喷射器湍流微观混合性能的计算流体力学模拟

建立了喷射器湍流混合模型,利用商用流体力学软件Fluent6对不同结构的喷射器进行了模拟研究,从微观尺度考察喷射器的混合特性,得到了不同条件下喷射器完成湍流微观混合所需要的距离,并利用3个自定义的量纲为1数与雷诺数结合来描述喷射器的微观混合性能。结果显示,利用这些参数可以较好地表示喷射器的微观混合,并利用模拟结果回归了各准数之间的函数关系。     

气液喷射器的结构设计与性能分析

喷射式环流反应器是一种高效的多相反应器,由于其具有良好的传热、传质和混合特性,目前已被广泛应用于生物、化学、制冷和环境保护等工程领域。气液喷射器作为喷射式环流反应器的核心部件之一,其结构尺寸对环流反应器的传质特性和适用环境都具有显著影响。为考察结构尺寸对喷射器性能的影响,本文根据其工作原理,设计了一台模试气液喷射器,并通过冷模试验对其进行性能测试研究。试验结果表明:气液喷射器的引气能力主要取决于其混合喉管与喷嘴出口截面比f₃/f₁以及喷射器进出口压力降Δp_p/Δp_c,而环流反应器的气含率仅与喷射器的液相射流量和气体引射量有关。相同液相流量条件下,喷射器的最大引射空气量随截面比f₃/f₁的增大而增大,反应器内的平均气含率随之增加;提高液相射流与引射气体的速度差能够加强两股流体间的剪切作用,使气泡更易发生破碎。当喷射器的气液比大于2.6时,反应器内的混合流体可达到乳化状态。     

机械加压蒸汽喷射器的性能分析

针对蒸汽喷射器在一定工作蒸汽压力下存在引射极限的问题,提出了在传统蒸汽喷射器的引射蒸汽吸入段设置风机用以提高喷射器的引射推动力。通过对机械加压和传统蒸汽喷射器性能的比较,研究了截面积比、工作蒸汽压力和蒸发温度对机械加压喷射器性能的影响,同时对机械加压喷射器的经济性进行了评价。结果表明,吸入段机械加压使喷射器的引射系数和有效能利用率都得到了提高,当截面积比为9.0,蒸发温度为98℃时,与传统喷射器相比,机械加压喷射器引射系数平均增加2.3%,有效能利用率平均提高1.1%。随着截面积比、工作蒸汽压力以及蒸发温度的升高,机械加压喷射器的引射系数均有所增加。经济评价得,机械加压后喷射器系统节省的蒸汽费用是风机运行消耗电费(即产出/投入)的4.5倍。     

环周进汽型喷射器的火用效率分析

对环周进汽型喷射器的工作原理进行了深入分析,从可用能角度出发,建立了分析喷射器运行经济性的火用分析模型,计算得到了不同结构参数和运行参数下喷射器的火用效率,对喷射器火用效率的影响因素进行了分析,并将计算值与实验结果进行了对比。研究结果表明,喷射器的火用效率随入口水温、引射系数和升压比的升高而增大,随蒸汽压力的变化存在最小值,计算和实验得到的各参数对喷射器火用效率的影响规律基本一致,为环周进汽型喷射器的设计和应用提供了理论基础。     

低压气井排水采气用喷射器的性能

目前传统排水采气工艺对于低压气井的适应性较差,为解决此问题,本工作提出了一种新型的喷射器复合排水采气工艺。通过采用高压气体作为驱动流体,防止二次污染,并通过与泡排组成复合工艺的方式解决效率低下的问题,其中喷射器技术是核心。采用数值模拟的方法,以引射比为性能指标,通过对喷射器气相内部流场流动特征进行分析,得到了喷射器的结构尺寸、运行工况对喷射器引射比的影响规律。结果表明,喷射器在引射过程中存在抽吸作用和剪切加速作用;剪切加速作用只能使引射流体最多被加速至音速;在壅塞工况下,喷射器运行表现主要由抽吸作用决定,增加喷嘴渐扩段锥度和面积比,能减缓壅塞工况。运行工况主要通过影响激波强度与喷射器运行状态影响喷射器运行表现,工作压力的增大和出口压力的下降均会提高引射比,但会导致壅塞状态的发生。壅塞工况下,引射比受工作压力影响且与出口压力无关。     

螺旋雾化器加装引射式喷射器的实验对比研究

对螺旋雾化器加装引射式喷射器前后的雾化效果进行了对比实验研究,并利用高速摄影仪拍得了加装前后雾化效果的照片。从实验现象中可以看出,加装引射式喷射器后螺旋雾化器雾化效果有了显著的提高。对比所拍摄的照片并给出了初步的理论分析,从理论上解释了气水两相流中气泡内能在水流的雾化中起到的重要作用。     

蒸汽喷射器用双喷嘴结构性能的数值研究

运用CFD数值模拟的方法研究了第二喷嘴进出口截面大小对喷射效率的影响,并对比研究了不同工作流体压力下普通喷嘴结构和双喷嘴结构对蒸汽喷射器操作性能的影响。计算结果表明,在相同的操作条件下,双喷嘴结构能有效地提高喷射器的喷射系数。同时,第二喷嘴进出口截面以及第二喷嘴出口长度存在一最佳值,对应于最大喷射系数。并且这种喷嘴结构能有效改善由于工作流体压力降低而造成的设备操作性能恶化,提高蒸汽喷射器运行的稳定性。     

主喷嘴直径对蒸汽喷射器性能的影响

利用FLUENT软件对蒸汽喷射器复杂的内部流场进行数值模拟计算,并对喷射器内部流体流动过程中压力、速度等参数的变化规律进行分析研究,重点讨论了混合蒸汽压力和主喷嘴出口直径的变化对蒸汽喷射器引射性能的影响。结果表明：蒸汽喷射器存在一个临界出口压力,主喷嘴出口直径存在一个最优范围,此时喷射器的引射性能达到最佳,而且激波的耗散损失较小。     

考虑温度相变气液喷射器喷射性能瞬态模拟

针对以往稳态法和未考虑温度相变研究气液喷射器性能的缺陷,利用CFD软件,导入受温度影响的UDF相变程序,进行欧拉法瞬态气液喷射器性能影响的数值模拟,得到随时间变化的混合管入口中心固定点湍动能、湍流耗散率和喷射器的引射比、加热系数及含气率,数值模拟与实验结果吻合较好。结果表明:气液喷射器两相流体气化、液化效果及喷射性能,不仅取决于冷热流体的冷热量,还与喷射器运行时间密切相关。对于文中所述气液喷射器,当t10 000 s时,喷射性能参数不稳定,不能进行正常喷射;当10 000 st40 000 s时,湍动能及湍流耗散率趋于稳定,瞬态且有气液相变参与的引射比及加热系数符合实际周期相变化规律;当t=40 000 s时,湍流耗散率达到最低值,液化效果最强,喷射器喷射效果最好;当t40 000 s时,湍流耗散率增加,喷射性能有所降低。     

喷嘴可调式喷射器性能的实验研究

海水淡化系统中,负荷的变化要求热力蒸汽压缩器（Thermal Vapour Compressor）的流量也随之改变,但要求TVC的出口压力尽量不随之改变。因为系统的正常运行对出口压力对应的饱和温度很敏感,如果饱和温度过高,会导致系统内部结构腐蚀严重,降低使用寿命,甚至危害整个系统的正常运行。引入可调式喷射器,对其性能进行实验研究,测量并分析了喷针在不同位置时,可调式喷射器的压力、流量和喷射系数的变化。结果显示,在需要改变流量的时候可以保持喷射器出口压力基本不变。     

The effect of axial impeller geometry on the link between power and flow numbers

Stirred vessels are used to facilitate mixing processes across a wide range of industries. Their performance can often be predicted with certain characteristics of the agitator, like the dimensionless power and flow numbers. Since there exists a large number of agitator designs and geometries, it is desirable to be able to predict these characteristics using models rather than rely on previous experimental data. In this study, we use an angular momentum balance combined with computational fluid dynamics to correlate the power, flow, and mixer geometry across a wide range of down-pumping pitched blade turbine geometries. The models developed from the results allow us to predict the power from the flow (or vice versa) for the geometries investigated. We tested two methods for the measurement of the flow rate and found that the choice of measurement method can affect the relationship between the power, flow, and impeller geometry.     

亚临界气体喷射器的设计计算

计算气体压缩喷射器可达到喷射系数的研究已很成熟,但对亚临界气体喷射器可达到喷射系数,大多采用气体喷射压缩器的方法进行计算。针对亚临界气体喷射器的特性,给出了3种计算方法:气体喷射压缩器计算方法;喷射泵计算方法;气体喷射器计算方法。研究表明:对膨胀比和压缩比都小于临界压力比的亚临界气体喷射器,膨胀比较大时,工作介质的弹性影响不能忽略;压缩比较小时,引射介质的弹性影响应该忽略;进而得出在膨胀比和压缩比都接近临界压力比时,适宜采用把工作介质视为弹性,引射介质视为非弹性的气体喷射器计算方法;而在膨胀比和压缩比都非常小且接近于1时,应该采用把工作介质和引射介质都视为非弹性的喷射泵计算方法。     

不同制冷剂喷射制冷性能计算分析

引入制冷剂的实际物性,建立了喷射器热力学模型;比较了沸点相近工质在喷射器内的压力和速度变化趋势及喷射系数,探讨了引起喷射器性能差异的主要物性因素;比较了几组具有相近沸点制冷剂的喷射制冷性能。结果表明:对沸点相近的工质来说,一般工作蒸气的比焓值越高,喷射系数越高;沸点相近的工质对中,R717的性能优于R290,R152a优于R134a,R141b优于R123,R142b优于R600a;在研究的所有制冷剂中,R717的制冷性能最好,R152a次之,两者的COP(性能系数)值差随发生温度的升高而增大。     

搅拌槽内混合过程的模拟计算方法

利用CFD软件Fluent,对搅拌槽内的混合过程进行了模拟计算。通过整体监测槽内示踪剂浓度的最大、最小值的来计算混合时间,并定义混合体积描述宏观混合过程。结果表明:桨叶产生的流场分布—平行流与文献的PIV研究监测结果具有良好的一致性;整体监测得到的混合时间之间的差值较小;混合体积曲线能够从宏观的角度来分析搅拌混合过程。     

Dynamic behavior of the flow field in a RIM machine mixing chamber

Dynamic behavior of the flow field in a Reaction Injection Molding, RIM, machine mixing chamber, having dimensions typically used in industrial machines, is studied from dynamic velocity data of Laser Doppler Anemometry, LDA, measurements and Computational Fluid Dynamics, CFD, simulations with a 2D model. This study is based on the spectral analysis of the dynamic flow field data. The typical frequencies, in the reactor flow field, are identified and its values are related to the identified flow structures. The differences between the typical frequencies from experiments and simulations are observed and justified on the basis of the 2D representation of a 3D cylindrical geometry. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009     

Coupled simulation of the flue gas and process gas side of a steam cracker convection section

A coupled simulation of the flue gas and process gas side of the convection section of a steam cracker is performed, making use of the CFD software package Fluent. A detailed overview of the operating mode of the different heat exchangers suspended in the convection section is obtained. The asymmetric inlet flow field of the flue gas in the convection section, and the radiation from the convection section walls leads to large differences in outlet temperatures of the tubes located in the same row. The flow fields and temperature fields in the tubes of a single heat exchanger differ significantly with e.g., outlet temperatures of the hydrocarbon‐steam mixture ranging from 820 K to 852 K. Moreover, the simulations reveal the presence of hot spots on the lowest tube row, possibly causing fouling. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009     

Prediction of gas density effects on bubbly flow hydrodynamics: New insights through an approach combining population balance models and computational fluid dynamics

Detailed measurements and computational fluid dynamics (CFD) investigation of the hydrodynamics in a bubble column containing internal features causing flow disturbances are presented for both air and helium gases. An optical needle probe has been used to measure profiles of bubble size, bubble velocity, and gas holdup at different locations across the cross section of the column. An approach combining CFD with population balances is able to represent observed multiphase flow phenomena such as the effect of the pipes to remix and redistribute the gas as well as the tendency of the gas to channel through a slit in the pipes rather than go around the pipes. The comparison of CFD simulation to experimental measurements reveal that the overall decrease in gas holdup observed when switching from air to helium gas can be explained by swarm effects, whereas the steeper decrease in the gas holdup profile across the column is due to coalescence effects. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 3764–3774, 2018