两喷嘴对置撞击流径向射流流动特征

对喷嘴间距与喷嘴直径比为0.5～100范围内两喷嘴对置撞击流径向射流的湍流脉动特征、速度分布和扩展率等进行了实验研究和数值模拟。研究结果表明,撞击流径向射流明显较自由射流湍动强烈;从驻点开始径向射流速度逐渐增大到最大值后开始衰减,射流呈现自相似性;随着喷嘴间距增大,撞击流径向射流的扩展率呈现增大的趋势,大约为自由圆射流的1.5～3倍。采用CFD软件对撞击流径向射流的速度分布特征进行了数值模拟,与实验结果相比,两方程湍流模型预报的撞击流径向射流的扩展率明显偏小,雷诺应力模型的预报精度有较大改进。     

基于阶跃射流的撞击流反应器流场动态特性分析

利用实验与数值模拟方法对动态阶跃型撞击流反应器流场特性进行研究,分析不同入口速度条件下流体流动规律、湍流特性以及能量水平。结果表明,动态阶跃型入口条件下,撞击面在两喷嘴之间周期性移动,流动参数也会发生周期性变化。随着入口平均速率的增大,驻点速度逐渐增大;随着两喷嘴入口速率差的增加,撞击面移动速度加快,撞击区流体湍流强度逐渐增加;随着入口平均速率与入口速率差的增大,XOZ平面在一个周期内的平均湍动能逐渐减小。对比动态撞击流反应器与稳态撞击流反应器内流场特性,探究动态入口条件对撞击流反应器流场特性的影响。结果表明,动态阶跃撞击流反应器湍流黏度、湍流强度和湍动能等参数均明显高于稳态撞击流反应器,撞击轴线上的湍动能梯度分布大于稳态撞击流反应器。动态入口条件下撞击流反应器流体湍动更剧烈,能量水平更高,有利于增加流场内流体扰动与促进混合。     

浸没式撞击流反应器流场涡特性的数值研究

利用大涡模拟（LES）方法研究了撞击流反应器内流场涡特性,分析撞击区域流体流动特征。改变进口速度、喷嘴间距,讨论流场速度、涡量和平面涡能量分布规律,并分析了流场流型、涡演化过程和涡核形式。在反应器内靠近撞击驻点的涡尺寸小、脉动性高,随着撞击距离的增加,流体速度逐渐减小,涡影响范围变大。平均涡量和平均涡能量随进口速度的增加,先增加后减小。结合Q判据分析了反应器内涡的演化过程和流体流型。根据径向射流涡的演变过程,得到径向射流两侧涡演化的周期,在0.15~0.20 s之间。撞击区的涡结构主要为马蹄涡和肋状涡,在出口位置存在涡环。研究结果为深入分析撞击流反应器流体运动规律和优化反应器提供了理论参考。     

浸没式撞击流反应器流场涡特性的数值研究

利用大涡模拟（LES）方法研究了撞击流反应器内流场涡特性,分析撞击区域流体流动特征。改变进口速度、喷嘴间距,讨论流场速度、涡量和平面涡能量分布规律,并分析了流场流型、涡演化过程和涡核形式。在反应器内靠近撞击驻点的涡尺寸小、脉动性高,随着撞击距离的增加,流体速度逐渐减小,涡影响范围变大。平均涡量和平均涡能量随进口速度的增加,先增加后减小。结合Q判据分析了反应器内涡的演化过程和流体流型。根据径向射流涡的演变过程,得到径向射流两侧涡演化的周期,在0.15~0.20 s之间。撞击区的涡结构主要为马蹄涡和肋状涡,在出口位置存在涡环。研究结果为深入分析撞击流反应器流体运动规律和优化反应器提供了理论参考。     

撞击流反应器混合性能研究进展

按照撞击流反应器的研究发展进程,分析了撞击流反应器的混合过程。结合大量学者研究工作,回顾了反应空间、流体流动、喷嘴结构等因素对常见的开放式撞击流反应器、受限撞击流反应器、浸没循环撞击流反应器等反应器混合性能影响的研究。简述了外界激励和其他技术对撞击流反应器混合效果影响的研究进展,并总结了几类反应器的微观混合时间及关联式。同时介绍了一种新型水平三向撞击流反应器,该反应器产生的径向射流不同于两喷嘴径向射流,而为交叉状的伞状射流;通过进一步探究发现当量喷嘴间距L*=2 D~3 D时径向射流偏转角β出现峰值,而且此时的混合时间也最短。最后对撞击流反应器混合性能研究前景进行展望。     

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。     

撞击流反应器流场数值模拟及其混合性能优化

利用数值模拟方法分析多喷嘴对称撞击流反应器内部流场以优化反应器结构。研究不同喷嘴数和进料条件对撞击流反应器内速度场、湍流特性及混合效果的影响。结果表明,不同喷嘴数撞击流反应器内流速分布为双峰型,等流速工况下速度梯度随喷嘴数增加而减小,高剪切力分布范围随喷嘴数增加先增大后减小。通过分析湍流尺度分布发现小尺度涡旋主要集中在撞击区,而大尺度涡旋主要集中在发展区,且四喷嘴撞击流反应器平均剪切应力及涡旋尺寸梯度最大,四喷嘴结构更有利于增强流体湍动强度并强化混合。撞击流反应器内平均湍动能随喷嘴数增加先增大后减小,其中四喷嘴撞击流反应器内平均湍动能最大。当撞击流反应器为四喷嘴结构时,其混合效果最好,完全混合时间最短为22 s。在本研究工况内四喷嘴结构为撞击流反应器混合的最优结构。     

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.     

双层撞击流混合器浓度时间序列的多重分形分析

利用平面激光诱导荧光技术(PLIF)对双层撞击流混合器的浓度场进行了实验测量,获得了不同径向位置处的浓度时间序列,通过多重分形去趋势波动方法(MF-DFA)研究了浓度时间序列中的多重分形特性,得到不同喷嘴间距和射流雷诺数下的多重分形谱,实现了流场特性的定量表征。结果表明,随着喷嘴间距增大,浓度时间序列的奇异性减弱,随着射流雷诺数增大,浓度时间序列的奇异性增强,喷嘴间距对浓度时间序列奇异性的影响比射流雷诺数更为显著。浓度信号的奇异性越强,流体粒子脉动越剧烈,混合效果越强,喷嘴间距对混合的促进作用大于射流雷诺数。通过分析多重分形谱参数(Δα, αmin, α0)随径向位置的变化规律得出了流型的转变区域,并将双层撞击流混合器由撞击中心处向下分为二次撞击区、涡旋区、一次撞击区。浓度信号的奇异性二次撞击区>一次撞击区>涡旋区,对混合的促进作用二次撞击区>一次撞击区>涡旋区。研究结果为更深入地揭示撞击流混合器内部流动模式和撞击流复杂无序的流动机理提供了理论依据。     

基于PLIF的水平三向撞击流径向流型的研究

利用平面激光诱导荧光技术(PLIF)测量了水平三向撞击流反应器内液体混合时变化的二维浓度场,发现了其内部存在两种不同的径向流型:漏斗径向射流和自由径向射流。借助径向射流偏转角β对两种流型的变化规律进行了探索,实验结果表明等效喷嘴间距L*=1D时,偏转角变化范围Δβ很小;L*增大到2D时,Δβ急剧增大,出现峰值。当L*继续增大到3D、4D和5D时,Δβ略微下降,最终趋于稳定。流速u的变化对Δβ的影响较小。小喷嘴直径D工况下,最佳喷嘴间距为L*=2D或L*=3D;中等喷嘴直径D工况下,最佳喷嘴间距为L*=2D。通过计算离析度IOS得到完全混合所需时间t,发现Δβ越大,混合所需时间t越短,混合效果越好。     

双通道喷嘴渣油气化过程(Ⅰ)冷模实验

基于对3套8.53MPa双通道喷嘴渣油气化装置普遍存在的工程现象的思考,组织了模型气化炉冷态试验。测试了3种模型在6种射流速度下的停留时间分布,7种模型在2种射流速度下的速度分布。给出了停留时间分布密度函数、无因次半速度半径轴向增长、径向射流最大速度轴向衰减和径向速度分布计算公式。     

双通道喷嘴渣油气化过程(Ⅰ)冷模实验

基于对3套8.53MPa双通道喷嘴渣油气化装置普遍存在的工程现象的思考,组织了模型气化炉冷态试验。测试了3种模型在6种射流速度下的停留时间分布,7种模型在2种射流速度下的速度分布。给出了停留时间分布密度函数、无因次半速度半径轴向增长、径向射流最大速度轴向衰减和径向速度分布计算公式。     

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。这一模型可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，平均速度随初始供气量的增大而增大，而抽引比则随供气量增大而减小．通过两段模型可很好地描述喷嘴处气液流的行为．     

Validation of the Lagrangian Approach for Predicting Turbulent Dispersion and Evaporation of Droplets within a Spray

The accuracy of the Lagrangian approach for predicting droplet trajectories and evaporation rates within a simple spray has been addressed. The turbulent dispersion and overall evaporation rates of droplets are modeled reasonably well, although the downstream velocity decay of the larger droplets is underpredicted, which is attributed to a poor estimate of the radial fluctuating velocity of these droplets at the inlet boundary. Qualitative agreement is found between the predicted and experimental evolution of the droplet size distribution downstream of the nozzle. These results show that smaller droplets evaporate preferentially to larger droplets, because they disperse more quickly toward the edge of the jet, where the entrainment of fresh air from the surroundings produces a significant evaporative driving force. Droplet dispersion and evaporation rates are highly influenced by the rate of turbulence generation within the shear layer. This work demonstrates the potential of the Lagrangian approach for analyzing particle trajectories and drying within the more complex spray dryer system.     

Validation of the Lagrangian Approach for Predicting Turbulent Dispersion and Evaporation of Droplets within a Spray

The accuracy of the Lagrangian approach for predicting droplet trajectories and evaporation rates within a simple spray has been addressed. The turbulent dispersion and overall evaporation rates of droplets are modeled reasonably well, although the downstream velocity decay of the larger droplets is underpredicted, which is attributed to a poor estimate of the radial fluctuating velocity of these droplets at the inlet boundary. Qualitative agreement is found between the predicted and experimental evolution of the droplet size distribution downstream of the nozzle. These results show that smaller droplets evaporate preferentially to larger droplets, because they disperse more quickly toward the edge of the jet, where the entrainment of fresh air from the surroundings produces a significant evaporative driving force. Droplet dispersion and evaporation rates are highly influenced by the rate of turbulence generation within the shear layer. This work demonstrates the potential of the Lagrangian approach for analyzing particle trajectories and drying within the more complex spray dryer system.     

喷射式环流反应器内流速分布的实验研究

主要研究了喷嘴位置和喷嘴出口速度对底部是圆锥台的喷射环流反应器(JLR)的影响,从而确定最优出口速度和喷嘴位置。对JLR内部流速进行测量,绘出JLR内的速度分布图,并从速度场和内外循环比2个方面进行分析,从而确定最优参数。结果表明:在实验室范围内,当喷嘴出口速度为2.1 m/s,喷嘴位置为40 mm时较优。导流筒内速度呈抛物线分布;喷嘴出口速度增加,环隙速度对应增大,内外循环比也增加;随着喷嘴位置逐渐靠近导流筒,内外循环比先增加,再减小。     

流量对SK型静态混合器湍流性能影响的实验研究

以SK型静态混合器为研究对象,运用激光多普勒测速仪对管内流体的三维脉动速度进行测量并对测量数据进行分析处理. 结果表明,进口流量变化对截面上时均速度分布规律、脉动均方根分布规律及雷诺应力分布规律的影响不大;进口流量增加使径向、轴向及周向上的速度脉动均增加,对径向上的速度脉动强化作用最显著,特别当雷诺数超过6400后,径向上的速度脉动均方根及湍流强度随流量增加而增加的幅度都迅速提高,此时湍动能也迅速提高;雷诺应力随流量的增加而增加,其分量txy和txz增加的幅度高于tyz,特别当雷诺数超过6400后,txy增加的速度迅速提高.