柱锥体喷动床喷动特性的试验研究

建立了高1500 mm、内径200 mm、锥角60°、喷口直径可变的可视化柱锥体喷动床系统,进行了五种不同颗粒喷动特性的试验,重点考察了床层压降、最小喷动速度和喷泉高度随操作参数的变化。结果表明:升速法与降速法测得的最小喷动速度具有较大的差异,降速法测得的最小喷动速度与经验关联式的计算值吻合较好;最小喷动速度随着静止床高、颗粒直径、喷口直径的增大而变大;随着表观气速的增加,喷泉高度上升,随着静止床高的增加,喷泉高度下降。     

二维喷动床颗粒流动的脉动特性实验研究

二维喷动床横截面为152 mm×15 mm,锥角为60°,喷口宽度为9 mm,实验物料为平均粒径2.0 mm的玻璃珠.床体的颗粒流动表现出整体的喷动周期性,属于不连贯喷动流型.本文基于PIV处理颗粒流动图像获得了颗粒流动的瞬时速度;基于功率谱密度分布对瞬时速度的分析结果表明,喷射区轴线的中下部颗粒存在较强的速度脉动,环隙区颗粒速度脉动较弱;研究发现喷动周期与床体压力脉动周期基本一致.     

喷动床内纳米颗粒气固两相流动的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,颗粒动理学理论模拟颗粒相流动,采用周涛和李洪钟(1999)的力平衡模型预测纳米颗粒聚团尺寸,对喷动床内纳米颗粒聚团流化过程进行了数值模拟,得到了喷动床内纳米颗粒聚团的流化过程,获得喷射区和环隙区内颗粒相速度和浓度分布。分析了喷动床结构和进口气体速度等对纳米颗粒聚团流化特性的影响。由于纳米颗粒的特殊性质,不易形成喷泉区。适当的喷动床结构和进口气体速度有助于形成稳定喷动。     

基于摩擦-动力应力模型模拟喷动床气固流动

建立同时考虑颗粒和颗粒之间瞬间碰撞作用(瞬间接触)和非流化下颗粒滑动和滚动运动产生的颗粒半接触作用的颗粒碰撞-摩擦应力模型。推导具有普适性的固相动量守恒方程,建立高颗粒浓度气固两相流动模型,对喷动床内气体颗粒流动过程进行了数值模拟。模拟计算预测喷动床内喷射区、环隙区和喷泉区颗粒流动特性。预测喷动床内颗粒浓度和速度分布与他人实验结果相吻合。     

湿颗粒喷动床颗粒聚团特征的实验研究

建立了内径140 mm、锥角60的可视化锥柱喷动整床和半床实验系统,研究了液含量、颗粒粒径、形状等对床内湿颗粒聚团的影响规律。实验表明:湿颗粒喷动床内有块喷动、死床和非均匀结块三种聚团类型,聚团的出现类型与粒径dp有很大的关系;当dp1 mm,液体饱和度S0.2时,容易出现块喷动;当dp1 mm,S0.05时,容易出现死床、非均匀结块。在此基础上,从微观颗粒受力分析出发,提出了一种预测湿喷动床内聚团倾向的方法。     

气固两相流颗粒相特性参数的测量及其不确定分析

本文介绍一种采用光纤式高速摄影测量装置获取三维柱锥形冷态喷动床试验台内部气固两相流颗粒瞬时速度的测量方法、及其测量不确度的分析。基于获取的颗粒相运动视频,计算出颗粒瞬时速度、颗粒相速度和颗粒温度,它们分别用于表征测量区域中颗粒群流动的快慢和脉动的强弱。测量结果表明:镜头畸变校正环节是影响颗粒瞬时速度测量的主要因素,本测量装置的颗粒瞬时速度的测量不确定度为士2.383%;颗粒相速度在喷泉核心区(r/R≤0.2)为正,绝对值较大,沿半径方向减小到零,然后在r/R=0.45处转变方向并逐渐增大;颗粒温度在区域r/R≤0.2和r/R≥0.65变化显著,对应着喷动床内颗粒喷射上行和下落的主要区域,这证实了公开文献中喷动床内颗粒脉动动能分布的数值模拟结果。     

湍动流化床内气固两相流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,颗粒动理学方法模拟颗粒脉动流动和κ-ε双方程模型模拟气相湍流流动,考虑气固两相间耦合作用,数值模拟湍动流化床内气固两相流动行为,获得颗粒浓度和颗粒速度分布.计算结果表明湍动流化床呈现下部密相区、上部稀相区的颗粒分布特性.在密相区,沿床径向方向颗粒浓度在床中心处低、壁面逐渐增高;在稀相区颗粒浓度分布较均匀.沿轴向方向颗粒浓度呈底部浓度高、顶部浓度低的"S"型分布.     

钠钾合金热管启动性能实验研究

良好的启动特性是热管可靠运行的必要条件。重力热管启动特性受倾角等因素影响较大。采用55%钾+45%钠配比的钠钾合金热管,实验研究了倾角对其启动特性的影响。得到了倾角为0°,10°,20°,30°,40°及50°时的启动特性,并获得了外壁温分布曲线。结果表明该热管启动特性良好,倾角的增加不仅使冷凝段温度上升更有利于热管的启动。     

喷动床气固流动特性的三维CFD-DEM数值模拟

开展了柱锥形气固流动特性的CFD-DEM耦合三维数值模拟研究。气相场采用基于欧拉坐标体系的k-ε双方程湍流模型,固相场采用基于拉格朗日坐标体系的DEM直接数值模拟方法,跟踪离散颗粒场的每一个颗粒,考虑颗粒与颗粒(壁面)之间的碰撞力、曳力、重力、Magnus升力、saffman升力。颗粒之间的碰撞采用Hertz-Mindlin无滑移模型计算。模拟对象为柱锥形喷动床,其直径为0.152 m,喷口直径为0.019 m,模拟颗粒数22万,探讨了喷动床中射流随时间的发展,不同气速下床内气固流动结构,以及颗粒速度与颗粒浓度的分布,并与实验数据进行了对比。     

管径与倾角对蒸汽-空气冷凝特性影响实验研究

对于轻水反应堆核电站,在发生反应堆失水事故情况下,大量的高温高压蒸汽喷放进入安全壳后,含空气的蒸汽冷凝是安全壳内重要的物理现象之一。先前的研究提出了若干实验关联式,它们包含了压力,浓度,壁面过冷度等热力参数对冷凝传热系数的影响。但是,目前仍缺少管径、倾角等几何参数对冷凝传热系数的影响研究。因此,本研究在压力0.15～1.6 MPa,过冷度30～120℃范围下开展了不同管径、倾角条件下含不凝性气体蒸汽冷凝传热的特性实验。对三种不同管径(19 mm、15 mm、12mm)五种不同倾角(0°、30°、45°、60°、90°)的传热管进行了传热特性分析。结果表明,随着管径的减小和倾角的降低,冷凝传热系数随之增加。基于本研究和国内外相关实验的2276个实验数据点,提出了一个包含管径和倾角的实验关联式,它在95%置信度下的误差在±15%以内。     

大管径油气两相流流型变化机理的研究

本文对大直径水平和不同倾角的倾斜管道内油气混输流动的流型及流行转换进行了研究,探讨大直径油气混输管道不同倾斜度油气两相流动过程中段塞流的形成机理。在大型多相流流动模拟实验装置上,模拟油气在大直径管道内的混输流动。通过改变倾斜角度,研究倾角分别为1°、5°以及10°下的油气两相流流型及流型转换的特性,实验结果表明,倾斜角度对段塞流流型的产生及其变化影响显著。     

不同复合角对平板气膜冷却特性影响的实验研究

本文对不同复合角的典型单排孔冷却结构的平板气膜冷却特性进行了实验研究,研究对象为α为30°,β分别为30°、45°、60°的射流孔板,对它们在不同吹风比条件下的绝热气膜冷却效率分布特性进行了分析.实验结果表明,所有复合角条件下的冷却性能都优于相同条件下的简单角; M=0.5、β=60°时的冷却性能明显优于其他两个复合角;M=1.0时.三者的下游横向平均冷却效率相差不大; M=1.5、β=30°时的冷却性能最优.     

不同管排方式下三维鼓泡床内气固流型及埋管磨损的LES-DEM研究

埋管具有限制气泡大小和改变床内气固流动特性而被广泛用于密相流化床内,但不同管排方式对改善气固流型特性的作用不同。本文基于LES-DEM耦合方法,在颗粒尺度层面研究了不同管排方式下鼓泡床内颗粒流动特性以及埋管磨损分布特性。发现埋管的存在使得在管束的上部和下部区域存在四个明显的局部颗粒循环.另外,错列管排对颗粒的轴向迁移的限定更为明显,使得颗粒浓度在水平方向上分布更为均匀。由于不同的管排方式导致不同的气固流动特性,管束周围磨损特性差异明显.     

疏水-超疏水组合表面倾斜管外混合蒸气冷凝过程

本文在铜管外制备疏水超疏水组合表面,控制铜管和重力方向的倾角为0°、30°、45°、60°,利用高速摄像系统研究混合蒸气冷凝过程中表面润湿性和重力的协同调控机制,观测了液滴的动态特性,测量了组合表面上混合蒸气传热性能.结果表明:倾角增大,组合表面上的冷凝液滴会偏离重力方向沿着疏水环向下冲刷;倾角60°时,疏水区域的液滴会合并到相邻的上下超疏水区域;和亲水光滑铜管相比,组合表面上含不凝气30%的混合水蒸气冷凝传热随倾角度增加先下降、之后保持不变、最后升高,分别提高50%～65%(竖直)、35%～55%(倾角30°和45°)、45%～55%(倾角60°)。     

惰性颗粒流化床中低浓度煤层气燃烧特性实验

采用实验的方法,在鼓泡流化床燃烧装置中研究了低浓度煤层气在床内的流动和燃烧特性,考察了床层温度、气体浓度、流化风速及床料颗粒特性等操作条件变化对甲烷转化率和燃烧产物的影响。研究表明:床层温度升高,甲烷转化率显著增加;增加流化风速及进气甲烷浓度,甲烷转化率减小;颗粒粒径增加,甲烷转化率增加;CO排放浓度随床层温度的升高先增加后降低,并在床层温度约850℃时达到其最大峰值,沿流化床轴向高度CO的排放浓度先增加后降低,呈钟型分布。     

循环流化床内颗粒运动特性

1前言循环流化床作为一种先进的清洁煤燃烧技术，尤其在脱硫方面具有的独特优越性，使其在电力行业发展迅速。单台容量为250MWe级的循环流化床电站锅炉预计将在1998年运行，同时，国外正着手利用循环流化床燃烧技术改造老式煤粉锅炉。尽管循环流化床技术在工业界取得了很快的发展，但作为技术核心的内部颗粒运动特性还需做进一步的研究，以便为模型计算和装置放大提供更为精确的微观颗粒运动数据。作者为了探求循环床内颗粒运动特性，以求得到对工业发展的有用规律、优化设计及运行操作，利用FFT技术对三千多组颗粒浓度、颗粒速度和颗粒动…     

层状千枚岩的断裂特性

采用中心直切槽半圆盘层状岩样测试了层状千枚岩的断裂性能,并基于黏结单元建立了层状岩石的有限元数值计算模型,系统研究了层理倾角、层理强度、层理间距及切缝倾角等参数对层状千枚岩断裂特性的影响。结果表明:当层理倾角在0°～90°范围内时,Ⅰ型断裂韧度逐渐增大,峰值载荷和峰值位移也呈增大趋势;层理倾角为零时,发生张拉破坏。层理倾角在15°～45°时,剪切破坏占主导;层理倾角在60°～90°时,张拉破坏占主导。层理倾角为零时,破坏模式受层理强度影响较小;层理倾角分别为15°和30°时,随着层理强度增大,试样由剪切破坏向拉-剪耦合破坏演化;层理倾角在45°～90°时,试样均呈现拉-剪耦合破坏,且随着层理强度增大,试样有向拉伸破坏为主演化的趋势。层理间距较小时,裂纹呈沿层–穿层阶梯状扩展趋势明显;切缝倾角较大时,裂纹穿层扩展趋势明显。     

湿颗粒流化床流动特性的实验研究

基于可视化湿颗粒流化床实验系统,研究了多种Geldart-D类颗粒在不同含液量时的流动特性变化规律,包含流型、床层压降、最小流化速度。实验结果表明:1)在湿流化床内,颗粒出现聚团结块行为,气泡呈现不规则形状;湿颗粒流化过程的稳定性较干颗粒床明显下降,床内近壁面区域易出现局部沟流。2)固定床阶段,由于空隙率的增加,相同气速条件下,湿颗粒床层压降低于干颗粒;基于厄贡公式,得出了湿颗粒固定床床层压降的计算方法。3)湿颗粒的最小流化速度U_(mf)高于干颗粒,且随粒径d_p的增加而增加;导出了预测D类湿颗粒最小流化速度的半经验公式,Re_(mf)=0.279.Ar~(0.5),该式计算结果与实验测量结果偏差小于15%。     

导流管喷动床环隙区颗粒流动分析

本文使用光纤测量了导流管喷动床环隙区的速度分布,通过计算颗粒流中的Savage数,Bagnold数和Friction数等准则数,表明该区流动为重力控制,以摩擦应力为主的慢速颗粒流。颗粒速度沿径向近似线性变化,而且其切变率随高度有很大不同。最后研究了表观气速,导流管内径,夹带区高度等对颗粒速度分布的影响。     

基于XPTV的流化床异形颗粒分布特性研究

构建了X光颗粒示踪(X-ray particle tracking velocimetry,XPTV)测量系统,建立了示踪颗粒的制备方法以及示踪颗粒位置与姿态取向的测量和误差评估方法。基于以上方法获得了不同气速下圆柱颗粒位置和姿态取向的分布规律,并阐述了以上分布规律与流型之间的内在联系。结果表明,流化床处于鼓泡流化时圆柱颗粒会形成内循环,颗粒中心线与竖直方向多呈倾斜状态;而处于湍动流化时圆柱颗粒则会在全床内趋于均匀分布,颗粒中心线趋于竖直方向。