动床内气化反应特性的模拟

采用开源软件MFIX的CFD-DEM耦合法,对以高炉渣颗粒作为移动热载体的气化系统进行模拟研究,主要考察了气化剂流速、焦炭直径对颗粒速度、颗粒温降、CO质量分数的影响规律.研究结果表明:颗粒的速度会随着气化剂流速的增大而增大二者呈线性关系.颗粒的温降随着气化剂流速的增大而减小,出口气体温度随着气化剂流速的增大而增大,出...     

复吹转炉双层套管喷嘴的冷态试验研究

通过理论计算与冷态模拟试验,对双层套管喷嘴的结构、参数进行了研究。经试验结果表明:1号喷嘴的数据比其他的好;内、外管压差的增值存在一个最小值,于此值范围内能减小反击频率;气流压力的增加过高或过低,均不利于提高耐火材料寿命;无论是逐渐增加环状或中心气流的出口速度,而又在只增大其速度差值时,前者对后者不能进行保护;当背压、管长一定时,随着供气压力的增加,各管长度下的流量都会相应的增加。这些,均可为热态试验提供参考。     

超音速微粒轰击表面纳米强化多通道喷嘴气固双相流的数值模拟

采用气固双相流模型（离散相模型）研究了超音速微粒轰击表面纳米强化多通道耦合喷嘴的流场,通过计算,分析了气固两相速度场以及固体颗粒在气体流场中的轨迹。模拟结果发现,气体—颗粒双相射流中,气固两相射流速度均可以达到超音速,而且颗粒相的分散度小于气体,粒径小于5μm的颗粒相其分散度随颗粒粒径增大而减小,大于5μm的颗粒相其射流分散度基本稳定,颗粒相粒子集中在各通道射流中心线附近。最佳表面纳米强化处理距离在120 mm附近。模拟结果有助于设计面向大规模表面纳米强化处理应用的多通道耦合喷嘴。     

液态金属超声雾化喷嘴的气雾化性能影响因素

采用Fluent软件建立超声雾化喷嘴气流场的数值模拟模型,研究入口压力、导液管孔径与伸出长度对超声雾化喷嘴气雾化性能的影响,并采用超声雾化法制备GCr15轴承钢粉末,验证入口压力对粉末粒度的影响。结果表明:导液管伸出长度Δh=1 mm时,入口压力越大,越有利于提高雾化效果;在Δh=2 mm或Δh=3 mm条件下,当入口压力小于2.0 MPa时,增大入口压力可有效提高雾化性能,而当入口压力超过2.0 MPa后,增大入口压力对提高雾化性能效果有限。导液管的孔径对气流场结构影响较小,主要通过影响金属液的质量流率来影响雾化效果。雾化实验结果表明,在Δh=1 mm、导液管孔径d=4.5 mm时,2.8 MPa入口压力下的雾化性能优于2.0 MPa与1.2 MPa下的雾化性能,获得的GCr15轴承钢粉末平均粒径最小,整体球形度最佳,该实验结果与数值模拟研究结果一致。     

水射流扩孔喷嘴内部流场的数值模拟

利用计算流体软件建立了土层扩孔喷嘴内部流场的三维数学模型.采用标准k-ε湍流模型模拟了喷嘴内部流场,并分析了喷嘴参数对流场速度分布、压力分布和出口速度的影响.结果表明,扩散角和扩散段长度对喷嘴内部流场影响较大,圆柱段长度的影响相对较小,但各参数都存在着最优值.计算结果与室内实验基本吻合,验证了喷嘴内流场分布与射流土层打击效果存在着内在联系.     

双层气雾化喷嘴结构突出高度的数值分析

采用计算流体软件Fluent,通过对双层气雾化喷嘴气流场、颗粒粒径以及温度场的数值模拟,分析导液管突出高度对气流场、颗粒粒径以及温度场的影响。结果表明,导液管突出高度为6mm时气流场结构最优,雾化所得粒径最小。总结气雾化过程中液滴在特殊气流场中破碎的主要过程,为双层气雾化喷嘴结构设计及机理研究提供一定的借鉴意义。     

蓄热式钢包烘烤的数值模拟

为了对钢包的烘烤温度进行在线预测,笔者耦合了流体流动、燃烧和换热过程,建立了多入口、多出口的三维非稳态钢包烘烤数学模型。利用计算流体力学软件CFX4．3,采用有限差分方法和修正的速度一压力耦合算法SIMPLEC,计算了某厂蓄热式钢包内衬的温度分布,重点分析了不同气体预热温度下钢包内衬温度的变化规律,并进行了实验验证。结果表明,采用助燃空气一煤气双预热的蓄热式燃烧技术能够有效地提高钢包的烘烤速度和加热均匀性;气体预热温度越高,包衬终点温度越高,温度均匀性也越好。计算结果与实验及工程现象基本吻合,证明该模型对指导现场生产具有重要意义。     

喷嘴出口与基板间距离对冷喷涂超音速流场的影响

采用计算流体力学（CFD）模拟研究了冷气动力喷涂技术中喷嘴出口与基板距离（SoD）对超音速流场（包括气体流场和粒子流流场）的影响,通过计算流场的分布特性,分析了流场中速度、温度、压力和密度的变化规律。模拟结果发现,由于基体前激波的存在,极大影响了气体和粒子流流场。气流形成连续交替的膨胀波、压缩波波系,在马赫盘处气体速度达到超声速,越过马赫盘以后速度下降很大。SoD为40 mm时,1μm粒子流流场达到最优;SoD为50 mm时,5μm和22μm粒子流流场达到最优,此时粒子流对基体的轰击速度最大。     

大型光亮退火马弗炉加热段温度场模拟

建立了大型光亮退火马弗炉加热段温度场的三维仿真模型.该模型考虑了马弗炉实际结构、带钢退火速度和升温曲线特点,采用等效热流密度表征马弗管内保护气体和带钢的换热;选择组分传输燃烧模型、离散坐标辐射模型和标准k-ε双方程湍流模型描述马弗炉内燃烧、换热和气体流动;应用SIMPLE计算方法进行求解.典型规格304不锈钢带光亮退火过程实测特征点温度值和模拟结果基本吻合.分析得到了马弗炉内温度场、流场和速度场分布规律.结果表明:马弗管温度比较均匀,喷嘴正对区域温度偏高;燃气气流沿马弗管壁螺旋流动实现均匀加热.喷吹量较小时,喷吹量(入口速度)越大,马弗炉内温度越高;喷吹量继续增大,马弗炉内温度反而开始降低.     

基于氧枪喷头磨损的熔池搅拌特性

研究氧枪喷孔出口磨损程度对射流动力学参数及熔池搅拌效果的影响可以为氧枪喷头设计和冶炼工艺优化提供理论支持。建立了0°、10°和20°磨损角度氧枪自由射流几何模型,分析了喷孔出口磨损程度对射流轴向和径向动力学参数分布的影响,发现入口压力相同时,喷孔出口磨损程度增大,射流速度、动压和马赫数衰减加快,射流聚合程度增强。在喷孔出口0.18 m范围内,磨损后氧枪的湍动能大于未磨损氧枪,且磨损程度越大,射流湍动能越大。超过此范围后,未磨损氧枪湍动能大于磨损后氧枪。在喷孔出口1 000 mm处,射流径向最大速度、动压、马赫数和湍动能均随着喷孔出口磨损程度的增大而减小。建立了120 t转炉和5孔氧枪1∶4水力学试验模型,研究了枪位和气体流量变化对不同磨损程度氧枪冲击效果和混匀时间的影响,分析了枪位和气体流量相同时氧枪喷孔出口磨损对熔池流场的影响。发现气体流量相同时,随着枪位升高,熔池冲击深度减小,冲击直径增大,混匀时间增大。枪位相同时,随着气体流量增大,熔池冲击深度和冲击直径增大,混匀时间减少。枪位和气体流量相同时,喷孔出口磨损程度增大,冲击深度和冲击直径减小,混匀时间增大,高锰酸钾溶液完全扩散时间增...     

环孔雾化喷嘴设计参数的研究

根据对雾化气流流动的理论分析及环孔雾化喷嘴设计参数的研究,提出了环孔雾化喷嘴设计参数的定性解析和定量描述;导出了在环孔雾化喷嘴出口处雾化气体流速及质量流量取得极大值时,雾化喷嘴气流出口截面积与空腔截面积及雾化压力的解析表达式;建立了雾化气体流速与环孔雾化喷嘴节圆直径、环孔直径及喷射顶角的函数关系式;探讨了保障环孔雾化喷...