浸没循环撞击流反应器撞击区压力波动的混沌分析

浸没循环撞击流反应器撞击区的压力瞬态信号包含了该区域内流体的许多动态信息,为了分析这些动态信号,采用了一种新的非线性分析方法,即混沌分析.利用小波理论对信号进行过滤,采用重构相空间理论恢复已过滤信号的吸引子.利用数学方法计算刻画混沌吸引子的3个特征参数：关联维、K熵和最大Lyapunov指数.对不同螺旋桨转速及同一y平面上不同测量点位置上算得的特征参数值进行研究,研究结果显示浸没循环撞击流反应器撞击区流体具有混沌特性,而且3个特征参数在不同的螺旋桨转速下及不同的测量点位置具有相同的变化趋势.     

撞击流混合器速度信号的混沌识别及标度分析

应用三维激光多普勒测速仪,对浸没循环撞击流混合器内的流场瞬时速度时间序列进行获取,并分别按照自相关函数和功率谱分析方法判定了该信号的混沌特性,确定了该信号的频谱变化范围为0—20 Hz;将K41理论引入到撞击流流场分析,验证了Kolmogorov惯性区标度律在撞击流这一特殊流动形式下的普适性原则;按照标度分析的方法计算出了流场不同截面处的β值,发现其撞击区内变化范围在0.8β1.6,符合分形流场特征;在撞击区内发现了轴向环形区域的存在,揭示了其存在的物理原理;此外,还发现了流体运动形式不同将会影响到转速对β值的作用效果这一规律;最后,对比了实验结果与K41理论值的差别,分析了出现这一差别的原因。     

双组分层撞击流反应器浓度场混沌分析

采用平面激光诱导荧光技术测量双组分层式撞击流反应器撞击区浓度分布,利用混沌理论分析不同喷嘴间距、喷嘴直径和射流雷诺数下撞击流反应器浓度场混沌特征参数(关联维、Kolmogorov熵和最大Lyapunov指数)的变化规律。结果表明,撞击流反应器内浓度场混沌特征参数随喷嘴间距的增大呈上下波动的变化趋势,Kolmogorov熵在L=2d时达到最大。浓度场混沌特征参数随喷嘴直径增大呈上下波动的变化趋势,Kolmogorov熵在d=8 mm时整体上最大;射流雷诺数为Re=22 000时整体上混沌特征参数最佳。受二次撞击区的影响,撞击面上靠近二次撞击区各点的混沌特征参数有明显提高。     

基于希尔伯特-黄变换的撞击流混合器浓度场特性分析

为了深入了解撞击流混合器浓度信号的能量分布及流型变化,利用平面激光诱导荧光(PLIF)测量技术对撞击流混合器内的浓度场进行测量,应用Hilbert-Huang变换(HHT)理论,对撞击流混合器内的浓度场进行分析。由希尔伯特谱分析(HSA)确定了撞击流混合器浓度信号的能量分布状况,得到了流体粒子运动产生的能量集中在低频率区,涡团整体运动能量大且稳定;在大频率下,单个粒子的振荡运动为主要运动形式,并比较了不同的喷嘴直径和喷嘴间距对撞击效果的不同影响。通过对浓度信号各阶IMF(内禀模态函数)的能量特征值提取,由高、低频段的能量变化可以验证撞击流的运动原理,并将撞击流混合器内流场由上至下分为撞击中心区、涡旋区和回流区三部分。流体流量的增加使撞击流混合器内部反应的混合效果有显著提高。     

撞击流混合器流场实验研究

对三维粒子动态分析仪（3D PDA）和测量原理进行了介绍,同时利用该设备对撞击流混合器流场进行了湍流测量和流场分析,给出了混合器内时均速度场分布、脉动速度等的实验结果,为撞击流混合器的设计和放大提供有价值的实验数据。     

同轴相向撞击流混合器的动态特性分析

根据同轴相向撞击流混合器的混合特点,建立了冷、热水在该混合器对撞混合过程中混合器出口温度的计算模型,计算了出口温度随冷、热水入口温度的阶跃而变化的动态过程,并考察了冷、热水进口流量和混合器容积对这一动态过程的影响。结果表明,混合器出口温度的动态过程是无振荡的渐趋过程,其调整时间随着进口流量和混合器体积的增加而显著增加。     

双喷嘴水平对置撞击流混合器内湍流流动及混沌特性

应用激光多普勒测速系统, 对双喷嘴水平对置撞击流混合器内的速度场进行测量, 并且分别采用湍流理论和混沌理论对所测得的瞬时速度场进行分析, 研究其瞬时速度场内湍流特性参数(速度脉动均方根、湍流强度和湍动能)以及混沌吸引子的特征参数(关联维、Kolmogorov熵和最大Lyapunov), 得出该参数随喷嘴间距变化和进口雷诺数变化的分布情况, 并且得到有利于提高混合器内微观混合效果的最优工况。通过混沌分析得到双喷嘴水平对置撞击流混合器的瞬时速度场具有混沌特征和分形特性。研究结果表明:流场内的湍流参数和混沌参数均与进口雷诺数呈正相关关系, 但是两参数却随着喷嘴间距的增加, 呈先增加后减小的变化趋势, 从而可以得到在实验考察范围内L=3d为最合适的喷嘴间距。     

基于卷积神经网络的撞击流反应器浓度场混合特性

基于PLIF测试技术结合卷积神经网络技术提出混合性能预测方法,分析水平对置撞击流反应器浓度场混合特性,能准确预测其内部浓度场的混合均匀度及混合时间。基于卷积神经网络构建了混合性能预测模型,利用水平对置撞击流反应器浓度场实验数据对构建的模型进行有监督地训练并进行预测,预测结果显示对混合均匀度的预测准确率达95%,计算效率提高了99.99%。为更好地理解混合性能预测模型对混合均匀度的预测机理,本文对其卷积层输出进行可视化处理,通过功率谱分析卷积核的响应给出了撞击流反应器浓度场特征提取的物理解释。最后利用预测模型搭建混合均匀度快速获取系统并应用于撞击流混合特性研究。所提出的基于卷积神经网络的预测模型可以有效分析水平对置撞击流反应器的混合特性,预测模型可靠、适用范围广,为深度学习算法应用于撞击流领域提供了方案经验。     

撞击流结晶器中磷酸氢二钠结晶成长速度

液体连续相撞击流具有有效促进微观混合和存在相当强烈的、频率处于亚声波范围的压力波动的特性,可能促进动力学过程。为证实这一推测,在控制无新晶核生成条件下对Na2HPO4.2H2O分别在撞击流和流化床结晶器中的结晶成长速度进行了比较研究。实验数据表明,前者结晶成长速度系数系统地比后者高15%—20%。用Arrhen ius关系回归数据结果显示2种结晶器中测定的表观活化能E数值没有明显区别。这些结果为液体连续相撞击流装置中强烈的微观混合和波动特性促进结晶动力学过程提供了实验证据。     

撞击流反应器流场的有限元分析初探

撞击流已被证明是强化相间热质传递最有效的方法之一，作为一种新型的反应器——浸没循环撞击流反应器，在液相和液固相反应极具应用开发潜力。本文用有限元软件ANSYS／FLOTRAN对其三维流场进行模拟和分析。结果表明SCISR流场中各参数关于Y轴完全对称；撞击区速度和压力都较大，撞击区静压高，且在驻点达到最大值。     

Chaotic Analysis of the Concentration Field in a Submerged Impinging Stream Mixer

The concentration field was measured with various nozzle diameters, nozzle distances, and inlet flow rates in a submerged impinging stream mixer (SISM) using planar laser‐induced fluorescence to obtain characteristic parameters such as correlation dimension, Kolmogorov entropy, and Lyapunov exponents that describe the chaos phenomenon and reflect the microcosmic mixture effect of a SISM by mean of the chaos theory. The chaotic characteristic parameters were influenced significantly by different nozzles distances, nozzle diameters, and inlet flow rates and their distributions followed a similar changing regularity by which all parameters decreased with larger nozzle diameter and increased with higher inlet flow rate.     

基于PLIF的浸没撞击流反应器的混合特性

利用平面激光诱导荧光技术对水平两喷嘴液-液撞击流反应器内的浓度场进行定性和定量分析,用离析度(IOS)评价时均混合效果,得到不同操作条件下IOS值沿径向射流方向的变化规律,并与三喷嘴的情况进行对比. 结果表明,喷嘴间距L、喷嘴直径D和进口流量Q对反应器混合效果有重要影响,在水平两向撞击流中,当喷嘴直径和流量一定时,随喷嘴间距增大,IOS下降速度加快,最佳间距为L/D=3;当喷嘴间距和流量一定时,随喷嘴直径增大,IOS下降更快,下降到IOS=0.05所需距离不断减小,最佳喷嘴直径D=12 mm;当喷嘴直径和喷嘴间距一定时,随流量增加,IOS下降速度先增加后减小,最佳流量Q=500′10-3 m3/h. 三喷嘴撞击流与两喷嘴变化趋势一致.     

基于撞击流混合器压力波动信号的小波多重分形奇异谱

为了探讨浸没循环撞击流混合器撞击区非线性和混沌特性,引入不同测度多重分形分析的方法,用小波变换模极大值与多重分形测度分析方法相结合,检测混合器撞击区压力波动信号奇异性并得出多重分形奇异谱. 结果显示奇异谱基本呈单峰形状,表明混合器中压力波动信号具有明显的多重分形特性,且Holder指数大概分布在0.5~3.5之间,其中,撞击区的径向范围r≤20 mm的Holder指数分布大于1.0的较多,表明撞击区内的信号奇异性增强,撞击区的径向范围为r≤20 mm.     

对撞流干燥的实验与理论研究

The experiments of one-stage semi-circular and two-stage semi-circular impinging stream drying as well as the vertical and semi-cricular combined impinging stream drying were carried out.The velocity distribution and the mean residence time of particles,and the influence of various factors on drying characteristics were studied.A mathematical model of granular material drying in a semi-circular impinging stream dryer was proposed,in which the flow characteristics as well as the heat and mass transfer mechanisms were considered.Reasonable numerical methods were used to solve the equations.Under various conditons,the calculated results of drying rate and moisture content versus time were obtained.The results indicate that constant drying rate period does not exist in a semi-circular impinging stream dryer.Appropriate semi-cricular stage number and curvature radius,flow-rate ratio,air velocity,and higher inlet air temperature should be used for enhancing the drying process.     

一种改进型撞击流反应器的研究

提出了一种进口速度动态变化的撞击流反应器,其撞击面在中心位置波动,增加了颗粒的有效混合区域,可进一步加强相间的传热传质。并采用计算流体动力学对改进型的撞击反应器进行数值模拟,模拟中采用了三角形和抛物线形两种流型,并与传统直线形流型进行对比分析。分析结果表明,改进型的撞击流反应器中颗粒活动区域得到加强,与经典的撞击流反应器相比有明显的优势。     

Numerical Analysis of Gas-Particle Flow in Vertical Impinging Stream Chamber

For impingement stream drying, it is important to understand the complex gas-particle flow field in order to control the quality of dried products accurately. Hence a numerical analysis of three-dimensional gas-particle flow field was carried out including momentum, heat and mass transfers between the two phases. Simulation results for millet drying in a vertical impingement chamber were obtained and discussed. There is a great difference between gas phase and particle phase flow fields. The impingement planes of gas phase and particle phase are not coincident along the axial direction. Not all the millet particles can be taken away by the gas flow leaving some wet particles in impingement chamber for a prolonged drying. The temperature of millet rises up quickly approaching the value of drying medium in some zones. Consequently, it is important to regulate the inlet gas temperature for drying of thermal sensitive materials.     

Numerical Analysis of Gas-Particle Flow in Vertical Impinging Stream Chamber

Abstract

For impingement stream drying, it is important to understand the complex gas-particle flow field in order to control the quality of dried products accurately. Hence a numerical analysis of three-dimensional gas-particle flow field was carried out including momentum, heat and mass transfers between the two phases. Simulation results for millet drying in a vertical impingement chamber were obtained and discussed. There is a great difference between gas phase and particle phase flow fields. The impingement planes of gas phase and particle phase are not coincident along the axial direction. Not all the millet particles can be taken away by the gas flow leaving some wet particles in impingement chamber for a prolonged drying. The temperature of millet rises up quickly approaching the value of drying medium in some zones. Consequently, it is important to regulate the inlet gas temperature for drying of thermal sensitive materials.     

浸没循环撞击流反应器中的微观混合

Micromixing in the submerged circulative impinging stream reactor (SCISR) developed by the authors is investigated with the Bourne's reaction scheme. The values measured for the impinging velocity, u0, under the conditions of SCISR normal operation, only is of the order of 0.1m·s-1, are much slower than that inferred, suggesting low power requirement for operation. The values of the characteristic time constant for micromixing, tM, determined in the impinging velocity range of 0.184m·s-1 相似文献