SPH和FEM耦合法模拟磨料水射流中单磨粒加速过程

针对Eulerian和ALE(arbitrary lagriange eulerian)方法仿真研究磨料水射流喷嘴中磨料粒子加速过程的局限性,提出采用SPH(smoothed particle hydrodynamics)耦合FEM(finite element method)的方法研究后混式磨料水射流喷嘴中低速磨料粒子在高速水射流作用下的流体动力学特性和磨粒加速后撞击靶材的全过程。水用SPH建模,磨料粒子、喷嘴和工件用FEM建模,通过接触算法实现SPH和FEM的耦合以模拟后混式磨料水射流加工的全过程。仿真研究了磨粒和水在喷嘴中各自的速度变化过程;单磨粒在喷嘴中的运动轨迹;不同直径的磨料粒子在不同水压作用下的速度变化过程;不同直径的磨粒在不同直径的混合管中出口速度的变化规律;磨料粒子在工件上的撞击深度。通过与相关实验及理论数据的比较,验证了仿真模型和结果的正确性。     

基于DPM 的旋风分离器内颗粒轨迹数值模拟

采用数值模拟的方法研究旋风分离器内固相颗粒的运动轨迹,固相流场采用离散相模型(DPM)。通 过分析不同粒径及入口速度对旋风分离器内固相颗粒运动轨迹的影响,探索了颗粒在旋风分离器中运动的物理机 理。结果表明,颗粒在旋风分离器中运动轨迹比较复杂,同时受到入口速度和粒子半径的影响。相同粒径颗粒在不 同入口速度下运动轨迹不同,且小粒径颗粒较容易受到入口速度的影响。模拟结果可为工程实际应用提供一定的 理论指导。     

后混式磨料射流清洗油管涂料的实验研究

通过对后混合式磨料射流清洗油管涂料的实验研究 ,得出了后混合式磨料射流清洗油管涂料的清洗效率与喷嘴直径、喷距、喷射角以及颗粒直径的关系。后混式磨料射流清洗油管涂料的清洗效率随喷嘴直径的增大而增大 ,喷距、喷射角和磨料颗粒直径最佳参数值分别为 2 50mm、90°和 0 .8mm。     

固液两相磨料流的微小孔精密研抛行为

首先,采用计算流体动力学方法对固液两相磨料流精密研抛微小孔进行数值模拟,探讨了入口速度、磨料浓度、磨粒粒径对磨料流精密研抛行为的影响,分析发现入口速度是影响磨料流抛光效果的最主要因素。然后,为了更好地研究磨料流对微小孔的精密研抛行为,进行了正交试验验证。试验结果表明:经磨料流精密研抛后的小孔壁面粗糙度Ra由磨料流研抛前的1.044μm降低至研抛后的0.272μm,小孔壁面变得光滑均匀,获得了理想的小孔表面精度。通过正交试验极差分析和方差分析可知:影响磨料流精密研抛微小孔工件表面粗糙度的因素从高到低依次为:入口速度、磨料浓度和磨粒粒径。磨料流精密研抛技术可有效提高微小孔工件的内表面精度,通过磨料流与壁面的摩擦磨损作用可获得高质量的内表面。     

淹没前混合磨料射流的数值分析

利用CFD方法对淹没条件下前混合磨料射流流场进行了数值模拟,研究了喷嘴内外液固两相流的速度规律.仿真结果表明:磨料水射流在淹没条件下的耗散较大,磨料粒子速度最大值出现在一定喷距处;对于圆柱、圆锥、锥直型3种不同形式喷嘴,以锥直型喷嘴效果更优;仿真结果与实验结果基本一致.     

中央扩散型精矿喷嘴空气动力学特性数值模拟

为了解决在加大给料速度时中央扩散型喷嘴生产过程中存在冶炼不完全、气粒混合不佳等问题,采用Fluent 6.3.26建立中央扩散型喷嘴控制模型,实验验证模型的有效性,仿真研究分散风和给料速度变化对喷嘴出口附近区域流场、颗粒运动轨迹和颗粒浓度场等的影响.结果表明:仿真模型可靠,最大误差为6.3%.工艺风气流占主导作用时,颗粒分布集中于反应塔中心;分散风可调节炉内颗粒的分散及分布情状况,工艺风和中央氧环形气流下方颗粒分布较多;相同工艺风和分散风条件下,给料速度对炉内颗粒分散和分布状况影响较小.     

基于ALE法的磨料水射流加工数值模拟

采用ALE(arbitrary lagrange-euler)算法建立了磨料水射流加工的仿真模型,模拟了从射流进入喷嘴到去除材料的加工全过程。工件采用Lagrange网格,磨料和水采用ALE网格,通过ALE和Lagrange网格的耦合算法实现射流对工件的侵蚀作用。通过给定ALE网格运动来定义射流的横移速度,从而减少了网格定义域。提出磨料的本构模型,通过定义初始ALE单元内两种材料的体积百分比实现磨料与水的均匀混合。仿真结果给出了一些加工参数对切割深度的影响规律,通过与实验数据的比较,验证了仿真模型和结果的正确性。     

基于等分法和迭代算法的磨料射流速度模型

针对前混合磨料射流磨料速度模型中存在的磨料受力考虑不全,无法体现磨料加速度、阻力系数以及雷诺数等关键参数的变化等问题,以固液两相流理论为基础,建立了磨料在高压管路、喷嘴内的速度模型,并基于等分法和迭代算法的数值求解方法,求解了磨料速度模型。计算结果与参考文献的平均百分比误差在5%之内,验证了该算法。同时利用该速度模型得到了磨料在高压管路和喷嘴内的速度、加速度、阻力系数以及雷诺数的变化规律：(1)高压管路内,磨料速度随磨料运动距离的增加逐渐增大,最后无限接近于水的速度;磨料加速度和雷诺数随磨料运动距离的增加逐渐减小,最后会趋于零;而阻力系数则随磨料运动距离的增加逐渐增大。(2)喷嘴收敛段内,磨料速度随磨料运动距离的增加逐渐增大;磨料加速度、阻力系数以及雷诺数随磨料运动距离的增加有一个先减小后增加的过程。(3)喷嘴直线段内,磨料速度随磨料运动距离的增加逐渐增大;磨料的加速度、雷诺数和阻力系数随着磨料运动距离的增加逐渐减小。     

带肋通道中烟气细颗粒物团聚情况的数值模拟

通过数值模拟研究含有扰流柱带肋通道的细颗粒预处理装置的湍流团聚特性,分别考虑了不同初始颗粒粒径,不同入口颗粒体积分数和不同入口流速情况下对颗粒湍流团聚的影响.计算采用k-ε耦合颗粒群平衡模型(PBM),结果表明在本文讨论的初始粒径范围内,初始粒径越大颗粒团聚效果越好;对于不同入口体积分数工况下,发现体积分数越大团聚效果越好;而由于速度工况中速度与流场中湍流耗散率成正比,所以可以发现速度越大湍流耗散率越大从而导致团聚效果越好.     

磨料水射流钻头喷嘴设计与试验研究

提出利用磨料水射流钻头解决在硬岩中钻孔速度慢的问题.通过磨料水射流钻头工作原理分析得出喷嘴结构制约了冲孔速度,是决定钻头破岩效率的关键因素.运用均匀设计法和Fluent数值模拟对影响冲孔速度的主要参数进行了研究,确定了磨料水射流钻头喷嘴的最优结构参数和实验参数,得出了喷嘴结构参数与泵压和磨料浓度之间存在交互作用.实验室岩石钻进实验表明,优化后的磨料水射流钻头硬岩钻进速度是原三翼钻头的5.6倍,是对照组1的1.25倍,是对照组2的1.18倍,表明在硬岩中钻进具有显著优越性.     

直吸式太阳能热化学反应器内工质流动特性的数值模拟

采用CFD软件,选用离散相追踪模型对直吸式太阳能热化学反应器内悬浮粒子系的运动轨迹进行三维数值模拟,从而得到反应器内离散颗粒相的运动轨迹.对比不同进口速度下反应器内的粒子轨迹可知,反应器存在一个最佳进口速度,使悬浮粒子系在反应器内达到较好的悬浮流动状态.通过分析模拟结果,在采用粒径为0.5μm,密度为550 g/m3的炭黑颗粒的情况下,理论研究所采用的反应器的最佳进口速度为2 m/s.     

半干法压力旋流式喷嘴雾化性能数值模拟

对压力旋流式脱硫雾化喷嘴雾化特性进行了数值模拟研究,分析了各因素对雾化液滴粒径的影响,得到了喷嘴下游流场内液滴粒径和速度空间分布.计算结果表明:雾化液滴粒径与雾化压力和喷嘴直径成正比,与雾化介质黏度和表面张力成反比;液滴速度沿轴向方向急剧衰减,在距喷嘴200mm处几乎不发生变化,而在径向方向上呈中心低,边缘高的分布;在破碎和聚合的作用下,液滴粒径沿轴向方向呈先减小、后增加的趋势,大颗粒主要集中在雾炬外围.试验结果与计算值基本吻合.     

可调离心式喷嘴喷雾流场的数值模拟研究

建立了可调离心式喷嘴三维CFD(计算流体动力学)模型。应用FLUENT软件对该喷嘴的喷雾流场进行了模拟分析。连续相采用三维可压缩稳态雷诺时均N-S方程,湍流模型采用标准的k-ε模型,通过SIM PLE算法求解压力速度耦合,离散相采用拉格朗日方法追踪颗粒运动轨迹。模拟结果给出了喷嘴喷雾流场随着时间的变化规律、喷嘴压差对喷嘴的雾化性能以及液滴分布特性的影响,得出了不同流量下索太尔平均直径(SMD)和液滴分布指数随着喷嘴压差的变化规律,模拟得到的索太尔平均直径与实验值吻合良好。     

井下旋流工具结构参数优化

研究旋流工具参数的优化问题,应用UG三维建模软件和Fluent流体软件建立旋流工具、气液两相流和离散相模型.从出口面粒子直径和粒径分布的角度,分析了喉管长度、旋流筒扩散角、喷嘴直径等参数对雾化效果的影响.分析发现,平均粒径会随着喉管长度、旋流筒扩散角、喷嘴直径的增大而呈先减小后增大的变化趋势.最后,根据其变化趋势对旋流工具结构参数加以优化.     

淹没状态下磨料射流破煤岩数值模拟仿真研究

基于ANSYSLS-DYNA软件,建立了淹没状态下磨料射流破煤岩靶体的仿真模型。并通过正交实验法得出了射流参数对破碎效率的影响程度,同时还利用单因素法分析了不同射流参数对破岩效率的影响。结果表明,随着射流直径的增大,冲蚀深度随之递减,冲蚀孔径随之增加;考虑破碎效率和经济效益,磨料射流破煤岩最佳射流速度在300 ms左右;磨料体积的最佳浓度在6%左右。     

螺旋型喷嘴雾滴分布特性实验研究

液体雾化是两相流研究中非常重要的课题,在农业、能源以及环境工程中具有广泛的应用。本文对TF6喷嘴的雾化机理及表征液滴尺寸的参数进行了理论分析,通过实验测量了该喷嘴在不同喷雾压力下液体雾化粒子的粒径分布,得出了粒子粒径与喷雾压力之间的变化规律,并得到了该喷嘴的临界雾化压力值。     

集输管线盲通管冲刷腐蚀数值模拟

运用计算流体力学（CFD）方法,研究流体速率、颗粒粒径、流体黏度以及流体密度等参数对盲通处冲刷腐蚀速率的影响。使用DPM模型求解得出固体颗粒在盲通处的运动轨迹,分析颗粒运动对盲通处冲刷腐蚀速率的影响。探究盲通管减弱冲刷腐蚀的最优结构,通过对比得出盲通长度对冲刷腐蚀的影响。数值仿真结果表明,冲刷腐蚀严重区域主要布置在盲通管的内拱璧位置处;冲刷腐蚀随着流体速度的增加而加剧,随着颗粒粒径和黏度的增大而减弱,盲通堵头长度为45 mm时冲刷腐蚀最弱。     

诱导通风系统设计方法初探

对地下车库采用诱导通风时的气流组织进行数值模拟,得出车库的速度和CO浓度场分布,从模拟的速度场和浓度场的结果中得出喷嘴不同接力方式的最佳接力点和最佳通风效果时的喷嘴接力方式,总结出设计诱导通风系统的一般方法,为诱导通风系统的设计提供了理论基础。     

螺旋型喷嘴雾滴分布特性实验研究

液体雾化是两相流研究中非常重要的课题，在农业、能源以及环境工程中具有广泛的应用。本文对TF6喷嘴的雾化机理及表征液滴尺寸的参数进行了理论分析，通过实验测量了该喷嘴在不同喷雾压力下液体雾化粒子的粒径分布，得出了粒子粒径与喷雾压力之间的变化规律，并得到了该喷嘴的临界雾化压力值。     

磨料射流的Fluent模拟及喷嘴尺寸影响研究

设计某种尺寸的喷嘴,并用Fluent软件模拟磨料流体在喷嘴中的流动,研究磨料射流在喷嘴中的流动规律以及喷嘴尺寸对磨料粒子的加速性能的影响。