液-液喷射器不同进料方式下混合过程的CFD模拟

利用计算流体力学(CFD)软件CFX5对液-液喷射器混合段物料的混合性能进行了模拟,确定了工作流体和引射流体都平行于混合管轴线进料时物料完全混合所需的混合管长度,并分析了三种不同进料方式:(1)工作流体和引射流体都与混合段轴线平行进料;(2)工作流体与混合段轴线平行进料,引射流体与轴线成30°进料;(3)引射流体与混合段轴线平行进料,工作流体与轴线成30°,对混合管内混合过程的影响,结果表明,工作流体和引射流体都与混合段轴线平行进料时混合效果最好。     

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.     

海水淡化双级真空引射器的射流和混合特性研究

引射器是实现热法海水淡化系统高效节能的重要装置,该文通过三维数值模拟方法研究了双级引射器内部流动和传输特性,分析了引射和工作流体的混合与扩散过程,探讨了降低能耗的方法.研究结果表明,喷射器内速度最大值均在轴线处,流体在喷嘴与混合室内流线均匀,而在吸入室内产生一个或多个涡流.不同引射流体速度下,其混动迹线为不对称分布,随...     

喷射反应器内液-液快速反应的数值模拟

对于复杂快速反应,反应物之间能否快速均匀地混合是影响反应转化率、选择性和收率的重要因素,而喷射器作为一种高效混合设备,以它固有的优越性,越来越受重视。本文以酸碱快速中和反应为例,利用CFX5软件,采用k-s模型．将主动流体与引射流体的速度,在不同比值下对反应的影响作了模拟,结果表明,流速比决定反应的速度,流速比越大则反应越快,消耗的动力也越多,因此对于实际的喷射反应器,它必然有一个最优的速度比值。另外,本文还对流速比确定,不同反应物浓度比对反应的影响进行了模拟,结果表明浓度比对反应的影响很小,可以忽略。     

喷嘴结构对液-液喷射器性能影响的CFD模拟

利用CFD的模拟方法研究了液-液喷射器中喷嘴结构的影响行为和优化选择问题,选择四种喷嘴出口形状,圆形、标准椭圆形、三角形和方形的喷嘴为考察对象,建立液-液喷射器三维模型,考察喷射器内部流体流动特性。模拟结果表明,相同工况下,喷嘴出口形状为椭圆形的喷射器其混合性能优于其他三种喷嘴结构的喷射器,达到完全混合所需时间最短。模拟结果可为喷射器的设计和性能优化提供一定参考。     

蒸汽喷射器混合段流场激波特性分析

蒸汽喷射器广泛应用于过程工业,但对其理论研究并不完善。本文建立了蒸汽喷射器的二维计算机流体力学模型,研究了主动流体和引射流体在混合段相互作用的流场特征,并对流场内激波的产生、发展和结束进行了分析。在此基础上,对不同混合段喉管直径和混合段长度的喷射器性能进行了模拟,并给出了设计工况的最优值。通过对最优性能下激波特征的分析显示,钻石激波在混合段出口附近结束是喷射器获得最佳性能的必要条件。本文结论可以为蒸汽喷射器的优化设计提供技术依据。     

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。     

喷射器内液—液湍流反应过程的数值模拟

利用两环境矩直接积分模型(DQMOM)对喷射器内液液平行-竞争反应体系进行了研究,结果表明:在固定引射流速的情况下,随着喷嘴速度的增加,平行-竞争反应的选择性越来越高, 副反应的转化率越来越低;在固定喷嘴流速的情况下,随着引射流体速度的增加,平行-竞争反应的选择性越来越低,副反应的转化率越来越高;速度比一定时,喷嘴绝对速度值越大,副反应的转化率越低.     

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.     

驱动系统参数对胶液喷射分配的影响

驱动系统是胶液喷射器的重要组成部分,对喷射器喷出的胶液体积及其速度有重要的影响.文中建立了胶液累积体积及其动能等效速度的离散化计算公式,结合计算机数值仿真得到的喷嘴出口中心速度,利用matlab程序计算不同驱动系统参数影响的胶液累积体积及其动能等效速度,为喷射器驱动系统设计及使用调整提供了一定的基础.计算结果较好地反映出胶液累积体积及其动能等效速度变化特征,喷针行程对喷射布胶的影响没有其加速度明显.     

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.     

角型空化喷嘴撞击流流动特性研究

为探究空化撞击流条件下流体的流动特性,本文利用Fluent数值模拟软件考察了单喷嘴入口压力及靶距对空化射流轴心线上冲击压力、射流轴心线上速度分布,喷嘴入口压力为10 MPa时冲击靶面上径向压力分布、喷嘴出口处流线分布、湍动能及空化效果;确定了角型空化喷嘴的最优撞击喷距,模拟了空化撞击流撞击性能、撞击面湍动能及速度分布。结果表明,当空化撞击喷嘴间距在10 d时,空化撞击效果良好;空化撞击流撞击面上径向速度分布及湍动能分布呈m型,在撞击区呈较大的速度梯度,及湍动能大且集中的湍流区,有利于空化撞击区流体的混合;在撞击区,相向的空化射相互撞击,产生强烈的压力波动,大量空泡随射流到达撞击面,聚集在碰撞面两侧溃灭。     

不同气液流量下喷射器内液滴特性分析

单重态氧是氧碘化学激光的能量来源,其反应生成效率直接影响COIL输出的激光功率和光束质量.单重态氧的反应生成效率取决于气液接触面积,喷射式单重态氧生成器的气液接触面积与喷射器内的液滴分布有关.本文利用商业计算流体力学软件.Fluent 6.3,对喷射式单重态氧发生器内不同气液流量情况下的液滴直径、速度分布规律进行模拟.模拟过程主动流体为水,被动流体为氯气和氦气的混合气体,通过模拟得出了不同气液流量情况下,喷射器内液滴的直径、速度分布情况.在液相流率不变的情况下,随气相流率的增大,喷射器内的液滴平均直径减小,平均速度增大,直径方差和速度方差减小,液滴直径和速度分布趋于集中,且变化趋势随气相流率的增大而减缓;当气相流率不变时,随液相流率的增大.液滴平均直径减小,平均速度增大,直径方差和速度方差都增大,液滴直径和速度分布趋于分散.     

初始条件对滑阀性能影响的数值研究

对流体通过滑阀的阶跃响应进行了数值解析计算.分别在静止流体和稳定流体的初始条件下,给出了压力差为阶跃变化时液流通过滑阀的流线图.讨论了初始条件和压力差对射流角、流量,流量系数和雷诺数等的影响,做出了不同初始条件下,射流角、流量,流量系数及雷诺数与压力差的关系图.数值计算的结果表明,当压力差大于临界值时,由于初始条件的不同,将导致两个迥然不同的射流流动.在初始条件为静止流体的情况下,其射流角、流量,流量系数和雷诺数比初始条件为稳定流体的情况下的对应值小.     

映射技术在液-液混合中的应用

本文给出了描述非周期液-液混合流的映射方法．根据非周期混合流的特点,对周期映射方法进行了改进．针对不同时刻的映射矩阵,建立了计算该矩阵非零分量的优化算法．为减小网格单元重叠所导致的单元信息传递误差,用最初网格代替变形网格,提出了重构映射矩阵的概念用以传递映射过程中的相关变量．对不同雷诺数背景流体中单液滴和双液滴混合初始阶段的流变特征进行了模拟．数值实验表明:用偏析强度表征的混合质量随时间呈指数增长;较高的背景流体雷诺数,有利于混合质量的提高;多液滴之间的相互交融对混合过程存在较大影响．     

层叠碳布射流穿刺成型机理的仿真与分析

为了提高成型加工工艺的稳定性,提出基于射流穿刺的层叠碳布射流穿刺成型方法。首先将碳纤维与射流进行混合,根据碳布基体表面的损伤程度进行层叠碳布射流穿刺成型过程的稳定性控制,进行层叠碳布射流穿刺成型优化流程设计,在层叠碳布射流穿刺成型工艺过程中,采用水射流进行碳纤维与射流的混合传尺处理,分析碳素纤维的加热稳定性,研究水射流与层叠碳布作用机理,在射流形成后加入碳纤维,采用负压引射方式抽吸的方法,进行流固耦合分析计算,分析压力、流量和结构形式之间的耦合性,采用量化分析的方法,进行喷头三维几何建模,为层叠碳布射流穿刺机理的研究和仿真分析提供有效方法。仿真分析不同直径比对前混合式喷头湍动能的影响,并进行碳纤维运动学计算结果分析,分别截取三种参数配置下第一层碳布表面的射流速度及流出第三层碳布表面的射流速度,并绘制速度曲线。仿真分析得知,射流作用力对碳布表面经纬纱的撞击力为0.952 1 N,远小于金属刺针对纤维材料的冲击力,倾斜射流时,碳布受力及变形不均匀,射流能量损耗大,该方法能提高参数配置性能,层叠碳布射流穿刺仿真结果与碳布受力及变形理论分析相吻合。     

行星式搅拌釜内固液混合时间的数值计算

行星式搅拌装置内搅拌桨的运动轨迹复杂,对固体颗粒与高黏度聚合物熔体的混合效果较好。混合时间是表征搅拌釜内流体混合状况、评定搅拌釜效率的重要参数之一。利用FLUENT软件数值模拟一种行星式搅拌釜内高黏固液两相混合过程,采用传统混合时间定义方法和体积分数法2种方法计算搅拌桨不同自转转速的混合时间,并将2种方法的计算结果进行比较;采用体积分数法计算搅拌桨不同安装高度时的混合时间。计算中采用欧拉模型,使用动网格技术,利用FLUENT的用户自定义函数确定搅拌桨的速度。数值计算结果表明,采用选取监测点计算混合时间的方法,不同监测点的混合时间有较大差异,为保证全釜内混合均匀,应选取混合时间最长的监测点;选取监测点和体积分数2种混合时间计算方法得到的混合时间基本相同;随着搅拌桨自转转速的提高,混合时间明显缩短;采用釜底加料方式,搅拌桨安装高度从20mm提高到60mm时混合时间缩短。     

气液两相圆锥绕流的数值仿真

研究锥形物体在气液两相流场中动特性问题,对流场特性的影响和锥形物体自身的承载受力情况;采用CFD流体仿真软件FLUENT,用欧拉双流体模型结合Realizablek-ε湍流模型,对锥体在气液两相流场中的运动进行数值仿真.结果显示,在锥体尾部形成一组对称的回流涡,随着流体含液率的增加,主相空气相在中心轴线上的流向速度明显受到影响,尾涡变短,恢复速度变快;在绕流体的壁面上的流场的速度梯度会增大;同时绕流体周围的流场的压力梯度也会增大,湍动能和湍动能增量都会增大,与实验的结果基本吻合,验证了运用数值仿真的方法来研究气液两相锥体绕流问题是正确可行的.     

粘性圆柱射流撞击理论研究

撞击式喷嘴在液体火箭发动机中得到广泛的应用,目前对射流撞击形成液膜的理论分析还仅限于无粘或低粘性流体。从流体力学基本方程入手,引入粘性力和撞击过程中的能量损失对现有模型进行修正,得到了粘性圆柱射流撞击形成液膜的理论模型,并对撞击角、射流速度及粘性系数等参数对液膜形状、厚度及速度的影响进行了分析。配制了不同粘度的甘油水溶液进行射流撞击实验,以验证理论模型的正确性。     

高Schmidt数下喷射器内湍流混合的多尺度模拟模型建立

多尺度性是湍流混合的重要特征,本文建立了湍流下物料间的宏观混合和微观混合模型,利用计算流体力学软件Flu- ent6对喷嘴直径为2.5 mm、混合段直径为6 mm、混合段长度为90 mm的喷射器混合段物料的混合状况进行了模拟。对模型进行求解的过程中,进行了网格无关性验证,求解了k-ε方程、流动方程和所建立3个标量方程。求解模型中3个标量方程时,使用了Fluent中的user defined function(UDF)。最终获得了喷射器混合段内宏观混合和微观混合的详细信息,为喷射器的优化及放大设计提供了重要的依据。