凝结核粒子计数器的研究及校准技术现状

凝结核粒子计数器(CPC)是针对亚微米及纳米量级气溶胶颗粒的检测仪器,其在环境监测、气象研究等领域有重要应用。国际上有少部分机构已经实现了CPC的规模化生产,而国内的相关研究却相对滞后。本文基于国内外学者对于CPC的研究成果,讨论了近40年CPC的发展历程。我们介绍了不同种针对CPC结构的优化方案,并围绕生长温度、颗粒浓度、工作液性质等参数对CPC检测性能的影响进行了探讨。发现鞘流的加入可以显著降低CPC的切割粒径,工作液的性质直接决定了CPC的计数效率,合理控制冷凝器和饱和器的温差以及颗粒浓度也对CPC计数效率有改善作用。随后介绍了几种主流的CPC校准装置以及校准技术,并对比分析了其优劣性;最后讨论了不同类型CPC的测试性能以及主要应用。     

水液压马达小孔节流静压轴承分析与数值模拟

为了保证水液压马达的容积效率,分析了以水为介质的静压支承特点,并针对非线性节流器(小孔节流)静压支承这种流量与黏度没有简单正反比关系的情况做出分析,提出水膜间隙厚度范围.应用CFD软件对静压轴承流场进行了数值模拟,得到的流量稍大于经典理论计算的流量.在偏心率大于0.3时数值模拟的承载能力比理论计算大,并且数值模拟值更为可信.     

叶片式水力旋流器操作参数优选

采用CFD软件中基于各相异性的雷诺应力湍流模型,应用PC-SIMPLEC算法,对叶片式旋流分离器内部流场进行了全面深入的三维数值模拟,得到了旋流器内部流场的压力分布特性和油相体积分数分布特性。通过数值模拟和试验研究,对旋流器的操作参数进行了优化,分析了不同分流比和流量对分离效率的影响,并最终优选出最佳分流比和最佳操作流量。     

生物芯片压电微流体泵扩散管液体流量效率分析

微型扩散管是生物芯片压电微流体泵最重要的部件。它的流量效率是微流体泵关键技术之一。本文对矩形截面的微型扩散管流动进行无量纲分析 ,并采用CFD软件FLUENT对微型扩散管液体三维流动进行大量的数值实验。计算表明 ,微扩散管流量与扩散管结构几何参数 ,压强差 ,液体性质密切相关 ,并得到扩散管流量效率随无量纲参数 (雷诺数、长宽比、厚宽比和扩散角 )的变化规律和最佳流量效率的设计参数范围     

一种基于惯性冲击原理的亚微米粒子采样器研究

惯性冲击器是一种常用的粒子分离装置,广泛应用于气溶胶研究领域。为了收集环境空气中的微生物粒子,设计了一种基于惯性冲击原理的亚微米粒子采样器,其采样流量为3 L/min,理论切割粒径为0.45μm。利用流体力学分析软件Fluent对采样器内部流场和粒子运动轨迹进行了仿真,分析了关键参数对采样器收集效率的影响,并优化了设计参数。根据得到的优化参数制作了一个粒子采样器,实验表明,该采样器能够实现对环境空气中0.5μm以上的粒子高效率收集,满足实际检测要求。     

煤气化核心调节阀的数值模拟与结构优化

该文以航天煤化工系统中的某型号笼式调节阀为研究对象,应用CFD数值模拟方法研究了调节阀的内流场特性。通过模拟给定压差下阀门不同开度的流量特性,得到调节阀的流量特性曲线,并与试验测定的数据进行比较分析,模拟值与试验值吻合较好。根据流场特性对流道做了优化并对新结构做了数值模拟,结果表明,优化后的流道流阻减小、涡流强度减弱、进而减少了能量损失。     

弯管颗粒预分布结构对旋流器性能的影响

旋流器在进行延迟焦化废水焦粉脱除领域具有多重优越性，为保证旋流器结构不改变条件下提高旋流器脱除焦粉的能力，提出了在旋流器入口处设置弯管预分布结构以实现进口颗粒的预分布，即实现颗粒沿旋流器柱段的外壁面进入旋流器，提高旋流器的分离效率。通过试验验证了优化后旋流器在高进口流量条件下能有效提高旋流器分离效率，同时降低旋流器的压降；利用FLUENT软件对不同入口流量下旋流器内部流场进行分析，设置预分布结构后，旋流器内部切向速度增大且改善了切向速度的对称性，同时改善了轴向速度分布状态，降低了入口横截面的湍动能，分离效率最高提升至96%，结合多项流场参数分析结果显示，优化后旋流器具有更高的动态效率。     

小型高效蒸汽轮机主汽阀的优化设计

数值模拟了某小型高效汽轮机主调阀内的全三维复杂蒸汽流场,给出了阀门的整体流量特性曲线,分析了阀门内部流场细节,指出调节阀的喉道附近流场分布不均匀是造成阀门损失的主要原因。接着对阀碟型线进行优化,优化后的阀门通流量减小,流场内部涡流区大大减小,速度分布不均匀性得到改善,湍动能范围和幅值大幅度下降,这一切表明阀门的效率和稳定性得到很大的提高。最后,实验验证了阀门的通流特性和安全性,为阀门的结构优化设计提供了重要依据。     

离心式压缩机小流量级分析与优化设计

对某离心式压缩机小流量级的内部流动情况采用了三维粘性流场进行数值模拟。通过对其整级，特别是无叶扩压器和回流器内部流场进行了分析探讨，提出了无叶扩压器、弯道和回流器的改造方案，使其优化后的级多变效率在各个工况下均有所提高。     

油管外表面气动喷砂两相流场数值模拟

为了确定油管外表面气动喷砂的工艺参数,采用遵循欧拉-拉格朗日方法的离散相颗粒模型,对不同工况条件下的气固两相流场进行数值模拟。首先采用S-A湍流模型对连续相流场进行数值模拟,得到了气相流场的特性;再采用颗粒轨道模型对固体颗粒相流场进行计算;最后,在仿真计算过的气相流场中加入固体颗粒相,求解颗粒的受力情况,得出颗粒轨迹和速度。结果表明：当喷射距离在100mm、粒子直径在0.5～1.0mm之间时,粒子喷射到油管外壁的速度最大,并且能够覆盖外壁全表面,喷砂效果最佳。     

污染扩散流场数字图像量测系统

为在环境风洞实验中模拟污染物的扩散流场及变化情况,基于光学粒子散射理论和数字图像处理技术,并利用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术,研制了一套具有全流场量测、非接触及低成本等特征的瞬态流场定量光学测量系统。将系统用于环境风洞模拟中,可对城市小区、街道峡谷及交通高架污染物等的扩散状况进行定性观察,还可对污染物的流场进行定量量测。可为污染物流场的理论研究、数值计算及环境规划提供参考。     

基于ICP-MS的二氧化硅亚微米粒子特征参数分析

将电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）配合外部质谱信号采集存储装置,用于研究表征亚微米颗粒粒径和浓度参数。在模拟采集模式下,以300~2 000 nm粒径的SiO₂粒子为例,通过优化进样系统及仪器的工作参数,分析了样品提取速率和雾化气流速对单颗粒质谱信号强度的影响。在优化的实验条件下,SiO₂颗粒粒径部分检测限为233 nm,对300~900 nm粒径粒子测量的线性相关系数大于0.99,但对1 500、2 000 nm粒径粒子的检测结果出现明显偏差。论证了利用样品传输效率测量悬浮液粒子浓度的可行性,并将ICP-MS的粒径测量结果与扫描电镜法（SEM）、光子相关光谱法（PCS）的测量结果进行比较,3种方法对于粒径小于900 nm粒子的测定结果基本一致,且具有相似的测量精度。该方法分析速度快、结果准确,可用于SiO₂亚微米粒子粒径、浓度参数的测量。     

基于Fluent的煤粉燃烧器风管流场数值模拟与分析

利用Fluent软件对煤风管道内气-固两相流进行模拟仿真,通过观察固体颗粒运动轨迹,对管道内冲蚀磨损进行研究分析。利用RNG k-ε湍流模型和拉格朗日离散相模型对燃烧器煤风管道内煤粉颗粒-空气两相流场进行耦合数值模拟,对比分析了输煤管在不同角度α时的流场特性和颗粒运动轨迹,发现当α≤15°时,管道壁面冲蚀磨损率有所降低;管道中除了存在冲蚀磨损,同时还伴随有摩擦磨损。通过对计算结果的分析和讨论,发现燃烧器设计的不合理因素,对煤粉燃烧器结构改进和相关参数优化有一定指导意义。     

基于微螺线管电感式传感器的金属颗粒形态对输出特性影响的研究

基于电感测量技术与微流体技术的油液检测芯片, 不仅可以区分出铁磁性和非铁磁性金属颗粒, 还可以对油液中的颗粒进行计数统计和颗粒大小测量,从而判断金属颗粒污染物的来源及设备的磨损状态。通过理论分析、数值模拟及实验验证, 分析不同形态铁磁颗粒退磁场, 研究铁磁颗粒形态对电感式传感器的输出影响。建立理论模型描述不同形状颗粒的退磁因子、磁化场, 以及磁化的金属颗粒产生磁场从而导致线圈电感发生变化。基于模型计算并验证同体积下球形、不同轴长比的圆柱、椭球颗粒的磁场和电感输出, 分析结果显示颗粒越细长、退磁因子越小则越容易磁化, 因此细长颗粒引起传感器的电感变化更大, 另外圆柱形颗粒的电感变化大于旋转椭球型颗粒。     

某缸内直喷发动机油气分离模拟分析及实验验证

该文使用CFD仿真分析软件对某缸内直喷发动机油气分离器内气液两相流场进行了数值模拟,分析了三种不同结构(改进前后)迷宫式油气分离器的流动分布、压力损失,采用离散模型模拟油滴粒子喷射,假定油滴粒子与壁面碰撞后即被捕捉,进而得出不同直径油滴的油气分离效率,并设计了一个简单而有效的试验方法对油气分离器分离效率间接进行验证.结果表明,采用CFD软件模拟计算方法能够计算出油气分离器油气分离效率,获得的结果反映了流动本质,根据所需要的油气分离效率优化设计油气分离结构,满足最终产品要求.     

蒸汽喷射器流场模拟及性能优化分析

对应用于太阳能喷射式制冷系统喷射器的内部流场进行了数值模拟,对其性能进行了优化分析;选用制冷工质为R134a,通过数值模拟,研究了喷射器结构尺寸及工作参数对其性能的影响及其最佳的工作范围。     

实时在线单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪的研制

针对大气气溶胶单颗粒粒径及成分同时检测的要求,自行研制了一台实时在线单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪,并对仪器各部分的原理和结构进行了描述。用实验室产生的标准气溶胶粒子对仪器进行粒径和质量数校正,同时考察激光能量对邻苯二甲酸二辛脂(DOP)气溶胶颗粒的打击效率及其谱图的影响。室内气溶胶颗粒采样证明了该仪器具有较高的同位素测量精度及质量分辨率。     

基于流场调控的商用车动力舱多目标优化

针对某商用车动力舱的扬尘、散热及驾乘热舒适性差等问题,提出了基于CFD数值仿真+叠加优化的动力舱流场调控优化方法.对原车动力舱内流场进行仿真分析,指出减小气流阻力、增大进风量是改善动力舱性能的基础.对散热器、冷却风扇以及护风罩进行叠加优化以实现对动力舱流场性能调控优化,结果表明:优化后进风量增大70.9％,进风温升比原...     

轴流引风机进气箱不同配置的性能比较

对大型电站动叶可调轴流引风机进气箱内部三维流场进行了数值模拟,比较了进气箱几种不同配置时进气箱出口压力损失和速度分布,分析了内部流动损失的原因,计算结果为进气箱结构的优化设计提供了参考.通过与实验结果比较,计算结果验证了数值计算的精度.