平面撞击流振荡特性

对两对置平面喷嘴形成的撞击流的振荡特性进行了实验研究。采用高速摄像仪、烟线流场显示和热线测量的方法,研究了不同喷嘴间距、不同喷嘴出口气速下平面喷嘴撞击流的振荡行为。研究结果表明,平面撞击流的振荡特性主要有流向拟周期振荡和偏斜振荡两种,当L<5H时主要为流向拟周期振荡模式,当L>5H时主要为偏斜振荡模式。     

平面气固撞击流周期振荡的模拟分析

由于喷嘴截面的高宽比远小于1,平面狭缝喷嘴撞击流可看作二维撞击流。采用欧拉双流体模型对二维气固撞击流进行数值模拟。模拟结果表明,当固相负载率m≤8.2,颗粒粒径为60 μm≤d_p≤175 μm时,大间距的平面气固撞击流也出现了周期振荡。通过分析射流轴线上不同位置的压力和速度的瞬时值和平均值,认为周期振荡是由于撞击面上压力释放和持续射流的共同作用导致。讨论了不同条件对振荡周期的影响:振荡周期随喷嘴间距或颗粒粒径的增加而增加;而随射流Reynolds数的增加或者固相负载率的增加而减小。     

柱形涡发生器强化撞击流反应器流场特性的数值模拟

利用数值模拟方法分析设有柱形涡发生器的撞击流反应器的流场特性,优化了柱形涡发生器的尺寸与位置参数,考察了柱形涡发生器尺寸与位置参数对撞击流反应器流场结构、速度分布、湍流尺度和混合性能的影响。结果表明,柱形涡发生器直径D=10 mm时,反应器内旋涡数量最多,涡系影响范围最广;D<10 mm时,旋涡数量减少;D>10 mm时,涡系影响范围减小。柱形涡发生器横向间距的增加使反应器内旋涡数量减小,涡系影响范围增大。随着柱形涡发生器横向间距、纵向间距的增加,撞击流反应器径向流速、湍流尺度和混合强度均先增大后减小。当柱形涡发生器横向间距K=5 mm、纵向间距J=70 mm时,撞击流反应器混合效果最佳。     

水平对置双向液体撞击流的振荡特性

利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术对水平对置双向液体撞击流流场进行了实验研究,考察了等动量下撞击面驻点在不同喷嘴间距、不同进液流量下的稳定性和振荡特性。结果表明,撞击面驻点的振荡并没有一个固定的周期,并且频率主要集中在低频,而其幅度集中在0.1d～0.5d范围内:在L∈[1d,3d](L为喷嘴间距,d为喷嘴直径)范围内,振荡幅度随着L的增加而增大;在L∈[3d,5d]范围内,振荡幅度随着L的增加而减小。同时,撞击面的振荡幅度并不会随着流速的增大而一直增大,而是在达到一个峰值后逐渐降低。撞击面驻点的这种振荡特性对混合和传质具有一定的促进作用。     

异形喷嘴撞击流混合器涡特性及混合性能数值模拟

为了研究撞击流混合器不同形状喷嘴的流场涡特性及混合效果,利用数值模拟方法对不同工况下的流场进行分析,得到不同喷嘴撞击流混合器的速度场、涡量场、涡结构以及浓度变异系数的变化规律,揭示不同形状喷嘴对撞击流混合器混合效果的影响。结果表明：喷嘴出口截面为圆形、等边三角形和正方形的撞击流混合器轴向速度为“V”形分布;喷嘴截面为圆形和正方形的撞击流混合器径向速度为“M”形分布。等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器产生的流向涡数量多、强度大并且产生的涡旋结构的连续性更高,分布范围更广。相同工况下等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器混合效果明显优于圆形喷嘴和正方形喷嘴混合器,最快达到混合均匀。     

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。     

撞击流反应器撞击面稳定性研究进展

撞击流技术因其良好的混合特性近些年用于强化制备超细粉体反应中的混合过程。撞击面的稳定影响反应器内的混合效果,所以本文对撞击面稳定性的研究进行了综述。撞击流反应器不同结构形式包括平面撞击流、轴对称撞击流和微型撞击流等。文中简述了撞击流稳定性的实验研究手段,分析轴对称撞击流反应器的径向偏转振荡的起止条件和不同喷嘴间距下的轴向偏移振荡规律,并且分析平面撞击流反应器的撞击面偏转周期以及偏转振荡的起止条件。得出轴对称撞击流与平面撞击流撞击面驻点的振荡对混合都有促进作用,并且偏移振荡周期不定,轴对称撞击面偏移振幅与喷嘴间距和雷诺数相关。平面撞击流的偏转振荡周期与进口流速成反比,反应器结构参数是撞击流稳定性的影响因素之一。根据轴对称撞击流偏移振荡对混合的促进作用,本文提出一种新型的预设流量波形双组撞击流反应器。新型撞击流反应器的独特结构克服了物料反应通道单一缺点,通过预设波形控制其进口流量,增大其撞击面偏移振幅,消除撞击面无序振荡,使流动轨迹扩展,扩大混合区域,并设计实验装置与方法讨论动态流量撞击流反应器撞击面稳定性对混合效果的影响。最后,本文对轴对称撞击流反应器的混合性能研究前景进行展望。     

汽轮机动叶栅顶部泄漏流的大涡模拟

为了分析动叶顶部间隙泄漏流的流场特征和涡量变化规律,以某汽轮机为研究对象,采用大涡模拟方法对无围带和有围带动叶顶部的间隙泄漏流动进行研究。结果表明:无围带时,在0.85轴向截面处,叶顶间隙泄漏流在吸力面形成顺时针漩涡,随着时间的变化,泄漏涡经历了发展、退化的周期性过程;有围带时,叶顶间隙泄漏流在尾缘附近形成逆时针的泄漏涡,随着时间的变化,泄漏涡经历了远离尾缘到靠近尾缘的过程,泄漏流对主流的影响呈现了由强到弱再由弱到强的变化规律。     

撞击流反应-沉淀法制取纳米二氧化钛影响因素的实验研究

采用浸没循环撞击流反应(SCISR),通过四氯化钛快速水解沉淀法制备了纳米二氧化钛,研究了浓度、温度、转速、中和时间、煅烧温度以及煅烧时间等因素对纳米二氧化钛粒径的影响。     

Experimental investigation of flow regimes of axisymmetric and planar opposed jets

Dynamic behaviors of axisymmetric and planar opposed jets have been experimentally studied at 786 < Re < 6288. The flow patterns were investigated by a smoke‐wire technique, and the smoke‐wire photos were recorded by a high‐speed camera. Different flow regimes of axisymmetric and planar opposed jets have been identified. Axisymmetric opposed jets exhibit axial quasi‐periodic oscillations, stagnation point offsets, and steady states, while planar opposed jets exhibit both horizontal instabilities and deflecting oscillations. Effects of the nozzle separation and the exit Reynolds number on the dynamic characteristics of axisymmetric and planar opposed jets have been investigated and discussed. Maps of parameter spaces describing the flow regimes of axisymmetric and planar opposed jets at various nozzle separations and exit Reynolds numbers have been presented. © 2010 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2011     

Study on factors influencing stagnation point offset of turbulent opposed jets

Turbulent opposed jets were experimentally studied by the hot‐wire anemometer measurement, the smoke‐wire flow visualization, and the CFD simulation at L = 1?20D (where L is the nozzle separation and D is the nozzle diameter) and Re > 4500. The instability pattern of turbulent opposed jets was identified by investigating the smoke‐wire photos recorded by a high‐speed camera. The factors affecting stagnation point offset, such as the bulk velocity, the velocity profile, and the turbulence intensity at the nozzle exits were investigated. Results show that the stagnation point offset is the main instability regime of turbulent opposed jets. Uniform exit velocity profile and increasing exit turbulence intensity will decrease the stagnation point offset of turbulent opposed jets. © 2010 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2010     

小间距两喷嘴对置撞击流流场的数值模拟与实验研究

运用热线风速仪和CFD软件对小喷嘴间距下两喷嘴对置撞击流时均流场进行了实验研究和数值模拟,并和文献中的实验结果和近似解析式进行了比较。研究结果表明：由于边界层存在,单股喷嘴出口速度分布为“礼帽”形状分布;在L<2D(L为喷嘴间距,D为喷嘴直径)时,喷嘴出口速度剖面出现中间低、两边高的“双峰”形状, L=2D时,“双峰”形状消失。随着喷嘴间距的增大,相同气速比导致的撞击面驻点的偏移量增大。相同气速比下,喷嘴出口为“礼帽”分布时驻点的偏移量比均匀分布时大。文献中的撞击流流场的近似解析式对喷嘴出口速度分布为均匀分布有很好的精度,当喷嘴出口速度为“礼帽”分布时,文献中近似解析式的预报精度变差。     

基于制备超细复合含能材料的对置受限式撞击流反应器微观混合性能

由于对置受限式撞击流反应器较高的传热及混合效率,能够制备出粒径小、均匀且分布范围窄的超细颗粒。本文采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系研究入射速度、结构尺寸对对置受限式撞击流反应器微观混合效果的影响规律,并将混合腔尺寸同等比例放大一倍进行对比研究。结果表明,随着入射速度的增大,离集指数减小,微观混合效果提高。喷嘴间距与喷嘴直径比的增大使得离集指数增大,微观混合效果降低。离集指数随着混合腔高度、混合腔出口尺寸的增大呈现先增大后减小的趋势,且混合腔高度对混合效果的影响较混合腔出口尺寸显著。将对置受限式撞击流反应器混合腔尺寸扩大一倍,离集指数增加到原来的2.4倍,微观混合效果显著下降,但是在较大入射速度下,两种结构的混合效果差距减小。研究结果可为纳米复合含能材料的制备提供高效、安全的技术支持。     

Experimental study of oscillation behaviors in confined impinging jets reactor under excitation

Dynamic behaviors in a three‐dimensional confined impinging jets reactor (CIJR) under excitation were experimentally studied by a flow visualization technique at 75 ≤ Re ≤ 150. The effects of inlet Reynolds numbers (Re), excitation frequencies and excitation amplitudes on the oscillation behaviors in CIJR have been investigated by a particle image velocimetry (PIV) and a high‐speed camera. Results indicate that the excitation in the inflow of the opposed jets can induce periodic oscillation of the impingement plane along the axis, whose oscillation frequency is equal to the excitation frequency. At Re ≤ 100, the induced axial oscillation can further cause a deflective oscillation with a frequency nearly equal to the excitation, and the scale of the vortex in the impingement plane is well regulated by the excitation frequency. At Re = 150, the excitation of amplitude less than 20% has insignificant effect on the deflective oscillation existing in CIJR. A semiempirical formula has been proposed to predict the oscillation amplitude of the impingement plane in CIJR under excitation. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 333–341, 2015     

Self oscillation phenomena of turbulent jets in a channel

A new method based on the Coanda effect for self oscillation of a circular jet bounded by rectangular enclosure is suggested. The experiments in both air and water reveal regions of stable oscillation wherein relationships are obtained between the Strouhal number and the shape factor of the channel. This oscillation method can also be used to mix different liquids in a vessel. For such applications, an improvement of mixing by oscillation is shown by means of a residual concentration diagram for a salt solution.     

Flow of mixtures of poly(ethylene oxide) and hydrolyzed polyacrylamide solutions through opposed jets

The flow of solutions of poly(ethylene oxide) (PEO), hydrolyzed polyacrylamide (HPAA), and their blends through opposed jets is investigated. Measurements of pressure drop across the jets as a function of strain rate were used to characterize the elongational flow behavior. In deionized water, solutions of PEO/HPAA mixtures exhibit a synergistic increase in flow resistance with respect to the parent polymer solutions. The addition of amounts of HPAA as low as 2 ppm to a 500 ppm PEO solution cause sizeable increases in pressure drops. Such increases have been interpreted as arising from the formation of interpolymer transient entanglement networks that become mechanically active at time scales equivalent to the lowest strain rates available. In the case of excess salt environment, the flow resistance of the mixtures seems to be dominated by the PEO in the concentration range explored. © 2000 John Wiley & Sons, Inc. J Appl Polym Sci 76: 1910–1919, 2000     

多喷嘴对置式粉煤气化炉的数值模拟

采用k-ε湍流模型对多喷嘴对置式粉煤气化中试装置进行了三维数值模拟研究。引入了多反应进程变量MSPV方法分别模拟了煤的脱挥发分、焦炭与氧气、焦炭与二氧化碳和焦炭与水蒸气的4个过程;用截断高斯分布的PDF函数表示湍流对化学反应的影响。模拟结果显示:常压下,火焰主体温度约2 500 K;除喷嘴区域外,煤中释放的气体在气化炉内分布均匀;焦炭与二氧化碳、焦炭与水蒸气的气化反应主要集中在折返流区。喷嘴高度上移0.2 m,撞击流股速度增加约50%,拱顶附近温度上升108 K。氧煤比/水蒸气煤比增大,撞击流对炉顶的冲刷力显著增加。