气固两相流体绕方柱流动的PDPA实验研究

气固两相流体绕流方形截面柱体的流动对于理论研究和工程应用都具有重要意义,但由于其复杂性人们对它 的认识还很初浅。文中应用三维颗粒动态分析仪(3D-PDPA)对较高雷诺数下气固两相流体绕流方形截面柱体的流场进行了测量,得到了两相绕流的时均速度场和速度脉动分布等数据,并分析了颗粒的存在对流场的影响。研究发现载有颗粒的气固两相方柱绕流存在回流区,其两相方柱绕流的尾迹区长度比单相绕流尾迹区短。在流向方向上可以把绕流后流场大致分为靠近方柱的基本区和远离方柱的近尾迹区两个区域,基本区内各方向的速度脉动程度都非常强,颗粒脉动比气流脉动强;而近尾迹区内速度脉动较弱。在横向方向上,y/D<1/3区域内气流速度脉动强度很高,而且颗粒脉动比气流脉动强度高;在y/D>1/3区域内则脉动强度很低。研究结果对于认识较高雷诺数下气固两相方柱绕流流场特性和工程应用具有指导意义。     

气固两相湍流射流中颗粒的统计特性

为了进一步揭示气固两相湍流射流中颗粒的扩散机理，在对流场进行高精度直接数值模拟的基础上对颗粒进行了统计研究。跟踪颗粒轨迹时，在拉格朗日框架进行，统计颗粒的平均速度时采用欧拉方法。结果显示，颗粒的流向平均速度剖面呈高斯分布，而横向平均速度剖面则呈正弦分布。其中Stokes数为1的中等颗粒的速度较低，Stokes数为0．1的小颗粒的速度分布较宽，而Stokes数为8的大颗粒在射流中心区的速度较高。颗粒速度分布的不同导致颗粒不同的浓度分布和扩散方式。     

气固两相圆柱绕流转捩两种模式的三维直接数值模拟

该文对随空间发展模式的三维气固两相圆柱绕流中颗粒与流体的单相耦合作用进行了直接数值模拟。气相流场采用高精度紧致差分方法的数值方法对N-S方程组进行直接求解,计算颗粒场时,选取Stokes数等于0．01、1、10的颗粒,采用Lagarangian方法跟踪其运动。颗粒与壁面采用了弹性碰撞的方法来模拟。重点考察了颗粒相受两种模式下拟序结构的作用,分析了不同Stokes数的颗粒扩散受其相应流场特性的影响。数值结果表明,颗粒扩散受两种模式的影响很大。在相同的Stokes数下,B模式下的颗粒场纵向和横向扩散要高于受A模式影响的颗粒场；而在相同雷诺数下,Stokes数越大,横向扩散越小,纵向扩散越大。     

气固喷射器内气固两相流动三维数值模拟

利用拉格朗日和欧拉法相结合的三维数值模拟技术,对收缩型气固喷射器内的气固两相流动进行数值模拟研究.该文的数值模型考虑了气固两相的双向耦合作用以及颗粒碰撞.在他人研究结果的基础上,分析推导出密相气固两相流中固体颗粒运动动能与携带流体的动能之间的新的转换关联式.文中通过对气固喷射器内气固两相流流动的模拟计算,发现驱动气体在喷射器中心会形成一相对“稳定”的射流区域,而固体颗粒也存在积聚区,针对喷射器内存在固体颗粒堆积现象,本文对气固喷射器的结构设计提出了相应的改进措施.     

气液两相流图像区域相似值序列的混沌特性研究

应用一种将视频信号的每一帧图像分块成小的区域,每相邻两帧图像的相邻两区域进行灰度相似值计算,组成时间序列的新方法,对时间序列分别求取最大李亚普诺夫指数,组成最大李亚普诺夫指数矩阵。利用李亚普诺夫指数的特征将气液两相流视频划分为混沌特性不同的区域,分别采用0、1分布图谱以及三维图谱,对其从整体以及细节两部分进行分析。结合最大李亚普诺夫指数矩阵的分形盒维数与香农熵两个特征,对气液两相流型流动机制进行辅助分析。实验结果表明,由于气液两相流视频图像的背景与变化相界面具有强度不同的混沌特性,图像小区域分块灰度相似值序列结合最大李亚普诺夫指数的方法能够区别出不同流型的流动特性,是一种有效的分析气液两相流图像信号的新方法。     

气液两相流并列双方柱绕流涡脱特性数值研究

采用有限容积法,综合考虑了由剪切引起的紊流和由气泡引起的紊流关系式,基于双流体模型,对不同含气率、不同间距比下气液两相流并列双方柱绕流旋涡脱落特性进行了数值模拟。通过计算发现：气液两相流并列方柱绕流,在间距比T/D<2.0时,双方柱尾迹模式是偏流模式,且宽窄尾迹流是通过中间模式(非偏流)相互转化的;在偏流模式中,拥有宽尾迹模式的柱体具有更小的阻力,拥有窄尾迹模式的柱体具有更大的阻力,而中间模式两柱体阻力相当;在间距比T/D32.0时,双方柱尾迹是“同步”模式,在T/D=2.0时,双方柱以同步同相旋涡脱落形式为主,T/D=2.5、3.0、5.0时,双方柱以同步反相旋涡脱落形式为主。来流含气率增大对抑制气液两相流绕并列双方柱流动的涡街生成贡献很大,当含气率增大到0.12时,没有稳定涡街生成。对气液两相流并列双方柱绕流频域过程分析发现：来流严格对称的情况下,并列两方柱运动参量频域过程是非对称的,两柱体长时间所受到的流体作用是不一样的。     

平面流分离器内气固流动和分离性能的研究

通过对气体流场的测量，颗粒运动轨迹的计算分析以及冷态模型的实验研究，探讨了气固两相在分离器内的流动规律和固相分离的机理及特点，分析了结构形状等因素对气固分离的影响，提出了改善仞了器性能的建议和措施，为工程设计提供了参考依据。     

圆柱绕流现象的格子玻耳兹曼数值模拟

用新近发展的格子玻耳兹曼方法对圆柱绕流现象进行了数值模拟计算，将模拟结果与实验结果进行了比较分析，获得了很好的一致性，反映出相同的流动特征。通过实际算例的应用，对格子玻耳兹曼方法的优点、发展潜力和目前存在的主要问题进行了讨论。     

带有侧边风的气固两相射流混合特性的实验研究

带有侧边风的燃烧器在电厂锅炉中得到广泛应用，侧边风往往布置在一次风射流的背火侧，可以起到防止水冷壁结渣和高温腐蚀的作用。该文通过气固两相模化实验，采用基于光学波动法的激光光纤探针对带有侧边风的燃烧器出口射流的混合特性进行了试验研究，获得了带有侧边风的气固两相射流沿程各截面固相浓度分布规律以及侧边射流的混合特性，试验结果对深入了解气固两相射流的发展规律、平行射流的混合特性以及电厂锅炉燃烧器的设计有指导意义。     

激光干涉气液两相流颗粒速度矢量测量的研究

介绍一种测量气液两相流粒径和速度的新技术——激光干涉气液两相流测量技术(ILIDS)。在完成应用二维卷积和快速傅立叶变换图象处理技术，获得气液两相流颗粒空间位置分布和粒径方法的基础上，开发了基于粒径配对度、形变配对度等算法的粒子寻迹测速算法，能够从一组连续拍摄的气液两相流干涉图像中获得各个颗粒的速度矢量，从而得到二维颗粒运动矢量场。     

集成内循环双速流化床脱硫塔内气固两相流动的试验研究

提出了集成内循环双速流化床脱硫塔的工艺,利用激光多普勒粒子动态分析仪(PDA)对塔内的气固两相轴向速度、切向速度和颗粒浓度进行测量。对塔内的气固流动特性以及旋流结构和槽形分离器对内循环的贡献进行研究,为优化脱硫塔工艺设计提供依据。     

矩形和圆形微通道内流体流动特性的实验研究

流体在微米级通道中的流动规律与常规通道不同,其区别主要体现在摩擦因子、转捩雷诺数和泊肃叶数等方面。针对上述问题,实验研究了水在水力直径为167~195 m矩形硅通道和水力直径为168~399 m圆形玻璃微管中的流动特性。结果表明,对水力直径为167~195 m的矩形通道,其转捩雷诺数发生在1 300~1 480;对水力直径为168~399 m的圆形通道,其转捩雷诺数位于2 600~2850,且二者的摩擦因子和泊肃叶数与理论值基本一致,这说明了微通道的形状对流动阻力特性没有明显影响。通道S-3的长径比为173,其入口段长度比常规管道入口段略长,说明微通道的入口效应较明显。实验测量了微通道的局部阻力压降随流量变化的关系。结果表明,突变微通道内水流动的局部阻力符合常规理论曲线。     

矩形扩压通道内流动控制的实验与数值研究

采用粒子成像测速技术和大涡模拟方法对带有涡旋射流的矩形扩压器分离控制的流场进行了实验和数值分析,数值计算结果与实验数据吻合良好。通过分析实验和计算得到相关截面速度和涡量分布,讨论了涡旋射流的二维涡结构;同时应用三维涡识别技术获得了射流产生各种涡旋结构的流动形态,重点研究射流流向涡结构的生成、发展等动力学演化过程。结果表明:射流剪切层涡系的结构随着时间推移从涡卷演化为了涡环;射流孔口前缘的马蹄涡系具有较强的稳定性,反向涡对具有明显的时均特性。此外还通过对比射流控制前后扩压器表面压力系数、分离区长度、扩张段流动形态及观测点功率谱分析等多种方式探讨了射流控制流动分离的控制效果,并指出射流在下游远场形成的纵向涡旋将主流流场边界层外的高能流体卷入到边界层内,增加了边界层内部的流动能量,从而延缓或抑制了流动分离。     

密相气固两相流管道气力输送的阻力特性

在1∶1比例的工业气力输送系统试验台上,进行了输送管道中气固两相流的阻力特性试验,对影响气固两相流压力损失的主要因素,包括被输送物料的基本性质与特征,输送气体的物性,管道的特性和操作条件四个方面进行了分析与探讨,为气力输送系统的工程设计和理论研究提供了依据。     

循环流化床炉内气固两相流流体特性研究

通过对两相流的概念以及循环流化床锅炉炉内气固两相流的特点和规律的阐述,并结合循环流化床锅炉炉内两相流的表现形式,运用物理学的基本知识,比较分析了气固两相流与水流之间的联系与区别,阐述了锅炉内流态化的特点及其规律,从而对循环流化床锅炉有了重新认识。     

新型介质阻挡放电等离子体激励器的放电与诱导流动特性实验

等离子体流动控制扩大压气机稳定性对等离子体激励器的诱导气流速度提出了更高的要求。进行了新型布局介质阻挡放电等离子体激励器的放电特性与诱导流动特性研究,实验研究不同放电电压和占空比对激励器诱导气流速度的影响,并与传统布局激励器进行了对比分析,探讨其在压气机扩稳实验上应用的可能性。结果表明:相对于传统布局等离子体激励器一个放电周期内有一次"强"放电和一次"弱"放电,新型布局等离子体激励器有两次"强"放电;放电频率为15k Hz时,新型布局激励器的诱导气流速度在较低电压下比传统布局激励器小,在较高电压下比传统布局激励器大,最大速度能达到4.7m/s,因此在高电压下能够更好地抑制压气机叶顶泄露流或泄露涡的流动;两种激励器产生的射流都为紊流,随电压增高诱导气流紊流度增大,且新型布局激励器在高电压下紊流度更大,能更好地促进压气机主流与附面层之间的掺混;固定放电电压和放电频率,两种激励器的诱导气流速度均随着占空比增大而线性增大。     

应用PIV技术对气固喷射器流场的试验研究

建立了气固喷射器射流流场特性研究的试验装置,采用PIV(粒子成像测速)技术对气固喷射器内部射流流场进行了测量,分析了整个喷射器内部流场的流动特性。结果表明,先进的PIV流场测量技术应用于气固喷射器射流流场特性研究的可行性。     

菱形自由射流与圆形自由射流流动特性的粒子图像测速研究

针对菱形和圆形2种不同出口形状的孔板自由射流,在出口雷诺数Re 72 000(速度使用射流平均出口速度Ue,特征长度使用当量直径De)的情况下应用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对空气射流在初始段和过渡段的流场进行测量,并对2种不同形状出口的射流流动特性进行对比分析。结果表明:与圆形自由射流相比,菱形自由射流有更强的混合和卷吸周围流体的能力,具体表现在菱形自由射流的势流核更短,速度衰减和扩散更快以及湍流强度更大;另外,在菱形射流中还出现了长短轴半值宽变换的现象。     

采用粒子图像测速技术测量的预混式双流体静电雾化流场特性

为实现高湿环境下稳定的荷电喷雾,采用空气电离与液雾混合的荷电方法,设计了一种基于预混式双流体静电雾化喷嘴的喷雾系统,借助粒子图像测速技术(PIV)对喷嘴在不同气液比和不同电压下的喷雾流场进行了测量分析,获得了不同工况下喷雾速度场与喷嘴内部旋流场的变化规律。实验结果表明:随着气液比的增加喷雾核心区的雾滴最大速度没有明显变化,但核心区内雾滴群的高速运动区域增大,并由流场中上游向下游延伸;此时喷雾流场的湍流程度显著增强,喷雾集束性逐渐减弱,并衍生出较多尺度小且分散度高的涡。随着电压的升高,喷雾流场不同区域的扰动程度存在差异性,电场对荷电喷雾核心区的流场影响不大,但对液束边缘处扰动程度较为明显,表现为流线变得杂乱,产生较多小尺度涡。