洗涤冷却管出口处的射流深度和界面波动特性

采用压差传感器和高清摄像仪对洗涤冷却管出口处射流深度和洗涤冷却室内气液界面波动特性进行了冷模实验研究,研究发现,随着表观气速的增大,射流深度呈指数式增大,由此提出了主流射流深度与洗涤冷却管出口处动量通量的经验式,其最大射流深度可达2.51 cm,同时采用VOF模型和RNG κ-ε 湍流模型对其进行了模拟计算,模拟结果与实验结果吻合良好。研究结果还表明,洗涤冷却管出口处液面波动对床层内气液两相环流脉动的影响较为显著。     

液体中气—液射流特性的研究

在气-液两相喷射式装置中气体或/和液体是经由单个(或多个)喷咀射入塔内的。本研究用频闪摄影技术对气、液向上共同喷射时液体中的气-液射流特性进行了实验研究,并建立了气泡直径分布函教及射流特征尺寸的关联式。同时,对射流两相区内两相的流动用一两相模型进行模拟,考察了喷咀直径、初始条件、液体压头和气泡直径对器内两相流动的影响。     

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。     

水力喷射空气旋流器中射流雾化过程模拟及其机理

水力喷射空气旋流器(WSA)是一种新型高效的气液传质反应设备。采用雷诺应力模型和VOF两相流模型较好地模拟了WSA的气相压降特性、液相回流比和射流雾化过程,并讨论分析了雾化过程的机理。模拟和实验研究表明,WSA的气相压降随着进口气速的增加先后出现低压降区、压降突跳区、压降过渡区和高压降区4个特征区域,并给出了不同压降区域之间转折点气速的计算方法。射流在这4个压降区域里,分别表现为稳态射流、变形与袋式破碎、袋式破碎与剪切雾化和剪切雾化与离心分离等流态。射流在压降过渡区与高压降区的转折点左右实现充分雾化并达到最大相间传质面积。研究结果为建立基于WSA压降特性的射流雾化与流场调控方法提供了理论依据。     

基于OpenFOAM模拟精馏塔板的气液流动

本研究对筛孔型精馏塔板上的空气-水两相流进行了模拟，模拟方法采用基于开源软件平台OpenFOAM的双流体模型框架。模拟体系选用Solari-Bell经典实验体系，研究了不同操作条件下的气液两相流动参数，包括清液层高度、气相速度、液相速度和塔板压降等，模拟结果与实验结果的变化趋势基本一致。基于CFD模拟结果，分析了不同工况下塔内气液两相速度场与气含率分布等流动参数，结果表明本工作可以较好地捕捉塔板上的气液流动特征。进一步地，讨论了应用OpenFOAM模拟精馏塔内气液两相流动的若干影响因素，在此基础上分析了气液错流体系相间曳力对模拟结果的影响，实现了与使用商业软件模拟结果相接近的预测效果，验证了使用OpenFOAM模拟精馏塔体系的可行性。     

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.     

气固流化床中侧向射流穿透深度的研究

本文以小米和两种硅胶为物料，在314×25mm的二维射流流化床中，用摄像法研究侧向射流穿透深度，并得到了关联式，误差小于25％．当射流倾角变化范围不大、并忽略射流位置的影响时，可以得到简化公式，误差小于40％使用基于对流体模型的计算机程序进行模拟，分析了射流产生的机理，研究了射流气速、直径、倾角和位置对射流穿透深度的影响．模拟值和实验值较吻合．     

轴对称射流研究进展

综述了轴对称射流的实验研究方法、理论分析和数值模拟。提出了今后应进一步研究的问题 :喷嘴前流体湍动程度对射流发展影响的研究 ;喷孔形状、喷孔孔长、喷孔孔径以及喷孔分布方式对射流发展影响的研究 ;固 液、气 液、气 固等混合体系射流的研究     

网格尺度、时间步长和颗粒堆积率对射流床CFD模拟的影响

采用欧拉-欧拉双流体模型,在CFX4.4软件上增加用户自定义子程序模拟了高2.0 m、宽0.3 m的二维射流床内空气和玻璃珠体系的流体动力学特性. 考察了网格尺度、最大颗粒堆积率和时间步长对射流的形成及发展过程、射流穿透深度及射流频率的影响,并与实验数据进行了对比. 结果表明,对于本研究的气固体系,当床层下部纵向网格数为100、时间步长0.0005 s时,不仅可以满足网格尺度和时间步长的无关性要求,而且模拟的射流穿透深度和射流频率与实验测量值的误差分别为5.7%和3.8%. 最大颗粒堆积率在本研究范围对模拟结果的影响可以忽略.     

射流式泡沫发生器内部流场的数值模拟

通过数值模拟方法,运用FLUENT模拟射流式泡沫发生器内部气液两相流流场运动规律,并分析不同气液比对泡沫发生器内部气相体积分布影响。结果显示,不同气液比情况下,射流式泡沫发生器内气液两相流的静压和速度分布表现不同。该成果为疏松砂岩油藏以及油田冲砂洗井作业提供指导,为后续射流式泡沫发生器结构设计提供理论依据。     

流化床中射流机制和双射流相互作用

在文献的基础上, 通过实验和模拟的方法研究了射流机制和双射流的相互作用. 采用一个300 mm′51 mm的两维气固流化床,内置两个垂直射流, 使用多路毕托管系统测量射流穿透深度. 使用描述气固流态化的双流体模型进行模拟,用改进的IPSA求解模型方程,通过数值模拟, 讨论了射流产生的机理, 再现了双射流, 并发现双射流的相互作用可分为三类：孤立射流、过渡射流和互作用射流,提出了相应的射流间距判据. 发现影响双射流穿透深度最主要的因素是射流动量、两相间曳力、射流间距和床层表观气速, 建议使用Froude数、Reynolds数、床层表观气速、射流间距和喷口直径来关联不同区域的射流穿透深度. 得到了一个关联式并与文献中的关联式或实验数据做了比较.     

旋流燃烧室内气体-颗粒两相湍流流动的数值模拟

综合应用代数Reynolds应力模型和流体相脉动速度大小和方向均具有随机性的颗粒相随机轨道模型,对旋流燃烧室内有直流射流与旋转射流相互作用的气-固两相湍流流动进行了数值模拟.得到的气相轴向与切向速度和轴向脉动速度均方根值分布以及颗粒相轴向总质量流通量和轴向与切向速度分布与实验基本相符合,并比对气相湍流采用k-ε模型的相应计算结果有较明显的改进.     

稠密同轴气固射流的CFD模拟

同轴气固射流在能源领域具有广泛地应用,但大多数研究集中在颗粒浓度较低的工况。为了研究稠密同轴气固射流的流动特性,采用了稠密离散相模型(DDPM)耦合离散元模型(DEM)的方法对该体系进行计算流体动力学(CFD)模拟,该方法同时考虑了孔隙率对气固曳力的影响和颗粒间的碰撞作用。由于射流过程中,气体对颗粒的作用占主导,分别考虑了不同环形气体速度和气固曳力模型对气固流动的影响。模拟结果表明,该模型能合理地模拟在不同气速下稠密气固两相射流的颗粒弥散特性,与实验现象定性一致。在较高气速下,引入湍流模型对预测结果有显著影响,模拟得到的颗粒弥散程度较大。不同气固曳力模型对颗粒弥散的预测有明显影响,WenYu曳力模型下颗粒弥散程度较大,Gidaspow模型次之,SyamlalO’Brien模型给出的颗粒弥散程度较小。     

轴对称射流研究进展

综述了轴对称射流的实验研究方法、理论分析和数值模拟。提出了今后应进一步研究的问题：喷嘴前流体湍动程度对射流发展影响的研究；喷孔形状、喷孔孔长、喷孔孔径以及喷孔分布方式对射流发展影响的研究；固—液、气—液、气—固等混合体系射流的研究。     

立式蒸发式冷凝器传热传质的CFD模拟

基于VOF算法,建立了立式蒸发式冷凝器气-液两相顺流传热传质的计算模型.根据CFD模型,计算了在不同气、液相进口条件下,管壁温度的分布、气-液相界面处潜热和显热换热量的关系,模拟得到的管壁温度分布与实验数据吻合很好.计算结果表明,降低进口空气的相对湿度、增大气相流速或者液相流量,都可增强气-液相间热质交换的剧烈程度;气-液相界面处的换热主要形式是由于水蒸发引起的潜热换热,占80%以上,它远远大于由于温度梯度而引起的显热换热量;气-液相界面处的蒸发潜热主要受空气的相对湿度影响,其次是气相流速和液相流量.     

液-液气射流泵的实验研究

液-液气射流泵是一种能同时抽吸液、气两相介质的液体喷射泵。本文首先对液-液气射流泵的工作原则以及基本性能方程的推导过程进行了论述,引入了表征引射介质中气相的体积流量比的参数β(含气比),最后通过性能试验得到了液-液气射泵的基本性能方程。该方程还能够描述液-液和液-气两种射流泵的基本性能,适用范围广泛,可作为工程设计的参考。     

等温气液混合器压降研究

实验研究空气-水两相流体通过等径90°T型管混合器进行混合的压降.结果表明,在实验范围内,混合后气液两相混合物的流动流型为环雾流,其压降主要与两股混合物流的动量比有关.根据混合后气液两相混合物的流动流型,模拟计算空气-水系统的压降,计算结果与实验结果较为吻合.利用该计算模型分析气液流量对混合器压降的影响.     

射流鼓泡反应器的混合特性

射流鼓泡反应器以液体射流代替搅拌实现液相混合,具有结构简单、制造及维护费用低等诸多优点,研究其混合特性对于反应器的设计、优化及放大具有重要意义。以空气-水作为模拟介质,采用KCl电解质溶液为示踪剂考察了表观气速和射流Reynolds数的大小对液相宏观混合时间的影响,并从能量输入的角度对射流鼓泡反应器的混合机制进行分析。研究发现,在实验条件下(表观气速变化范围为0.0006～0.0343 m·s^-1,射流Reynolds数的变化范围为1.75×10⁴～7.00×10⁴),鼓泡的加入使得均相射流反应器内的液相混合得到改善;随着表观气速增大,液相宏观混合时间先缩短后延长;当气体输入功率或液体输入功率不变时,混合时间随总输入功率的增大而缩短。通过对多组实验数据的回归分析,提出了液相宏观混合时间与液体输入功率和气体输入功率的经验关联式,计算值与实际值吻合较好。最后基于提出的关联式,发现当总输入功率一定时,混合时间随气体输入功率的增加先缩短后延长,临界转变点在气体输入功率为总功率的61%处,此时气液两相协同作用最强。     

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.