高Schmidt数下喷射器内湍流混合的多尺度模拟放大研究

本文从微观与宏观两个方面考察了喷射器的混合性能.利用CFD模拟软件Fluent 6.2求解了混合模型方程、流体流动方程及k-ε湍流模型方程,对不同结构、不同工况下的喷射器进行了考察,结果表明:1)在喷射器结构一定的情况下,喷嘴速度和引射流体速度比越大混合效果越好;2)在喷射器结构、喷嘴速度与引射流体速度比为定值的情况下,其绝对速度越小混合效果越好;3)在喷射器速度为定值的情况下,混合段直径与喷嘴直径比越小混合效果越好,二者之间存在着线性关系;4)在喷射器速度、混合段直径与喷嘴直径比为定值的情况下,其绝对直径越小混合效果越好,且二者之间存在着线性关系;5)在多数情况下,微观混合速度要慢于宏观混合,微观混合才是喷射器内混合过程的控制步骤.     

上喷式喷射器内气液两相流的流体力学特征

喷射器作为气液混合装置,比传统接触混合器具有更高的混合强度和传质系数.计算流体力学(computational fluid dy-namics,CFD)模拟作为研究气液混合流的方法,有助于理解喷射器的流体力学和混合特征.它能提供详细的信息来量化操作条件对喷射器性能的影响.本文利用CFD模拟了上喷式喷射器内的气液两相流的流体力学特征.结果表明在较高的混合段长径比下,混合段入口处的压力较低.但是存在一个最大的压力降,此时混合段长径比约为4.0.在相同的喷嘴速度下,混合段入口处压力降最低,气体卷吸量最大.模拟中混合管与喷嘴面积比范围为1～16.无论是保持喷嘴直径不变还是混合管直径不变,混合段入口处的压力都随着D2M/D2N的增加而增加.但是对应的最大气体卷吸率发生在面积比为4.0.当喷射器的结构参数不变,混合段入口处的压力降和气体卷吸率随着喷嘴速度的增加而增大.     

内混式空气雾化喷嘴雾化性能的实验及模拟研究

费托合成装置气液分离器的分离性能研究中,雾滴粒径的准确测量和控制是关键。本文对内混式空气雾化喷嘴的喷雾性能进行了实验研究,考察了液滴索特尔直径D_(32)的轴向分布,以及气液比、液体流量与黏度对其的影响规律;同时结合CFD数值模拟,进一步研究了气液相对速度、雾化锥角及液体表面张力对液滴D_(32)的影响。结果表明:液滴D_(32)沿喷雾方向不断增大;液体雾化主要通过喷嘴内气流对液膜的剪切、冲击作用,因此增大气液比可增强雾化效果,但存在"饱和"现象;液量的增大不利于液膜破碎雾化;增大气液相对速度可显著提高雾化效果;同时,液体黏度和表面张力对雾化效果影响很大,黏度或表面张力越大,雾化显得更为困难。此外,液滴轴向速度沿喷雾方向先迅速下降随后缓慢降低。     

上流式反应器压降特性实验研究

上流式反应器是一种新型的渣油加氢技术,与传统固定床组合形成渣油加氢组合技术,能够处理更为劣质的渣油原料,显著延长运行周期。本文搭建了直径80 mm冷态实验台,分别以氧化铝球形工业催化剂为填充颗粒,以水和甘油水溶液为模拟液相,空气为模拟气相,考察了空速比、气液比、床层高径比、填充颗粒粒径和液相黏度对上流式反应器压降特性的影响。结果表明,在测量范围内,床层总压降与气液比和空速比均呈负相关,随其增大而减小;随着高径比的增大,床层总压降随空速比和气液比的增大而减小的幅度略大;小填充颗粒粒径的床层总压降要大于大填充颗粒粒径所对应的床层总压降,随着空速比的增大,粒径对床层总压降的影响也越来越大;液相黏度越大,则床层总压降也越大;而随着高径比的增大,黏度对总压降值的影响略微增大。     

喷射反应器内液-液湍流微观混合的研究

通过定义局部分离度,来定量表征喷射器内液-液湍流微观混合规律。其定义式为:(实验所得H~+浓度-模拟所得H~+浓度)/模拟所得H~+浓度。选用酸碱反应体系,利用PLIF技术得到沿喷射器轴线的H~+浓度;采用Fluent软件,利用Standard k-ε模型,模拟获得相同操作条件下的H~+浓度变化趋势。得到不同操作条件下,分离度沿喷射器轴线的变化,结果表明:(1)引流速度不变,喷嘴速度越大,两流体越容易达到微观尺度的均匀混合;(2)喷嘴速度不变,引流速度越大,两流体反而不容易达到微观尺度上的均匀混合;(3)速度比一定的情况下,喷嘴速度越大,越有利于流体的微观混合。     

气液两相脉冲爆轰发动机的建模和仿真

研究脉冲爆轰发动机喷射混合装置设计问题,针对两相爆轰流场中燃料液滴半径和数量实际上分布的不均匀性,为了建立更符合实际的模型,提出了气液两相爆轰的欧拉-拉格朗日模型,对气相采用CE/SE方法求解,液相采用四阶龙格库塔法求解。得到了液滴在爆轰管内的分布及对管内流场的影响。分析了填充速度和点火能量,不同液滴半径,单液滴粒径模型和Rosin-Rammler分布模型对燃烧转爆轰过程的影响。仿真结果表明,减小液滴半径,提高气液混合均匀程度和加快填充速度(点火能量足够大时)都可缩短点火起爆距离和时间,并为脉冲爆轰发动机提供了设计依据。     

直流电压下基于电液耦合动力学原理的微喷试验研究

基于直流电压作用下的电液耦合微喷印系统,考察了溶液浓度和电压两个参数对喷印过程和沉积形态的影响.实验结果表明射流在收集板上沉积的宽度随溶液浓度增大而减小;浓度低时射流沉积为连续形态;浓度增大,射流沉积为液滴-细线相间或者液滴-卫星液滴相间的珠状结构;浓度增大至18 %时,产生纳米纤维,直径600 nm左右.对给定的EHD实验系统,仅当电压值在2.6 kV~4.8 kV范围内变化时可保证稳定喷射;且随着电压值增大,珠状结构的直径减小;电压值在该范围之外,无法实现稳定喷射.     

缩合反应喷射混合器的数值模拟与验证

采用Fluent软件数值模拟缩合反应制多胺系统的喷射混合器,根据不同几何尺寸喷射器内的速度、压力、组分浓度分布情况,提出优化的喷射器设计并中试装置验证,表明物料的混合效果良好,喷射器压力变化的实验值与模拟值几乎相符,本文所建模型可为工业规模的喷射混合器设计、放大提供依据和参考.     

液液喷射混合器最佳引射角度的CFD模拟

利用CFD模拟方法,研究了液液喷射混合器中引射流体进料角度的影响行为和优化选择问题。选择7种不同引射角度为考察对象,考察了喷射器内部流体的流动特性与掺混效果。结果表明:不恰当的引射角度将导致引射流体在喷嘴外围环隙的速度和流量分配不均,进而导致流场偏移;随着引射角度的增加,压力降、喷射系数、混合段流体速度和湍流耗散率呈现出先增大后减小的变化趋势;不同引射角度下流体达到混合完全所需要的距离相同,但是质量分数存在差别。综合分析,在7种引射角中,引射流体的最佳引射角度为60°,此条件下喷射器内混合段流体速度大,喷射系数高,混合效果好,同时对管壁的冲击力小。     

气泡直径对旋流静态微泡浮选柱内流体动力学行为的影响

本文针对新型旋流静态微泡浮选柱,利用ANSYS Fluent商业软件,基于欧拉-欧拉双流体模型,系统地模拟了汽泡直径对该浮选柱不同流段内的流体动力学行为的影响规律。气液间相间作用力采用Tomiyama曳力模型并忽略升力、壁面润滑力、湍流耗散力、虚拟质量力和浮力。湍流采用Realizable k-ε双方程模型。研究发现,气泡直径对气含率、湍动能及其耗散率、速度大小以及气泡竖直方向的速度分量均产生显著影响。随着气泡直径的减小,气含量和气液界面面积均增大,湍动能及其耗散率先增大后减小,气泡在柱内的停留时间增加。研究结果对该浮选柱的设计、优化具有指导意义。