RH真空精炼系统气液两相循环流动的均相流模型

提出一种修正的均相流模型，即在模型的含气率守恒方程中引入气相水平滑移速度，该速度只存在于喷嘴附近的区域，其物理作用是将气体导入流体中．计算实践表明，修正的均相流模型能够解决侧吹装置中的气液两相流动问题．同水模型的实验观察比较表明，该模型模拟的气相分布特征同水模型观察结果符合较好．     

同轴送粉工艺参数对激光增材再制造喷嘴粉流流场的影响规律

激光增材再制造同轴送粉喷嘴粉流汇聚特性是影响零件成形质量和成形效率的重要因素,基于 DEM-CFD 耦合方法,开展三维同轴送粉喷嘴粉-气流场仿真分析,依据表征粉流汇聚特性的喷嘴中心轴向粉流分布浓度、焦点距离、 上焦点截面粉流分布浓度和单位距离粉流分布浓度等参数,设计单因素试验,在喷嘴结构不变的条件下,分析输粉气流速度、送粉速率和中心光路保护气速度对粉流分布的影响规律。 结果表明:输粉气流速度越大,焦点距离越小,轴向粉流分布浓度越小,上焦点截面粉流浓度分布直径越小,单位距离粉流分布浓度越大,粉流的集聚性越好;中心光路保护气速度对粉流焦点浓度影响较小,保护气速度越大,焦点距离越大,上焦点截面粉流浓度分布直径越小,单位距离粉流分布浓度增加,粉流的集聚性越好;送粉速率对焦点距离影响较小,送粉速率越大,喷嘴轴向粉流分布浓度越大,上焦点截面粉流浓度分布直径越大,单位距离粉流分布浓度出现先增大后减小的趋势。     

气液两相下离心泵内全流场流动特性分析

为了进一步探究低比转速离心泵内气液两相分布规律及旋涡产生机制,基于ANSYS CFX计算软件对不同进口含气率工况下离心泵内全流道流动进行计算,分析气相分布规律以及旋涡产生位置,总结含气率对泵内流态的影响。研究结果表明:随着进口含气率的增加,叶轮内压力梯度变大,同时蜗壳出口高压区面积增大,并且叶轮进口低压区逐渐消失;当进口含气率为10%时,叶轮进口区出现了较为明显的气液不均匀现象。此外还发现气相聚集主要发生在叶片压力面,同时气相聚集区正好对应旋涡区,并且随着含气率的增加,泵的做功能力变差。研究结果可为离心泵水力设计和结构优化提供参考。     

气泡雾化喷嘴注气管流动特性研究

结合气泡雾化技术,通过减小气泡雾化喷嘴注气管道有效通流面积、改变注气压力和液流压力比,增大气流速度,从而增加注气管出口气泡的带液能力.采用MacCormack差分格式和激波捕捉方法,结合预测-校正技术,对气泡雾化喷嘴注气管内流场进行数值模拟;通过添加人工黏性项,消除计算结果在激波间断附近的数值振荡.计算结果与流场稳态解析解对比表明,采用添加人工黏性项的MacCormack差分格式在计算含有激波间断的气泡雾化喷嘴注气管流场可以得到准确的计算结果,对合理选择气泡雾化喷嘴工况参数具有指导意义.     

喷嘴结构和工艺参数对雾化锌粉粒度的影响

在自行设计的雾化制粉装置上,研究了限制式喷嘴的关键结构参数如输液管内径,喷嘴出长度等。以及雾化工艺参数如压力及液锌的过热度等对锌粉粒度的影响,将所制备的锌粉进行了筛分,对粒径的大小和分布进行了分析。实验发现,颗粒粒度的分布服从对数－正态分布规律。在一定的条件下,输液管内径越大,输液管突出长度越长,锌平均粒度dm,体积平均直径dvm和Sauter平均直径dVs越大,即颗粒越粗,雾化压力越大,液锌的过热度越高,dm,dVm和Sauter平均直径dVs越小,即粉末越细。     

新型混输泵球阀内气液两相流动的数值模拟

为了研究新型混输泵球阀内气液两相流动规律,建立了球阀内流场的三维模型,利用CFD软件,对阀内气液两相流动进行了数值模拟。在球阀开启高度为0.005 m时,对含气率分别为20%、40%、60%、80%4种工况的模拟结果进行了分析,得到了不同含气率下的速度场、压力场及气液两相相态分布,探讨了含气率对球阀内气液两相流动的影响规律。结果表明:阀隙处流速较大,压力梯度大,阀座倒角下端易气蚀;含气率对阀内流速大小影响较小,但对流态有影响。气体主要分布在阀球壁附近,远离球壁气体介质减少;当含气量逐渐增大时,气液两相的相界面处波动较大。研究结果揭示了阀内气液两相流动的规律,为内压缩混输泵气液单向阀相界面演化及失稳机制的研究提供参考。     

AZ91D镁合金真空电子束深熔焊接熔池气泡流数值模拟

针对AZ91D镁合金焊接熔池的气—液两相流系统,在质量守恒和动量守恒的基础上,建立了真空电子束焊接熔池二维气泡流数学模型,模拟计算了熔池中的气相分布、气泡流流动现象,分析了对空腔型缺陷形成、分布的实际影响.结果表明,完全穿透型焊缝熔池中的气体逸出可能性大大高于非穿透型焊缝,使其出现空腔型缺陷的几率在一定程度上低于非穿透型焊缝.典型空腔型缺陷的形成过程与电子束焊特有的深熔焊缝熔池中气泡流的流型及其流动特征有密切关系.较高的液相对流速度更有利于熔池中气体的逸出,从而使焊缝最终的含气率较低.     

含气率对钛合金TC4混气电解加工特性的影响

针对钛合金TC4材料在不同含气率下的混气电解加工特性,设计了一种可调节含气率的气液混合装置,利用钛合金TC4台阶面毛坯进行对比实验,研究含气率对钛合金TC4混气电解加工的整平能力、加工表面质量及杂散腐蚀的影响。结果表明:相比于常规电解加工技术,混气电解加工可显著提高钛合金TC4的加工整平比,大幅减少杂散腐蚀,且含气率越大,整平比越高,杂散腐蚀程度越低;但含气率的增大会使材料去除率下降,且混气电解加工钛合金TC4的表面质量低于常规电解加工。     

多相混输泵首级动叶轮轮毂到轮缘气相分布研究

为进一步探究流量和转速对多相混输泵内气相分布规律的影响,基于时均N-S方程和Simple算法,利用FLUENT软件对不同流量和转速下入口含气率为30%时混输泵内三维流态进行仿真。结果表明:流量对首级动叶轮不同截面轮毂处气相分布影响均较大;在进口和出口截面,随着流量的增加含气率增大;在较高转速(2 500、2 950 r/min)时,首级动叶轮不同截面从轮毂到轮缘的含气率变化较大;在不同流量和转速下,首级动叶轮轮缘附近的含气率变化均较大。研究结果可为混输泵性能优化和提高气液输送能力提供参考。     

某柴油喷油嘴新冲蚀寿命预测模型及瞬态特性数值模拟

目的 针对柴油喷油嘴喷孔内部空化现象及冲蚀磨损问题,建立了考虑近壁面不同边界层内群气泡溃灭产生冲蚀影响的柴油喷油嘴瞬态特性仿真模型。探究柴油喷油嘴内部冲蚀磨损程度的影响因素,并对喷孔内部冲蚀磨损寿命进行预测。方法 首先,采用MATLAB对不同近壁面距离的空化泡对壁面作用压力及射流速度进行函数拟合,结合传统经验公式,推导了可考虑距壁面不同距离的群空泡阻力修正经验公式。其次,利用Fluent中UDF建立了基于阻力修正经验公式以及网格自适应算法的有限元模型,用Rrs冲蚀风险预测模型和冲蚀疲劳试验结果对本文提出的新模型进行验证。在此基础上讨论了喷嘴孔圆锥度Kfac及动态特性对喷孔冲蚀磨损的影响。结果 Rrs冲蚀磨损风险预测模型和冲蚀磨损疲劳试验结果与本文提出的新模型结果有较好的一致性,证明了该新模型的可行性。有限元仿真结果显示,当喷嘴形状相同时,随着针阀向上移动,空化现象被有效地抑制,逐渐向喷孔的入口处收缩,其上最大射流速度和水锤压力会略微增加,但总体空化区域多集中于喷孔入口上表面处。随着喷嘴几何尺寸从Kfac0增加至Kfac2、Kfac4,其上喷孔的气泡溃灭最大微射流速度及最大水锤压力分别减少11.29%、1.4%。当无量纲距离δ=1.3时,其最大速度和压力值仅为无量纲距离δ=1.0时的2.6%,故可忽略无量纲距离δ>1.3时的气泡溃灭对壁面的冲蚀磨损影响。随着喷嘴几何尺寸从Kfac0增加至Kfac2、Kfac4,其上喷孔内壁面最小寿命分别提升了18.17%及32.32%。结论 喷嘴孔圆锥度Kfac及动态特性均对近壁面空化冲蚀磨损程度产生影响。总体空化冲蚀磨损区域多集中于喷孔入口上表面处,可对此采取措施以提高总体喷嘴寿命,疲劳寿命计算时可忽略距壁面无量纲距离δ>1.3时气泡对壁面产生的影响,喷嘴喷孔圆锥度的增加可降低喷孔内侧冲蚀磨损程度,显著提升喷嘴寿命。     

数值模拟在金属基废弃物复合材料工艺优化中的应用

针对搅拌工艺制备玻璃/铝基废弃物复合材料时,在不同的搅拌转速下使用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对搅拌槽内两相流进行了CFD数值模拟。搅拌桨为三层。两相物系采用玻璃-铝体系,固体体积分数为15%。文中使用标准k-ε模型计算了固液两相的流场,考察了槽内流场的速度和压力分布规律,同时考察了不同转速下流场速度的分布。计算结果表明:流体在槽体内三个区域形成较大的循环流动,各个循环区域之间有一定的连接性。速度的最大值主要集中在桨叶外沿附近,有利于充分混合。转速越大,沿径向的速度变化幅度越大。从槽壁到轴心方向上的压力分布是不断减少的,越靠近搅拌轴,槽内的压力越低。     

周向引入旋流喷嘴参数优化的仿真和实验研究

周向引入旋流喷嘴能够有效提高喷嘴内部的液体流速和外流场的雾化效果。针对影响旋流喷嘴的关键参数(射流管直径、喷嘴出口直径、射流水压),分别利用流体动力学软件仿真和实验测试研究了旋流喷嘴内外流场。结果表明:旋流喷嘴上部中心区域压力较低,旋流提高了喷嘴内部水流的速度;在旋流喷嘴内部,随着射流管直径的增大,喷嘴轴线的速率会随之增加,喷嘴内部射流速度均沿着轴线方向表现出单调增加的变化规律;雾化粒度D50随着射流水压和射流管直径的增加而减小;雾化粒度D50随喷嘴出口直径的增加均表现出单调增加的变化。确定最佳喷嘴出口直径为3 mm,射流管直径为4 mm。     

喷丸过程中喷嘴移速对颗粒分布的影响

目的探究喷丸过程中颗粒在靶材上的分布特性及喷嘴移动速度带来的影响。方法利用FLUENT对定点喷丸过程进行CFD仿真,获得定点喷打时颗粒在靶材上的位置,然后再使用MATLAB对定点喷打的颗粒结果进行叠加处理,以此模拟连续喷丸过程。首先进行平面喷打模拟,分析喷嘴速度对颗粒分布的影响。通过添加颗粒查询方法可对旋转喷丸过程进行模拟,以方型柱体为例进行转动喷打,并优化转动速度。结果喷嘴匀速平移时,在喷嘴路径方向上的颗粒分布密度恒定,该密度值与移动速度呈反比;变速平移时,在喷嘴路径方向上的颗粒分布密度与喷嘴扫掠截面和喷嘴移动速度相关,且喷嘴扫掠截面越小,颗粒分布密度与运动速度越接近反比,并利用数学模型验证了方法的可靠性;旋转喷打时,针对方型柱体靶材,匀速转动喷打的颗粒分布密度呈起伏变化,通过优化转动速度得到大幅改善,可节约24.2%的喷丸时间与颗粒使用量。结论采用FLUENT与MATLAB结合的方式,可对连续喷丸过程中靶材上的颗粒分布进行合理描述。匀速平移喷打时,颗粒分布密度与移速呈反比;变速平移喷打时,颗粒分布密度与移速呈负相关,靠近反比关系;变速转动喷打时,合理的变速转动喷打较匀速转动喷打拥有更好的颗粒分布均匀度,可大幅缩减颗粒使用量,并提高喷丸效率与喷丸质量。     

铝液微气泡精炼的模拟试验研究

利用气泡计测量的方法研究了熔池内气泡数量、大小和分布及其影响因素，对气液两相区宏观和微观结构进行了研究。测定了在不同喷枪转速和供气量条件下的气泡直径和气体容量。结果表明，气泡频率和含气率在喷头附近分布很高，在其它部位分布是均匀的。在一定供气量条件下，气泡直径随喷枪转速增加而减小。     

基于Laval喷嘴的层流气雾化法工艺参数探索及粉末性能研究

基于Laval喷嘴的层流气雾化技术可以高效制备高性能金属粉末,但目前对这种技术的各项工艺参数及粉末性能尚未有系统性研究。本工作使用基于Laval喷嘴的层流气雾化制粉设备制备了AlSi10Mg合金粉末,同时使用传统分析方法和X射线计算机断层扫描技术分别研究了雾化气体压力以及导流管内径对粉末整体形貌、三维形貌、球形度、粒度分布、物理性能及内部缺陷的影响,并结合数值模拟进行机理性解释。结果表明,基于Laval喷嘴的层流气雾化技术制备的AlSi10Mg粉末性能较好,由于在较高的雾化气体压力和较窄的导流管内径条件下气液流量比更高,金属熔体更易发生破碎,故制备的粉末球形度更好,粒度分布较窄,细粉收得率可接近50%,不规则粉末及空心粉较少。     

重油催化裂化进料雾化喷嘴出口结构对喷嘴性能的影响研究

采用Fluent软件,基于欧拉-欧拉方法的VOF多相流模型对喷嘴的内部流场进行仿真分析,研究喷嘴出口段结构参数对喷嘴性能的影响;在确定喷嘴出口段最优结构的基础上,应用基于欧拉-拉格朗日方法的DPM模型对喷嘴的外部雾化射流区域进行了雾化状态分析,并探究了喷嘴的雾化机制.结果表明:出口锥角θ=51°时喷嘴的性能最优,平均速度为101.19 m/s,湍流强度为2141.1％,达到最大值;出口长度L2=20 mm时喷嘴的性能最优,速度为101.03 m/s,湍流强度为2121％;出口直径d2=25 mm时喷嘴性能最优,平均速度为101.49 m/s,湍流强度为2101％,且出口直径d2对喷嘴的雾化性能影响最大.并根据优化后的结构尺寸进行了5:1比例缩小的实验,对喷嘴内部液相流动状态呈四点分布进行了验证,同时喷嘴外部雾化液滴分布锥角与仿真结果误差为3.81％,雾化液滴粒径最大误差为3.67％.     

滑移速度对织构表面气穴效应的影响

为研究不同的滑移速度对织构表面气穴效应的影响,建立单个微凸体织构的二维计算模型,利用CFD方法模拟不同滑移速度下气穴效应在气体体积率、压力分布和壁面剪切力等方面的表现。研究结果表明:当滑移速度不超过5 m/s时,织构表面的流体中不产生气穴;当滑移速度由5 m/s逐渐增大到20 m/s时,在织构流体出口端的收敛区将生成气穴,气穴的大小随着滑移速度的增大而减小,气穴处的气体体积率随着滑移速度的增大而增加;当滑移速度继续由20 m/s增大至30 m/s之间的某值以后,气穴的大小不再减小,气体的体积率仍随滑移速度的增大而增加。滑移速度在5~30 m/s的范围内,滑移速度越大,产生的额外承载力越大,壁面剪切力越大。此外,气穴的存在有助于降低壁面剪切力。     

液相黏度对油气混输泵内气液两相分布规律的影响

为揭示液相黏度对混输泵内气液两相的分布规律的影响机制,以三级油气混输泵为研究对象,选取油、气两相作为运输介质。基于ANSYS Fluent软件对泵内两相流态进行数值模拟,分析和总结不同液相黏度下气液两相分布规律。结果表明:液相黏度越小对油气混输泵内气相体积分布影响越大;随着液相黏度的增大,沿着泵流向方向的气相体积分数脉动减小;随着液相黏度的变化,泵内液相分布与气相分布位置刚好相反,并且当介质为重质油时,在泵内0.9倍叶高处叶轮出口开始出现液相聚集现象;液相黏度的增加对于油气混输泵内气相分布的均匀性具有改善作用。研究结果可为油气混输泵的结构优化和性能改善提供参考。     

高速燃气喷涂枪用燃油雾化喷嘴结构参数优化

为开发出以航空煤油为燃料的新型高速燃气喷涂枪,需设计出高效的煤油雾化喷嘴.文中提出了一种双气流空气助力雾化喷嘴,并运用计算流体动力学（CFD）模拟技术计算了该喷嘴的气流场,分析了喷嘴主、辅气出口截面积比对雾化气流场分布的影响规律,发现主、辅气出口截面积比增大,气流的喷射锥角相应增大,最大速度减小.综合考虑喷射锥角和气流速度对雾化效果的影响,确定主、辅气出口截面积比在1.01~1.34范围内喷嘴雾化效果较好.利用高速摄像系统对优化喷嘴的喷雾形态进行了试验分析,发现拍摄到的喷雾形态和计算机模拟结果一致,具有良好的雾化效果.     

基于Mixture模型的乙醇汽油割嘴气液两相流模拟

通过Mixture模型对专用割嘴的内部进行速度场和压力场数值模拟,分析割嘴内部流场的气液两相流流动状态,以及速度和压力在各部位的变化情况,研究不同压力下的氧气流对乙醇汽油燃料的速度变化以及在一定压力下的氧气流对不同速度的乙醇汽油雾化的影响情况。分析流体外部两侧的静压强的欠膨胀,认为欠膨胀射流有利于空气与液体燃料的混合。模拟结果表明,增加气液混合物的速度差可以提高割嘴出口处乙醇汽油的雾化程度,有利于充分燃烧。