用微型压电陶瓷泵产生液体射流的实验研究

研究微型压电陶瓷泵液体射流装置在不同工作状态下的射流形态和射流速度.实验结果表明该装置产生的射流很快破碎形成液滴.射流速度和液滴速度随着加载于压电陶瓷电极上的电压信号幅值增加而成线性增加.电压信号频率对射流速度的影响则不相同,当信号频率小于2700 Hz时,射流速度随着信号频率的增加而增加,但当信号频率大于2700 Hz时,射流速度基本不变.电压信号模式不仅影响射流速度,还影响射流形态.连续信号模式下,射流破碎后液滴形状更加不规则、液滴大小更加不均匀.     

十字交叉型微通道内液滴形成的数值模拟研究

基于Fluent软件的流体体积分数（Fluid Volume Fraction,VOF）模型,针对十字交叉型微通道内液滴的形成过程开展了三维数值模拟研究,分别研究了连续相黏度、分散相黏度、两相界面张力系数、壁面接触角对液滴形成的影响,为实际应用提供参考。研究表明随着连续相流速的增加,液滴生成直径减少,生成频率增大;增加连续相黏度时,液滴生成直径变小,生成频率的变化则相反;当分散相黏度超过连续相黏度时,出现射流现象而不能生成液滴;液滴生成直径随两相界面张力系数的增加而增大,生成频率降低;增大壁面接触角有利于液滴的产生,且两相流速为0.01 m/s和0.02 m/s时,接触角应分别取到150°和120°才能正常生成液滴。     

液滴喷射过程中碰撞的形态及流场模拟分析

利用VOF方法建立单个液滴与基板发生碰撞沉积变形的模型,分别对液滴的运动、射流、弛豫和浸润等4个阶段形态变化进行了分析。对模拟结果分析发现:液滴碰撞速度越大,射流能达到的铺展半径越大,液滴最后平衡所用的时间也越长,但速度太大可能导致在浸润阶段液滴回缩时形成中间空缺的现象。模拟结果与照片相符合,说明文中研究方法可行。对液滴铺展达到最大半径、平衡态半径的模拟值和计算值进行比较,二者的误差很小。液滴流场的变化是决定其形态变化的本质,通过对模拟得到的液滴内部流场进行分析,流场变化和液滴4个阶段的形态变化完全一致,从液滴内部掌握了其变形机理。     

射流过程中主液滴和伴随液滴的形成与消除研究

射流过程中常有伴随液滴的产生,伴随液滴不仅浪费资源,而且对生产系统及环境都会造成一定的危害,尤其是制药系统,所以有必要对射流过程中伴随液滴的形成过程及消除方式进行研究.本文利用高速摄像对射流破碎过程中主液滴和伴随液滴的运动进行研究,针对纵向扰动对射流过程中伴随液滴的影响进行实验研究.研究发现了滴针孔径、甘油质量分数和液...     

合成射流物理参数对控制翼型流动分离的影响

应用计算流体力学(CFD)技术数值模拟了合成射流对NACA0015翼型流动控制的影响.合成射流施加的位置分别距离翼型前缘12%c、30%c和70%c（c为翼型的弦长）,研究分析在不同位置施加合成射流,控制流动分离的效果随攻角和射流偏角的变化趋势,对组合射流的位置、相位角和动量系数进行研究.以二维不可压非定常Reynolds-averaged Navier-Stokes（RANS）方程模拟非定常分离流动,采用SST湍流模型,压力修正采用压力隐式算子分裂（PISO）算法,时间积分采用隐式处理方法,空间离散采用二阶迎风格式.通过对数值模拟结果的分析表明：1）12%c、30%c和70%c等对应的射流情形,采用切向射流均优于法向射流的控制效果; 2）对于组合射流和单一射流,射流位置应靠近分离点或在分离点之前,才能达到流动控制的目的,射流位置越靠近分离点流动控制效果越佳;3）组合射流选择合适的相位角,可以增强流动控制的效果.     

丙三醇溶液液滴形成过程的数值模拟

为了更为精确地研究液滴的形成和下落过程,对不同质量分数丙三醇溶液液滴的形成进行了数值模拟,得到的水滴形成过程与实验结果非常吻合、对不同的溶液液滴的长度、形成时间以及体积进行模拟和比较发现,质量分数对液滴形成有明显影响.结果表明,数值模拟在研究液滴形成和下落问题上具有很好的适用性.     

气动阀控微液滴产生系统的优化

为了提升气动阀控微液滴产生系统的液滴产生频率,研究了腔体结构和电磁阀控制对系统最高稳定液滴产生频率的影响.该系统主要部件包括腔体、腔体底部微米直径喷嘴、以高速电磁阀和放气管为核心的气路,以及液滴拍照装置.该系统利用高速电磁阀短暂导通在储液腔内产生气体压强脉冲,迫使储液腔内液体从喷嘴喷出,形成微液滴;气体随后经放气管排出,恢复储液腔内气压平衡.研究发现,缩小储液腔体体积和缩小电磁阀开启电压脉冲宽度,可以大幅度提高该系统最高稳定液滴产生频率.基于优化后的微液滴产生系统,研究了不同液滴产生频率下液滴速度.液滴初速度具有随液滴产生频率增加而加快的趋势,但是伴有较大的非单调涨落.随着电磁阀开启电压脉冲宽度的缩短,液滴直径有较大幅度的缩小,可有效提高该系统用于样品施加的控制精度.     

双液滴撞击液膜的界面追踪法数值模拟

使用界面追踪法(FTM)模拟了双液滴-液膜撞击系统中液膜卷吸气体生成气泡以及中心射流破碎发展成二次液滴的过程,分析了气泡生成以及射流破碎的机制。研究了不同We数与无量纲液滴间距的影响,得出双液滴撞击液膜系统中能发生气泡卷吸的We数范围是30～276,并且随着We数和无量纲液滴间距的增大,卷吸气泡的成型时刻越早,其体积也越大。对于中心射流的破碎,研究发现,We数越大,中心射流就会越早发生破碎,无量纲液滴间距越大,中心射流发生破碎时的We数阈值就越小,并且形成的二次液滴与碰撞轴线的距离越远,但是体积会越小。     

基于合成射流风力机翼型气动特性的数值模拟

在翼型上引入射流,以较小流动干扰对翼型表面绕流进行主动流动控制,从而达到延迟失速、抑制分离、增升减阻的目的.通过数值模拟方法,分析了合成射流中的参数射流偏角、动量系数和无量纲频率对翼型气动特性的影响.结果表明,合理地选择射流参数可以达到抑制翼型流动分离、实现增升减阻的目的,得出了相关参数与翼型特性之间的关系曲线,为下一步射流器的选择与控制提供了一些有意义的帮助.     

液体射流与空气交叉流动喷雾的数值模拟

采用气相的时均雷诺方程,在拉格朗日框架下求解离散相的运动方程,对水与空气交叉流动的喷雾流场进行了数值模拟研究.湍流模型为标准κ-ε模型,通过在气相方程中添加源项的方法,对两相间存在的质量、动量和能量交换过程进行了模拟;还添加了描述液滴的破碎及其碰撞聚合过程的计算模型;参考实验中的实测入口风速大小,添加用户自定义函数定义气相入口边界风速.计算时,交替求解气相和离散相方程直到两相都达到收敛来实现两相间的双向耦合.并将计算网格分割为两部分,在拥有两个处理器的工作站上并行运行.模拟结果与实验结果的对比显示,喷雾轨迹和液滴粒径大小与实验结果符合较好,也较合理地模拟出了液滴的空间分布情况.     

喷射成形静电作用下雾化过程的理论分析

静电雾化技术可以提高喷射成形雾化质量,但由于雾化过程涉及气液固三相流、流场和电场等多场联合作用等,给试验研究带来了诸多不便.为了深入了解静电作用对喷射成形中金属液射流破碎的雾化过程影响,从理论上分析了静电作用对喷射成形雾化中射流破碎长度、雾滴表面张力和雾化液滴粒径的影响.结果表明：随着静电电压的增加,射流破碎长度将缩小,雾化液滴直径减小;当电压升高到一定值时,破碎长度和雾滴直径趋于稳定.静电力降低了液滴的表面张力,使得雾化动力相对增加,从而有助于提高雾化质量.     

Experimental study on atomization phenomena of kerosene in supersonic cold flow

Experiments were conducted to study the atomization phenomena of kerosene jet in supersonic flow. The kerosene jet was driven by compressed nitrogen. Meanwhile, the shadowgraph and planar laser-induced fluorescence (PLIF) were used to visualize the flow field in the case of different total pressure and jet pressure. The results imply the followings: The combination of shadowgraph and PLIF is a reasonable method to study the atomization phenomena in supersonic flow. PLIF can detect the distribution of kerosene droplets accurately. Shadowgraph can visualize the wave structure. Higher jet-to-freestream dynamic pressure initiates higher penetration height and the jet column will be easier to breakup and atomize, but it also induces stronger shock waves and aggravate total pressure lost. Three-dimensional, unsteady surface wave plays an important role in making the jet break up and atomize. Higher jet-to-freestream dynamic pressure will accelerate the development of surface wave and enlarge the amplitude of surface wave, while lower jet-to-freestream ratio will inhibit the development of surface wave. Supported by the Fund for the Application of the Combination of Plif and Schlieren Methods in the Study of Mixing Enhancement by Newtype Cavity in Supersonic Combastion Field (Grant No. 10402040)     

Experimental investigation on heat transfer enhancement of mist/air impingement jet

The heat transfer performance of a mist/air jet impingement on a constant-heat flux surface was experimentally investigated.Two objectives were outlined in the current study.The first objective is to assess the effects of mist/air volumetric flow rate ratio,impinging mode and heat flux on the heat transfer characteristics of free mist/air jet impingement.The second objective is to assess the effect of swirl flow induced by the spinning grinding wheel on the mist/air jet impingement,simulating the heat transfer process on a grinding work-piece surface subjected to the mist/air jet impingement.The results show that the addition of dilute water droplets to air flow results in significant heat transfer enhancement.Once the mist/air ratio is increased to a certain value,the increase of heat transfer with the mist/air ratio becomes slow.For a given mist/air ratio,as the increase of heat flux,the contribution of droplet evaporation to the overall heat transfer is weakened relatively,resulting in a decrease of heat transfer enhancement in comparison to the lower heat flux case.The heat transfer coefficient in the stagnation region for the oblique jet is much lower than the normal mist/air jet impingement,while in the region away from the stagnation,the local heat transfer coefficient for the oblique jet is higher than the normal jet.As regards as the mist/air jet impingement in the vicinity of grinding zone is concerned,when the jet impinging direction is consistent with the rotating direction of rotating disk,the swirl flow induced by the rotating disk could entrain more droplets to enter the jet impinging stagnation zone,which is beneficial to convective heat transfer enhancement.Furthermore,as the rotational speed of disk increases,the temperature deceases in impinging jet stagnation zone.     

幂律流体双股碰撞雾化特征的实验研究

为深入研究双股射流碰撞系统的雾化特性,基于双股射流碰撞雾化实验台,采用PIV测速仪,通过改变双股射流的射流不对称性、添加氮气气流扰动以及添加金属铝粒子,来实验探究上述因素对于幂律流体雾化的影响.实验结果表明:韦伯数较小时,幂律流体以一定偏心度碰撞会形成链状液膜,链结长度随偏心度增大而减小;当双股射流以不同长度撞击时,幂律流体会出现鱼骨模式,该现象在0.15%卡波姆凝胶中较为明显;添加气流扰动能增大幂律流体液膜表面波的强度,导致液膜宽度变薄、液膜边缘提前破裂,并且当韦伯数较小时,液滴索太尔平均直径减小;添加金属粒子使幂律流体强度变低,最大破碎长度变小,提前进入各个破碎模式,更早达到液滴平均直径收敛值.采用一定的偏心度,适当加入气流扰动和金属粒子,有助于改善幂律流体雾化性能.     

喷墨头图像检测系统研究

描述了喷头检测技术的现状，设计基于图像处理技术的喷头检测系统。在摄像机固定，墨点运动场合中，通过计算机自动控制CCD摄像头，可视化喷头墨点喷出的运动过程和形态，同时利用图像采集卡连续抓拍图像感知墨点的分布、形状、运动等，经过图像处理后对对影响喷头的主要因素进行定量或定性检测。与传统的喷头检测技术相比，既解放劳动力，排除人的主观因素干扰，又能快速而准确地进行定量检测喷头，给出喷头性能的评价，以便用户更好地选择喷头组合。     

破甲聚能装药射流控制技术研究

研究装药结构参数对破甲弹射流作用效果的影响.通过分析射流形成原理,给出了一种可用于控制聚能装药射流的破甲弹结构和计算模型.试验表明:聚能装药射流分离可靠,延时效果明显.该结构可对付新型反应装甲并对主装甲具有一定的毁伤效果.     

应用VOF方法的水平圆柱入水数值模拟

为了研究水平圆柱砰击入水问题,建立了数值水池,应用VOF结合动网格技术的方法对零浮力水平圆柱入水过程的气液两相流动和刚体运动耦合的问题进行了数值模拟.捕捉了圆柱入水过程中射流的形成、运动和空气垫效应等自由表面的变化现象,模拟了圆柱竖直运动过程;讨论了湍流粘性对圆柱入水的影响.结果表明:圆柱入水的数值模拟结果和实验数据符...     

用三重管喷射注浆法在渗漏土坝中建造防渗帷幕的探讨

本文提出用三重管喷射注浆法在渗漏土坝中建造注浆帷幕解决渗漏问题,对注浆帷幕厚度计算问题作了探讨,提出计算的方法,列举用三重管喷射注浆法在渗漏土坝中建造防渗帷幕的工程实例。     

结构静响应形状灵敏度分析的边界元摄动法

本文将边界元方法与摄动法相结合,提出了计算结构响应对其形状改变的灵敏度的边界元摄动法。本方法将结构的形状改变看作其边界节点坐标在某一确定邻域内的摄动,用摄动公式得出边界元方程中系数矩阵与边界节点坐标之间的函数关系,从而快速求出位移、面力及应力的灵敏度。     

射流孔入射雷诺数对循环射流混合槽内流场特性影响研究

采用计算流体力学方法对循环射流混合槽内多孔耦合射流流动特性进行研究,分析射流轴截面内纵向速度分布、中心线速度衰减及其自相似性在不同射流孔入射雷诺数下的变化规律.结果表明:随着射流孔入射雷诺数的增大,三股射流在汇聚区相互卷吸与掺混,逐渐提升纵向速度,导致三股发展为两股射流;射流孔入射雷诺数的增大,减弱了射流中心线速度与初始速度比值的衰减趋势,同时增强了射流轴截面内纵向速度的自相似分布特性.