排气管尺寸对旋风分离器流场影响的数值模拟

用雷诺应力湍流模型(RSM)模拟研究旋风分离器排气管尺寸对旋风分离器流场的影响.结果表明:单入口旋风分离器的非轴对称性在环区更明显;在排气管壁存在滞流区,排气管尺寸减小,该滞流区变薄;在分离区,De/D≥0.4时,旋风分离器的中心位置存在向下旋流,该旋流造成一定返混,对提高旋风分离器效率不利;随着De/D的减小,内旋流切向速度提高,中心处的向下旋流速度减小,总压降大幅提高;当De/D=0.3时,中心处向下旋流消失,提高了分离效率.     

卧管型多管旋风分离器的进气室内流场的研究

卧管型多管旋风分离器是一种新型高温、高效除尘设备.本文根据相似理论原理.设计了与卧管型多管旋风分离器进气室相似的实验模型.在入口总气量1580Nm~3/h下,用热线风速仪对模型中旋风管入口附近区域的流场进行了重点测试,总结出模型中旋风管入口附近的三维气流速度分布规律.并将其气流速度分布计算式无因次化.此流场分布规律可推广应用到与实验模型相似的装置上,为卧管型多管分离器进气室惯性分离模型的建立及其进气室的改进提出了必要的理论依据.     

轴流导叶式旋风管内气固两相流的实验研究

为研究颗粒分离机理,提高分离性能,采用五孔球探针测试仪及等动采样法对轴流导叶式旋风管内气固两相流速度与压力分布进行了测量,并分别对不同导流锥和排尘结构参数下的纯气流流场及颗粒浓度场分布进行了对比分析。实验结果表明,旋风管内气流切向速度分布呈典型的准Rankin涡结构,固相颗粒分布在离心力作用下沿径向分为近壁的密相区与中心的稀相区。减小导流锥下口内径,采用带有排尘侧缝的单锥排尘结构有利于旋风管内颗粒的分离。     

减阻杆对旋风分离器流场特性的影响

为了解减阻杆对旋风分离器流场特性的影响,利用激光多普勒测速仪(LDV)对安装减阻杆前后的旋风分离器流场进行测量,得到了时均速度、均方根速度、雷诺应力等参数分布。结果表明减阻杆对时均流场的影响与现有结论基本一致,对湍流特性的影响则与减阻杆截面尺寸有关。在所采用的尺寸范围内,小尺寸减阻杆使流场大部分区域的湍流脉动降低,大尺寸减阻杆则使流场大部分区域的湍流脉动增强。最后对减阻杆影响湍流脉动的机理进行了初步分析。     

卧置式旋风管的结构及性能研究

卧管型多管旋风分离器是一种新型高效除尘设备,旋风管是卧管型分离器的重要部件.本文研究了三种结构的卧管型旋风管,通过性能对比实验,选出一种性能优于目前广泛应用的立置导叶式旋风管作为卧管型多管旋风分离器的基准型旋风管。并给出这种基准型旋风管的性能计算公式.计算结果表明,卧置切向入口式旋风管比立置轴流导叶式的性能要优越。     

PSC型旋风管内气相流动的实验与数值研究

采用实验测量与数值模拟相结合的方法对PSC型旋风管内气相流动的三维流场进行了研究。结果表明，用雷诺应力湍流模型对流场的模拟计算与五孔球探针的测量结果基本相符，二者均证实PSC型旋风管内带有开缝结构的导流锥和排尘锥能够实现有效的气固两相流动控制，改善流动分布状态，有利于分离性能的提高。     

PSC型旋风管内气相流动的实验与数值研究

采用实验测量与数值模拟相结合的方法对PSC型旋风管内气相流动的三维流场进行了研究.结果表明,用雷诺应力湍流模型对流场的模拟计算与五孔球探针的测量结果基本相符,二者均证实PSC型旋风管内带有开缝结构的导流锥和排尘锥能够实现有效的气固两相流动控制,改善流动分布状态,有利于分离性能的提高.     

排气芯管结构对导叶式旋风管内流场影响的数值模拟

利用数值模拟方法,对比分析分流型芯管(SVF)及锥形芯管(CVF)对导叶式旋风管内流场的影响规律.结果表明:分流型芯管具有分流作用,芯管侧缝面积与芯管下口面积之比为2.42时,54%的含尘气流在侧缝处经惯性分离后进入排气芯管;与未开缝的锥形芯管相比,分流型芯管能有效降低芯管下口的短路流量,降低芯管内气流旋转强度,使旋风管总压降降低32%.     

旋风分离器排气管内气相流场的数值模拟

采用雷诺应力模型对直切式旋风分离器内气相流动的三维流场进行数值模拟,分析了排气管内的气相流场特点及排气管直径对气相流场的影响.结果表明:排气管内气流旋转强度较高,轴向速度呈强剪切流特征,并且存在回流区,这些都是造成能量损失的重要原因;减小排气管直径可以抑制短路流量,使旋风分离器整个空间内的切向速度增大,有利于颗粒分离,但同时压降增大.     

轴流导叶式旋风管内气固两相流的实验研究

为研究颗粒分离机理，提高分离性能，采用五孔球探针测试仪及等动采样法对轴流导叶式旋风管内气固两相流速度与压力分布进行了测量，并分别对不同导流锥和排尘结构参数下的纯气流流场及颗粒浓度场分布进行了对比分析。实验结果表明，旋风管内气流切向速度分布呈典型的准Rankin涡结构，固相颗粒分布在离心力作用下沿径向分为近壁的密相区与中心的稀相区。减小导流锥下口内径，采用带有排尘侧缝的单锥排尘结构有利于旋风管内颗粒的分离。     

直流式旋风分离器内部流场的实验研究

对一种直流式旋风分离器内部的流场进行了细致的测量，得到了速度和静压在分离器内的分布，并指出分离器内存在气体旋转的不稳定现象。试验中发现分离器稳流锥和排气管的长度对分离器性能有较大影响。通过实验数据拟合得到了分离段旋转速度的经验表达式。     

仿生射流表面减阻特性实验研究

基于鱼类鳃裂部位仿生射流表面理论分析,对仿生射流表面回转体进行射流实验,研究其减阻特性。运用扭矩信号耦合器,分别对光滑表面实验模型和射流表面实验模型在不同旋转速度下进行摩擦扭矩测试,得到射流减阻特性曲线。研究结果表明:仿生射流表面具有较好的减阻效果,减阻率与实验模型转速、射流速度、射流孔径有着密切关系;射流最大减阻率达到10.8%。     

Fluid flow field synergy principle and its application to drag reduction

The concept of field synergy for fluid flow is introduced, which refers to the synergy of the velocity field and the velocity gradient field in an entire flow domain. Analyses show that the flow drag depends not only on the velocity and the velocity gradient fields but also on their synergy. The principle of minimum dissipation of mechanical energy is developed, which may be stated as follows： the worse the synergy between the velocity and velocity gradient fields is, the smaller the resistance becomes. Furthermore, based on the principle of minimum dissipation of mechanical energy together with conservation equations, a field synergy equation with a set of specified constraints has been established for optimizing flow processes. The optimal flow field can be obtained by solving the field synergy equation, which leads to the minimum resistance to fluid flow in the fixed flow domain. Finally, as an example, the field synergy analysis for duct flow with two parallel branches is presented. The optimized velocity distributor nearby the fork, which was designed based on the principle of minimum dissipation of mechanical energy, may reduce the drag of duct flow with two parallel branches.     

涡流发生器对重型货车气动减阻特性的影响

为了解涡流发生器对重型厢式货车气动减阻特性的影响,以某国产重型厢式货车为研究对象,基于计算流体动力学的数值模拟,研究涡流发生器的形状、布置位置、高度以及间隙比对厢式货车的减阻效果,并分别从速度流线结构、湍动能分布和压力分布等方面探讨其减阻原因。结果表明:涡流发生器的形状、布置位置、高度以及间隙比对重型厢式货车气动阻力的影响较大。其中叉形涡流发生器位于货厢后端时的气动阻力系数最小,其值为0.699 6,相对于货车原始模型的减阻率为11.7%,因此叉形涡流发生器是最佳的涡流发生器造型。加装涡流发生器减小了货车尾部涡流区的面积和强度,使尾部气流延迟分离,进而减小了货车前后压差阻力。     

基于正交试验法的厢式货车气动减阻优化

为了优化某厢式货车的气动阻力系数,设计了驾驶室前部仿生减阻结构、顶部和侧部涡流发生器、底部涡流发生器等3种气动减阻装置。研究了3种单一气动减阻装置主要相关参数对气动阻力的影响,分别从货车外流场的速度轨迹、压力分布和湍动能分布等3方面详细分析了各单一气动减阻装置的减阻效果。在此基础上采用正交试验法对3种气动减阻装置的主要参数进行优化,获得最优减阻货车模型。研究表明:驾驶室前部突出部分的长度对货车整车气动阻力系数的影响比倾角更大;最优货车头部形状的倾角和长度分别为135°和300 mm,该模型的气动阻力系数为0.721 4,相对于货车原始模型的减阻率为8.93%;涡流发生器的高度和位置对货车的减阻效果均有较大的影响;涡流发生器可以增加货车尾部分离区流场的能量,使得尾涡区减小,气动压差阻力减小;3种气动减阻装置对货车气动阻力系数的影响大小依次为:底部涡流发生器、货车前部仿生减阻结构、顶部和侧部涡流发生器,其最优厢式货车模型的空气阻力系数为0.683 3,其复合减阻装置的最佳减阻率为13.8%。