掺混燃油在离心喷嘴内的流动与雾化特性研究

燃料性质的改变会导致雾化特性的变化,针对乙醇掺混航空煤油在离心式压力雾化喷嘴内的流动与雾化特性开展了研究。通过耦合流体体积法(VOF)和离散相模型(DPM),研究了不同乙醇掺混体积分数下掺混燃油在离心式喷嘴中的内部流动和外部雾化过程。研究结果表明：在压差不变时,喷嘴内空气芯直径随着掺混燃油内乙醇体积分数的增加而增大;而液膜厚度则与空气芯直径成反比,随着乙醇体积分数的增加而减小。喷嘴出口的速度随着乙醇体积分数的增加而增大;在油膜表面的波动及气动力的共同作用下,油膜失稳形成液滴,获得了不同比例下掺混燃油在喷雾外流场内的喷雾粒径分布特征,随着掺混乙醇体积分数的增加,液滴的平均直径逐渐减小。     

入口压力和空气流速对喷嘴成膜特性的影响

为了研究冷却水入口压力和空气流速对喷嘴成膜特性的影响,以喷射式凝汽器喷嘴为研究对象,采用可视化实验方法对凝汽器喷嘴出口液膜的流动形态进行了拍摄,采用数字图像处理手段提取了液膜面积与喷射长度,并与数值模拟中不同的湍流模型的计算结果进行了对比,最终选取了Realizable k-ε湍流模型。基于Fluent求解器,耦合Realizable k-ε湍流模型与VOF方法,数值计算了凝汽器内部的流场。结果表明：当喷嘴入口压力从3 kPa升高到25 kPa时,布液板近壁面的速度随入口压力的升高逐渐增加,且液膜厚度也呈逐渐减小的趋势。对于DN15和DN13喷嘴,空气从静止状态变化到30 m/s流速时液膜面积略微减小,空气流速从30 m/s提高到150 m/s时液膜面积迅速减小。     

一种新型液包气雾化喷嘴流场特性的研究

基于CFD技术对一种新型液包气雾化喷嘴内部的气液两相流流场进行了数值模拟,分析了该喷嘴内部气液两相流的流动特性,得到气相和液相入口压力对气液两相流流动特性的影响,并结合试验数据对模拟结果进行了验证.结果表明:当气相和液相入口压力在0.1～0.5 MPa变化时,喷嘴的出口湍流强度随气相和液相入口压力的提高而增大;提高气相入口压力有利于减小雾化粒径;提高液相入口压力有利于提高雾化粒径的均匀性.     

同轴气流引射式喷嘴流动特性数值研究

采用RNG k-ε湍流模型,结合混合双流体模型对同轴气流引射式喷嘴的内部流动特性进行了数值模拟,考察进气压力对喷嘴流动特性的影响,得到气液流量变化规律,并与试验结果进行了对比,验证了模型的可靠性。研究结果表明,由于同轴气流引射式喷嘴内部存在中心负压区域,实现了对液体的引射。随着进气压力增大,喷嘴出口的湍动能增大,液体体积分数减小,气液混合效果增强,有利于提高雾化质量。液体流量随着进气压力的增大呈先增大后减小的变化趋势,因此,进气压力需要控制在合理范围内。     

基于VOF-DPM模型的离心喷嘴中的燃油流动及雾化特征研究

针对燃油在离心喷嘴中的内部流动及其外部雾化过程,采用VOF-DPM模型对其进行了数值模拟研究。分析了压力对喷嘴出口处空气芯大小和液膜厚度的影响,得到了液膜破碎长度和雾化锥角等雾化特性,应用实验测试结果对数值模拟进行了验证,并与流体体积函数法(VOF)和离散相追踪法(DPM)进行了对比。结果表明：VOF-DPM模型可以真实反映离心喷嘴的内部流动和外部雾化特性,研究发现了与实际雾化过程符合的液膜破碎存在孔洞破碎和边缘破碎两种形式;捕捉到了在液膜表面的波动及气动力共同作用下液膜失稳破碎形成液滴的过程;燃油流动及雾化特性随着压力增加发生变化,喷嘴内空气芯直径增大,出口处液膜厚度减小,液膜的破碎长度下降。     

小流量气泡雾化喷嘴试验研究

设计了一个1.2 kg/h的小流量气泡雾化喷嘴,利用粒子动态分析仪(PDA),对喷嘴下游流场进行测量,分析了液雾粒径和速度的分布规律及其相关因子,考察了气液质量流量比、进气压力、混合室长度对雾化特性的影响。结果表明,液雾粒径沿径向呈非轴对称分布,轴线下方平均粒径大于上方平均粒径,液滴粒径随轴向距离增加呈先减小后增大的趋势;液雾轴向平均速度呈钟形分布,喷嘴出口区域液滴轴向平均速度和均方根速度都比较大,两者值均随轴向距离增加而逐渐减小。喷嘴出口区域,液滴粒径与速度间负相关性很强,随轴向距离的增加,其相关性可以忽略。气液比增大液雾粒径减小;在相同的气液质量流量比(ALR)下,进气压力增大,雾化效果变差;混合室长度为其直径的2.5倍时,雾化效果较好。     

航空煤油/乙醇混合燃油旋转锥形液膜表面波波长研究

目前关于航空煤油旋转锥形液膜雾化特性研究较多,在航空煤油/乙醇混合燃油雾化特性方面研究较少．为此,本文主要研究了乙醇体积分数对于离心喷嘴出口处航空煤油/乙醇混合燃油液膜厚度和破碎处表面波波长的影响．基于数值模拟和经验公式相结合的新方法得到航空煤油/乙醇混合燃油在喷嘴出口处的液膜厚度,当压差为0.1～1.0 MPa,混合燃油中乙醇体积分数为0～30%时,液膜厚度随着乙醇体积分数和压差的增大而减小．然后,以喷嘴出口处的液膜厚度为特征长度,对液膜破碎处的表面波波长实验值进行无量纲化,并与根据圆孔射流模型计算得到的长波和短波波长的理论值进行比较,平均分别相差4.7%和7.8%,结果表明圆孔射流模型可预测航空煤油/乙醇混合燃油的表面波波长．     

燃气锅炉污泥气化气体燃烧过程数值模拟

采用Ansys Fluent软件模拟了1个基础工况与8个对比工况下污泥气化气体在某燃气锅炉炉内的流动及燃烧过程.结果 表明:炉内气流旋转上升的同时剧烈燃烧;基础工况下底部喷口截面最高平均温度可达1200 K;改变空气和燃气入口速度对炉内燃烧温度以及氧气、二氧化碳体积分数有较大影响;增大燃气入口速度后,底部喷口截面平均温度达到1300 K,该区域平均氧气体积分数明显减小;污泥气化气体中可燃组分增大会使炉内燃烧反应加剧,燃气中一氧化碳体积分数增大到18％时,底部喷口截面平均温度达到1400 K,但对大部分炉膛高度下的平均氧气体积分数和平均二氧化碳体积分数的影响较小.     

水平PDMS微通道内气-液弹状流特性观察

对以空气、甘油为工作流体在水平聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)微通道内产生的弹状流进行了可视化实验研究.实验结果表明,微通道中弹状流的气柱速度随着体积含气率增大而阶梯状减小.气柱长度在体积含气率小于0.06时几乎不发生变化;当体积含气率大于0.06时,随体积含气率的增大而呈线性增大.气柱间距随体积含气率的变化与气柱长度相反.气柱和微通道壁面之间存在稳定的薄液膜,当地薄液膜压力稳定,气柱流经当地时所造成的压力波动很小;当地静压随体积含气率的增大而减小.     

初始条件对燃气轮机DLE燃烧室性能影响研究

以单头部中心分级旋流干式低排放(Dry Low Emission, DLE)燃烧室为研究对象,以天然气为燃料,针对不同的全局当量比、进口温度、进口压力条件开展试验测试和数值模拟,研究燃烧室的燃烧性能以及污染物排放的变化规律。研究发现：随全局当量比增大,中心回流区长度略有增大、宽度变窄、回流速度增大,燃料量的增加使得高温区面积明显扩大,燃烧室出口温升明显增大,出口温度分布系数变化不大,燃烧室出口CO和NO_x排放摩尔分数明显增大;随进口温度的增大,中心回流区长度先明显增大再减小、宽度变窄、回流速度先增大再减小,进口空气温度的升高使得反应速率加快从而导致燃烧室出口温度升高,但温升、出口温度分布系数变化不大,CO和NO_x排放摩尔分数增大;随进口压力的增大,中心回流区长度、宽度略有增大,回流速度增大,燃烧室内部和燃烧室出口温度无明显变化,出口温度分布系数减小,CO和NO_x排放摩尔分数受影响较小。     

平行流蒸发器内气液两相流分配均匀性实验研究

平行流蒸发器内气液两相(特别是液相)在各扁管间的分配对其传热性能影响较大,如果各扁管间的气液分配不均匀其传热性能将显著地下降.在不同气-液流量下实验研究了6种不同形式的平行流蒸发器的分支管液体流量分配情况,实验中观察到流型以环状流为主.研究发现,对于竖直向下流动和竖直向上流动,用通过增加管径的方法不能改善液体流量在各分支管的分配,而主管中气液入口的位置对于流量分配均匀性影响较大.     

发动机气道稳流试验流动过程的相似分析

通过对发动机气道内气体流动过程的相似分析，在雷诺Re准则数足够大的前提下，非定性准则欧拉Eu数和相似不变量无因次涡流NR保持不变。这就证实通过稳流试验来测量气道的流通性能是可行的。通过数理推导，评价参数流量系数μσ真实就是欧拉Eu准则数的一种表现形式。     

利用T型三通测量气液两相流体的流量和干度

利用T型三通的相分离特性 ,从被测气液两相流体中分流分离出一部分单相气体 ,通过测量这部分单相气体的流量确定被测气液两相流体的流量或干度。这种方法把两相流体的流量测量转化成了单相流的测量 ,测量仪表的稳定性和可靠性能得到显著改善 ,测量精度得以大幅度提高。试验结果证实 ,分流系数与被测两相流的干度成正比。在本文实验范围内 ,流量和干度的平均测量误差小于± 5 %。     

锥阀空化现象研究及结构优化

为研究锥阀空化现象,运用ANSYS Fluent流体力学有限元计算软件,分析锥阀在内流和外流两种情形下的流场,得到锥阀在内流和外流两种流动方式下空化区域0~3s内气体的体积分数。计算对比发现,在液体流速和压力的突变区域空化现象明显,外流较内流空化区域大,空化程度比内流严重。为降低空化现象对锥阀型腔造成的损伤,优化锥阀型腔阀芯结构,优化模型1可避免内流时空化的发生,优化模型2在内流和外流情况下均能有效避免空化的发生,优化模型2的结构形式更为合理。研究成果可为锥阀设计提供参考。     

多级精馏装置的节能研究与分析

探讨了几十种基本的多级精馏装置的流程，并从节能的角度研究和分析它们的特点及适用条件。     

Shape of isolated bubble in intermittent flows in a horizontal pipe

An experimental study on the shape of a single bubble similar to those observed in a horizontal plug/slug flow was performed using visual observation and conductance probes. The results indicated that the shapes of the bubble nose and the bubble body depend on the Froude number defined by gas/liquid mixture velocity, whereas the shape of the back region of the bubble depends on both the Froude number and bubble length. The photographic images showed that the structural feature of the bubble head is related to the motion characteristics of the bubble. The transition from plug flow to slug flow occurs when the tail of the bubble changes from a staircase to hydraulic jump pattern with the increasing of the Froude number and bubble length. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res, 36(5): 276– 285, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/htj.20161     

Measurement and analysis of tip clearance unsteady flow spectrum in axial-flow fan rotor

The dynamic pressure measurement device and test technology are described in this study. The tip clearance unsteady flow development from the inlet to the outlet of an axial-flow rotor was revealed by analyzing pressure frequency spectrum acquired from measuring the unsteady pressure field of the tip endwall. The experiment provides test basis for thoroughly understanding the tip clearance unsteady flow and building interaction models of tip clearance flow and main flow. __________ Translated from Compressor, Blower & Fan Technology, 2007, (5): 12–15 [译自: 风机技术]     

Computer-aided numerical solution for the flow of compressible fluid through a series of identical annular orifices

The paper represents a general semi-empirical model for the calculation of the pressure distribution and the mass flow rate of a compressible fluid flowing through a set of concentric annular orifices in series. The flow through a single orifice is discussed taking into consideration the variation of the discharge coefficient and the effect of kinetic energy being carried from one throttling to the next one. The study is extended to a set of orifices resulting in the general model. A computer program based on this model is described which is applicable for different geometries and overall pressure ratios. Comparison with available experimental results shows that the model gives fairly accurate results.     

Experimental Studies on The Mechanism and Control of Secondary Flow Losses in Turbine Cascades

This paper summarizes the results of the authors' 4 year experimental studies on the secondary flow losses in turbine cascades. Cascade wind tunnel experiments were carried out concerning the influence of aspect ratios, incidence, turning angles and outer endwall divergent angles in order to unveil the evolution mechanism of secondary flow losses in turbine cascades without end clearance. Some methods for controlling the secondary flows are investigated including the blade leaning, blade cambering, endwall convergence and leading edge extension at two ends of the blade.     

Response compensation of fine‐wire thermocouples and its application to multidimensional measurement of a fluctuating temperature field

A novel sensor technique is proposed to visualize readily the spatiotemporal behavior of a fluctuating temperature field of air flow. Two temperature probes were fabricated: a rod‐type probe consisting of 24 two‐thermocouple sensors set in line, and a plane‐type probe with 64 two‐thermocouple sensors arrayed on a two‐dimensional grid (8 × 8 points). Each two‐thermocouple sensor used in these probes was composed of two fine‐wire thermocouples (type K) of unequal diameters of 25 and 51 μm, respectively. An adaptive response‐compensation scheme was applied to accurately reconstruct rapidly‐changing airflow temperatures. The plane‐type probe enables visualization of fluctuating temperature fields of an artificially disturbed hot‐air jet and of the adequate capture of spatiotemporal behavior of a rapid circular motion of a hot‐air jet blown out from a hair dryer. A time‐constant estimation scheme was proposed to estimate instantaneous time‐constants which serve as a basis for a real‐time response compensation technique for multidimensional temperature measurement. In addition, by scanning a temperature field with the rod‐type probe, the temperature distribution can be reconstructed in one‐dimensional space and time. This quasi two‐dimensional visualization can become a prototype of a “scanner” for fluid temperature fields. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com/journal/htj ). DOI 10.1002/htj.20355