旋流喷嘴内部流场的数值模拟和实验研究

为了揭示旋流喷嘴内部流动机理,有效预测其外部雾化特性,采用VOF多相流模型和RNG κ-ε湍流模型对旋流喷嘴内部的气液两相流动进行了数值模拟.通过对喷嘴结构进行合理的网格划分和特殊边界条件设置,计算了喷嘴内部的速度场、压力场和空气芯的形状尺寸.分别通过激光测速仪和高速摄像仪测量出口速度、空气芯的直径和雾化半锥角,对计算结果进行了验证.结果表明,旋流喷嘴内部流动为Rankine涡结构,其雾化特性如雾化角和液膜厚度等可以通过分析出口处流场得到.     

旋流自吸式喷嘴气相旋流流场理论数值分析

在考虑气体可压缩特性的基础上,针对气相旋流流场开展理论分析,结果表明喷嘴受限空间内气相旋流流场为强制涡与准自由涡的组合涡,并推导出适用于具有可压缩性和黏性的旋流气体运动规律通式;同时应用Fluent数值模拟软件对喷嘴开展气体单相数值研究,分析其流场分布特性,并利用模拟结果得出气流内部强制涡的旋流指数为n=-1,外部准自由涡的旋流指数为n=0.25;综合理论和数值研究推导出适用于可压缩旋流气体三相速度和压力沿径向的分布规律。本工作成果为深入研究旋流自吸式喷嘴的引射性能,雾化机理和雾化特性提供了理论依据。     

喷口结构对雾化流场影响规律的数值模拟

喷口结构形式对喷嘴雾化性能有重要影响,本文采用计算流体动力学方法研究了不同雾化气体压强(P0)下喷口结构对喷射气体流场及导流管顶端静压强(Pt)的影响规律,建立了紧耦合型、环缝HPGA(High Pressure Gas Atomizer)型和Laval环孔型三种喷口结构的喷射模型,并用Fluent软件进行了模拟计算.研究结果表明:三种喷嘴结构的抽吸压强及导流管顶端静压强径向梯度随雾化压强的变化表现出不同的变化趋势;Laval环孔型喷嘴在雾化压强较低时雾化性能最佳,HPGA型喷嘴在高压时雾化性能最佳;数值计算结果与试验观测值吻合较好.     

喷嘴流场数值模拟

通过对喷嘴流道的数值模拟计算,分析喷嘴在设计工况下的内部流场、压力、速度的分布状况,探究喉部截面位置能量损失的原因。结果表明压力梯度、速度梯度及湍动能过大是造成喉部能量损失的主要原因。为优化喷嘴结构的设计提供新的方法。     

高压除鳞喷嘴内部流场数值模拟与仿真分析

针对目前工厂广泛使用的高压除鳞喷嘴，应用前处理软件Gambit建立其内部流场的三维模型，采用Fluent软件提供的Laminar层流模型对不同结构参数的喷嘴内部不可压缩、稳态、层流流场进行了数值模拟，并分析了各参数对其流场速度分布、压力分布和出口轴心速度的影响。仿真值与理论计算值十分接近，数值模拟结果表明，喷嘴收缩角和直径对其内部流场影响较大，而扩张角对其内部流场影响相对较小，但各参数都存在最优值，且各参数之间也存在着最优搭配使射流打击效果最好。     

半干法压力旋流式喷嘴雾化性能数值模拟

对压力旋流式脱硫雾化喷嘴雾化特性进行了数值模拟研究,分析了各因素对雾化液滴粒径的影响,得到了喷嘴下游流场内液滴粒径和速度空间分布.计算结果表明:雾化液滴粒径与雾化压力和喷嘴直径成正比,与雾化介质黏度和表面张力成反比;液滴速度沿轴向方向急剧衰减,在距喷嘴200mm处几乎不发生变化,而在径向方向上呈中心低,边缘高的分布;在破碎和聚合的作用下,液滴粒径沿轴向方向呈先减小、后增加的趋势,大颗粒主要集中在雾炬外围.试验结果与计算值基本吻合.     

渗碳炉喷嘴流场的数值模拟

利用有限体积法对控制方程进行离散,并采用非结构化网格划分流动区域,对某大型渗碳炉喷嘴内及其周围区域流场进行了数值模拟研究.分别比较分析了两种不同结构喷嘴在渗碳炉内所形成的流场和温度场分布,探讨了不同流量工况对喷嘴周围流场和温度场的影响.计算结果表明：多孔喷嘴比简单的单孔喷嘴能更好地组织起渗碳炉内的流场和温度场,不同的流量工况对于渗碳环境有较大的影响.本文的模拟结果对渗碳炉的设计和生产具有一定的指导意义.     

喷嘴形状对对置式撞击流反应器流场影响的数值模拟

为了研究锥直型和矩形喷嘴对流场的影响,用Fluent软件对四口对置式撞击流反应器内部流场进行了三维数值模拟,得到入口截面上速度等值线图和等压图及Y方向上X-Y和Y-Z 截面的速度分布云图,然后使用 tecplot后处理软件提取数据,最后利用 Origin 软件作出曲线图并进行比较分析。结果表明：在入口截面上,锥直型喷嘴反应器速度大于矩形喷嘴反应器速度,流动更加稳定;Y 轴纵向上,锥直型喷嘴反应器内部流体、动能转化压能更加完全;锥直型喷嘴反应器压力脉动小,流束更加集中,保障了流体拥有足够能量撞击。为对置式撞击流的工业化设计提供了理论依据。     

分解炉内气固两相流场的数值模拟及流场分析

针对分解炉内复杂的气固两相湍流运动,建立了几何模型并利用FLUENT软件对其流场进行了数值模拟分析,得出了流场运动的规律,并根据结论对该炉型提出了改进措施.     

基于Fluent的液体进料DMFC阳极两相流数值分析

生成物CO₂能否及时排除流道和甲醇溶液能否更有效的传输到扩散层对液体进料的直接甲醇燃料电池性能有着重要影响。Volume of Fluid（VOF）可以用来研究平行流道孔逸出CO₂气体的演变,包括气泡的生长、变形、脱离及运动规律。通过建立流道的三维模型,研究了湿润性对流道中气泡演变的影响。通过软件FLUENT进行模拟,模拟分析了亲水性（35^o）、中性（90^o）、弱疏水性（115^o）、强疏水性（125^o）情况的扩散层壁面,结果表明：气泡是由两相流的压力差和表面张力共同作用形成的,弱疏水性的扩散层表面有利于气泡脱离及气泡聚合的过程。弱疏水性的扩散层表面相对于亲水性的壁面,气泡排出的更稳定;弱疏水性的扩散层表面相对于强疏水性壁面,气泡脱离体积更小,脱离的时间更短。     

高压无气喷涂扇形喷嘴内部流场数值模拟

采用Fluent软件提供的Lamina层流模型对相同出口结构、不同入口结构的扇形喷嘴内部流场进行数值模拟,并分析比较了不同入口结构流体的压力梯度及速度变化情况,以及出口射流速度及流量大小。研究结果表明:入口结构变化越剧烈,流场的压力梯度和速度变化越大,结构变化越平缓,压力和速度变化越平缓;出口圆柱段对射流速度的影响不大;平行形入口结构的射流速度最大,平顶形与锥形入口结构次之;新设计的具有平缓收缩功能的维多辛斯基腔体的出口速度最大,且出口流量远大于其余3种腔体,平行形入口结构流量最小。     

可调离心式喷嘴喷雾流场的数值模拟研究

建立了可调离心式喷嘴三维CFD(计算流体动力学)模型。应用FLUENT软件对该喷嘴的喷雾流场进行了模拟分析。连续相采用三维可压缩稳态雷诺时均N-S方程,湍流模型采用标准的k-ε模型,通过SIM PLE算法求解压力速度耦合,离散相采用拉格朗日方法追踪颗粒运动轨迹。模拟结果给出了喷嘴喷雾流场随着时间的变化规律、喷嘴压差对喷嘴的雾化性能以及液滴分布特性的影响,得出了不同流量下索太尔平均直径(SMD)和液滴分布指数随着喷嘴压差的变化规律,模拟得到的索太尔平均直径与实验值吻合良好。     

水利枢纽中雾化流的模拟与防范

对雾化流的形态及雾化流数值模拟中的几个关键问题如水舌射流计算、水舌与水面的碰撞及雾流源量计算进行了介绍 ,对雾化流物理模拟及原型观测等进行了简要说明 ,并对雾化流的危害及其防范进行了简要介绍     

空气雾化硫磺喷枪的数值模拟

将空气雾化和机械雾化相结合,对硫磺喷枪进行改进.在Fluent软件环境下,基于气、液两相流模型进行了计算流体力学数值模拟.进口处以液硫、空气的实际速度为基准,出口处采用压力出口,焚硫炉内壁面选用标准无滑移壁面并假设其绝热,以简化焚硫炉内气液边界条件.以k-epsilon湍流模型为计算模型,采用压力-速度耦合方程求解,并选用压力修正算法.结果表明,在喷枪四周输入一定速度的空气后,喷枪附近形成一个涡流负压区,加速液硫向四周扩算,可增大雾化角及雾化行程,均匀雾滴分布.以某焚硫炉的工程实际参数,液硫速度5 m/s时,对比不同空气流速下的液硫雾化流场,在空气进口速度为4～6 m/s,雾化效果最佳.     

水平管内汽液两相流流型及换热特性数值模拟

为研究水平管内相变汽液两相流动流型变化,使用VOF模型和RSM湍流模型对其进行了数值模拟,分析了水平管内对流换热、压降及流型的变化．模拟结果表明:VOF模型和RSM湍流模型可用于模拟两相流流型中的泡状流、分层流、波状流、弹状流以及环状流;模拟结果与Mandhane流型图基本吻合;对流换热系数及压降与已有关联式吻合较好．     

水在流动油介质中雾化机理的数值模拟研究

基于一种制取流体冰的新方法,对水在流动的互不相溶的油介质中的雾化机理进行了三维数值模拟,求解连续性方程和动量守恒方程并考虑重力及表面张力的影响,对压力速度耦合采用PISO(Pressure Implicit Splitting Operators)算法,利用VOF(Volum e of Flu id)方法中的PLIC(P iecew ise L inear Interface Construction)技术追踪水与油介质之间的移动界面,模拟多种情况下的流动状况,分析了水在喷口处的流速、油的入口流速以及喷口直径对于雾化水滴大小的影响.模拟结果表明,雾化形成的水滴平均直径随水在喷口处的流速增加而增大,随油的入口流速的增加而减小;喷口直径越大,水滴的平均直径越大.     

射流搅拌流场的数值模拟分析

喷射搅拌器广泛应用于油品储罐内的调和,喷嘴入射角度和入射速度对搅拌效果有很大影响。应用计算流体软件并根据标准k ε湍流模型与 SIMPLE算法,采用单因素敏感分析法分别对喷嘴的喷射角度、喷嘴直径及入射速度的射流流场速度分布进行数值模拟分析。结果表明：喷射距离随直径的增加而加大,随速度的增加而增大,在15~60°的角度范围内,随入射角度的增加先增大后减少;储罐内的速度流场分布随直径的增加先减少后增加,随速度的增加而增加,随入射角度的增加先增加后减少;射流产生的回流范围随直径的增加先减少后增大,随入射速度的增大而增大,随入射角度的增加先增大后减小。因此,相比于喷嘴直径,入射速度和入射角度对储罐内的搅拌效果和搅拌范围有更大的影响。     

水平T型管中油水两相流流动数值模拟研究

针对我国稠油油田较多和油田含水率高的特点,运用VOF多相流模型对地面集输管网中较为常见的水平T型管内油水两相流流动进行数值模拟。给定条件下中质稠油含水率为80%,流速1.5m/s,模拟结果为油水两相流属于水包油型分散流型,水作为基本相,油为分散相。分支前主管段内压力值以300Pa/m的速率线性减小,分支处主管段内压力值有所增大,而后随着流动线性减小,分析了支管段内油水两相流的压力降机理。研究结果对于优化管网结构、合理设计管道参数、管道腐蚀与防护具有重要作用。