超声速气体浸没射流的数值计算和实验

从实验和数值计算两方面研究了超声速气体射流在水中的喷射过程.用高速摄影机拍摄了三维水下超声速气体射流的流场.针对实验工况,基于VOF方法,建立水下超声速气体射流的二维轴对称数值计算模型,并开展了相关数值模拟.成功模拟了射流初期气泡运动演化的复杂过程;分析了水下超声速气体欠膨胀射流的流场结构,包括流场的压力和速度等参数分布以及变化规律.数值结果与实验结果对比得知数值计算结果不仅与实验数据吻合较好,而且给出了实验中没有发现的激波、膨胀波等流场结构.     

氯化法钛白氧化反应器气体错流混合

氧化反应器是氯化法制取钛白粉的关键设备，混合区的流场设计直接影响反应产品TiO₂颗粒的质量（如粒径和粒径分布）.利用无干扰流场测试技术——粒子图像测速仪（PIV）研究了不同气体错流混合区的结构设计对混合区域流场的影响，考察了气流动量比、射流狭缝宽度以及射流角度对混合区流场的影响.结果表明，较大的气流动量比、窄射流狭缝宽度和接近90°的射流能获得更好的混合区速度分布.进一步利用计算流体力学（CFD）手段对相应的流场进行了模拟，与PIV实验结果吻合很好，验证了模型对冷态流动的预测能力.     

激冷式气化炉液池内射流冲坑特性数值模拟

对激冷式煤气化炉内顶部浸没式气体射流冲击液池的行为过程进行数值模拟,将模拟结果与可视化实验结果进行对比;获得气体射流冲击液池形成冲坑的演变过程;引入特征深度和特征半径两个特征参数表征冲坑特性.研究发现,在冲坑停滞阶段,冲坑特征深度和特征半径随气体射流速度的提高呈现逐渐加速并最终趋于平缓的增长趋势;随着下降管出口静态淹没深度的降低,冲坑特征深度和特征半径随气体射流速度的增长程度相对平缓,同时特征深度和特征半径减小.     

介质流动态中的淹没式射流研究

简述了介质流动态下的淹没式射流研究.实验以介质流动流场的理论为基础,研究射流流束在介质流动流场中的流速加载状况.以这种加载性能的不同层级为依据,笔者将得出介质流动对于射流加载影响的效果结论,为今后的流动态介质中的淹没式射流研究提出新型的理论依据.     

对气相射流垂直冲击液面过程中射流深度的研究

以空气-水、空气-甘油水溶液两类体系,对气液两相中气体垂直向下喷射的射流深度进行了冷模实验研究。应用计算流体力学的VOF模型和realistic k-ε湍流模型进行模拟计算,模拟结果与实验数据有良好的一致性。结合实验和模拟进行计算分析,结果显示:主导射流深度的主要因素为Fr数和气液密度比;大喷孔和短喷距的组合可得到较大射流深度;表面张力的影响主要存在于浅气穴阶段,当气相射流射穿液面时,其影响骤然消减;液相粘度对射流深度基本无影响。通过数值模拟合理地进行了体系物性扩展,分析结论对于以气相射流为主的两相混合传质传热或反应的工艺设计,具有一定的指导作用。     

气相氧化反应器内错流射流场数值模拟

气相法制备颗粒材料的管式氧化反应器中 ,原料气通过管壁的开孔或环缝喷入反应器内与轴向流动的高温氧气流混合并反应 ,混合质量是决定颗粒产品质量的关键因素。采用k ε湍流模型对气体通过环缝喷入管内轴向气流形成的错流射流场进行了数值模拟 ,模拟结果与实验数据及有关文献进行了比较。结果表明 ,k ε湍流模型能较好地模拟管内错流射流流场的基本特征 ,可以用来预测气相氧化反应器内错流射流场的有关数值。     

射流混合器内气体湍流扩散过程的CFD数值模拟与实验研究

利用计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)商业软件CFX4.4对二氧化碳与空气的射流混合过程进行数值模拟. 湍流模型采用标准k-e模型和RNG模型,模拟预测不同断面上的CO2浓度分布,并与实验结果进行比较. 结果表明,模拟预测值与实验结果基本吻合,也验证了CFD技术应用于混合扩散过程预测分析的可靠性;靠近空气一侧的CO2浓度普遍高于另一侧,当CO2平均浓度为6%时,距射流出口100 mm剖面上的浓度极差达到6%. 本研究中的气体混合湍流模型影响不明显. 采用标准k-e模型分别对两种进气方式的射流混合器内部速度场、浓度场进行模拟分析,发现T型射流混合器的混合均匀性比单边进气的射流混合器明显提高.     

矩形喷嘴射流近喷口流场的大涡模拟

采用Smagorinsky提出的亚网格应力模型对三维矩形喷嘴射流近喷口处流场进行了大涡模拟,着重研究了较高Reynolds数下小宽高比矩形射流近喷口处流场的流速、脉动量等特征量的分布特性,并与实验结果进行了对比.气相运动控制方程的离散采用有限容积法,时间步进格式采用二阶精度的隐式Crank-Nicolson差分格式.模拟结果与实验结果具有较好的一致性.     

液体中可压缩气体射流的瞬态特性

针对水下超声速气体射流实验装置,分别采用高速摄影对水下超声速气体射流的形态及发展过程进行了可视化观察分析,采用VOF方法建立了二维轴对称两相数值计算流模型,对实验工况进行数值模拟,得到详细的水下超声速射流流场结构。两者结合得以研究水下气体超声速射流的形态及发展过程。研究结果表明:超声速水下射流流场明显包含射流区、过渡区和羽流区3个不同特征区域,射流区内气相的胀鼓和回击现象导致了严重的振荡流模式。气液界面不稳定性引起射流局部颈缩,从而引起颈缩上游气相截面的扩张、收缩甚至断流。可观测的小幅度的颈缩导致上游的胀鼓现象;稍大幅度的颈缩导致上游的回击现象;大幅度的颈缩甚至导致射流中断,并在随后重建射流。     

液体中可压缩气体射流的瞬态特性

针对水下超声速气体射流实验装置,分别采用高速摄影对水下超声速气体射流的形态及发展过程进行了可视化观察分析,采用VOF方法建立了二维轴对称两相数值计算流模型,对实验工况进行数值模拟,得到详细的水下超声速射流流场结构。两者结合得以研究水下气体超声速射流的形态及发展过程。研究结果表明:超声速水下射流流场明显包含射流区、过渡区和羽流区3个不同特征区域,射流区内气相的胀鼓和回击现象导致了严重的振荡流模式。气液界面不稳定性引起射流局部颈缩,从而引起颈缩上游气相截面的扩张、收缩甚至断流。可观测的小幅度的颈缩导致上游的胀鼓现象;稍大幅度的颈缩导致上游的回击现象;大幅度的颈缩甚至导致射流中断,并在随后重建射流。