高温横流燃气喷雾掺混的数值研究

高温高压条件下受限空间内旋流喷雾与横向气流的掺混规律尚不清楚,本文对圆形通道内高温燃气与旋流喷雾掺混蒸发过程进行了三维数值模拟,探究流场特征与掺混规律,研究增强流场掺混效果的方法。研究结果表明,四喷嘴周向均匀布置可以使雾化液滴群较均匀的充满掺混空间。相邻喷嘴中间区域液滴群浓度较高,气相温降较大。靠近壁面区域出现多组小尺度的旋涡对结构,小尺度涡结构的发展是促进掺混蒸发过程的主要方式。喷嘴雾化锥角、轴向倾角、切向倾角影响雾化液滴滞留时间及喷雾轴向贯穿深度,进而对掺混效果有较大影响,选择适中的喷嘴雾化角及入射角有利于流场掺混均匀。     

预混式双流体静电喷嘴喷雾特性及荷电性能

为实现高湿环境下脱硫塔内复杂烟气的高效除尘,设计了一种预混式双流体静电雾化喷嘴,并对其喷雾特性及荷电性能进行了试验研究。试验测量了喷雾粒径、锥角和荷质比等参数,通过量纲分析,得到了该喷嘴粒径分布与雷诺数Re的数学模型。试验结果表明:喷雾粒径随气液比(GLR)的增加呈指数减小,当气液比小于0.1时,喷雾粒径随气液比增加迅速减小,当气液比大于0.1时,喷雾粒径减小幅度趋于平缓;喷雾粒径随雷诺数的增加呈线性减小。喷雾锥角随着气液比增加呈先增大后减小的趋势,当气液比为0.1时喷雾锥角最大。气液比增加,喷雾荷质比增加,荷电效果逐渐增强。荷电电压的升高使得喷雾的单分散性提高,弥散空间逐渐增加。     

油束撞击形成混合气及其燃烧过程的机理研究

本文介绍了用多次喷雾叠加摄影与激光粒子分析技术对燃油喷雾撞击前后的粒径、贯穿度以及喷雾锥角等因素变化所进行的观察和测量以及介绍了利用双像高速摄影技术对燃油束撞击雾化形成的混合气以及燃烧过程特点的研究。结果表明,燃油经撞击后可显著地增大油束扩散角、不同程度地影响了燃油束的贯穿度,但对燃油束撞击前后滴径变化的影响不大。混合气形成及其燃烧过程的高速摄影研究结果表明,燃油束撞击雾化对加快燃油与空气的混合并促进其火焰扩展起到重要作用。另外撞击反弹方向和喷油压力等也是影响混合气形成和燃烧的重要因素。     

旋流非预混燃烧火焰流动特性的实验研究

利用粒子图像速度场测量技术(PIV)对不同工况下的旋流非预混燃烧流场进行了测量,考察不同燃空速度比下旋流火焰的流动特性.结果表明,轴向截面上径向平均速度流场以燃烧器轴线呈中心对称,轴向平均速度、轴向脉动速度和径向脉动速度沿燃烧器轴线成对称分布,且轴向平均速度和轴向脉动速度的最大值出现在轴线处.随燃空速度比的增大,轴向平均速度和脉动速度增大,随着与燃烧器表面的距离增加,流场截面上轴向平均速度和脉动速度差异不断减小.     

不同雾化模式下乙醇静电喷雾冷却换热特性

为揭示静电喷雾冷却过程传热强化机制,设计搭建了静电喷雾冷却传热实验台,对比研究了滴状、微滴、锥射流及多股射流模式下的喷雾粒径、喷雾速度等雾化特性,分析了雾化模式及工质流量对冷却换热性能的影响规律。研究结果表明,随着电压逐渐增加,喷雾粒径不断减小、喷雾速度不断增大,且电场力逐渐主导液体破碎及喷雾液滴撞击换热面过程;此外,随着雾化模式由滴状/微滴转变为锥射流/多股射流时,电场力可有效促进单相换热区的喷雾液滴铺展以及抑制过热状态下的液滴反弹,使核态沸腾阶段向更高表面温度方向延伸,喷雾冷却换热能力显著提升。     

戊醇/生物柴油喷雾微观与宏观特性可视化研究

戊醇掺混生物柴油是非常具有潜力的可再生高活性替代燃料,但其掺混后喷雾雾化特性是制约其能否清洁燃烧关键因素。本研究在可视化定容燃烧弹中借助分光镜,将装配了长焦镜头和长工作距显微镜头的两台高速数码相机垂直布置,搭建了长焦高速阴影成像和长工作距离显微高速阴影成像同步测量平台,同步实时捕捉多个喷射循环内宏观和微观喷雾图像,开展了戊醇/生物柴油喷雾宏观和微观特性的可视化试验。针对微观喷雾液滴直径和瞬时速度特征,开发了基于液滴分离和液滴追踪的颗粒追踪测速方法;针对宏观喷雾特性,基于最大类间方差法,获得喷雾贯穿距和喷雾锥角。本文定量表征了远场离散液滴回卷过程中直径(分布)和瞬时速度(分布),回卷平均速度约为轴向平均速度的1/20。     

PODE3-5/柴油混合燃料高海拔喷雾特性研究

利用定容弹喷雾试验台,开展了柴油、PODE_3-5/柴油混合燃料(20%PODE_3-5+80%柴油)、PODE_3-5三种燃料喷雾特性试验,研究了不同海拔热力学边界条件下混合燃料喷雾浓度场分布,喷雾贯穿距和喷雾锥角以及喷雾体积、卷吸质量、轴向和径向当量比、索特平均直径的变化规律。结果表明：随着海拔的升高,混合燃料喷雾过程中韦伯数和奥内佐格数降低,抑制了燃料二次雾化破碎,环境压力对喷雾纵向发展影响较为明显,环境温度对喷雾横向发展更为明显。PODE_3-5燃料较低的蒸馏点和运动黏度促进了雾化发展,导致喷雾贯穿距和喷雾锥角同时降低,且降低幅度随PODE_3-5含量增加和海拔升高而增大。海拔5500m环境条件下,PODE_3-5/柴油混合燃料喷雾贯穿距和喷雾锥角比柴油分别减小9.2%和22.1%。     

带膨胀腔喷嘴制冷剂R134a闪蒸喷雾可视化研究

闪蒸喷雾由于存在特殊的气泡爆裂使得其在较小压力下即能够实现较好的雾化效果。为了探索制冷剂R134a的闪蒸喷雾机理,本文利用高速摄像机对直管石英玻璃喷嘴内部流型以及不同膨胀腔喷嘴的外部喷雾特性进行了可视化观察及量化比较。发现随喷雾压力增大,制冷剂R134a在直管喷嘴内部表现出对称空化、非对称空化和类弹状空化等不同的空化流型,其中对称空化流型对应的雾化锥角基本相同。膨胀腔型喷嘴达到较小喷雾锥角所对应的膨胀腔长径比为1:2~2:1,最佳外部喷雾锥角稳定在70°左右。     

含甲缩醛柴油喷雾和燃烧排放特性的试验研究

应用激光相位多普勒技术测量了含甲缩醛柴油喷雾的速度场和粒径场,在直喷式柴油机上研究了该含氧混合燃油的燃烧排放特性。结果表明,添加甲缩醛可改善柴油的雾化,增加喷雾轴线上的粒子速度,但减小喷雾锥角;同时以远大于其加入的比例降低柴油机排气烟度,但对氮氧化物的排放影响不大。柴油机采用甲缩醛作燃油添加剂时,需改造燃油系统。     

可控热氛围下丙烷柴油混合燃料喷雾特性试验研究

利用可控热氛围燃烧系统提供的稳定均匀温度场,使用高速摄像机研究丙烷/柴油混合燃料的稳态喷雾特性。研究了不同混合比例、背景温度和喷射压力下混合燃料的喷雾发展过程和相关喷雾特性参数的变化规律。结果表明,相对于纯柴油燃料,丙烷/柴油混合燃料喷雾在形态上有明显差别,丙烷含量增加,喷雾的最大贯穿距离减小,喷雾锥角变大,少量的丙烷添加,变化就极为明显。背景温度对纯柴油和混合燃料的喷雾参数的影响趋势相同,最大贯穿距离和喷雾锥角随背景温度的升高而减小,其中丙烷/柴油混合燃料对背景温度的变化更为敏感。     

双路离心式喷嘴的实验与数值模拟

通过实验与数值模拟方法开展了双路离心式喷嘴的研究。实验测量了喷嘴主、副油路在不同压力下的雾化锥角与流量特性,拍摄了喷嘴在典型工况下的喷雾场照片。数值模拟采用VOF(Volume-of-Fluid)两相流模型来模拟喷嘴内气液两相流流动,较好地模拟出喷嘴内的空气涡与喷雾锥角,所得到喷雾锥角与实验结果吻合较好。通过实验与数值模拟相结合的方法验证了双路离心式喷嘴的雾化性能,从而为双路离心喷嘴的设计和性能预测提供了理论基础。     

结合静电喷雾技术与浸渍法制备的固体氧化物燃料电池阴极

使用浸渍法制备具有纳米催化粒子的固体氧化物燃料电池电极可以提高电池性能。结合静电喷雾技术以及浸渍法制备的Sm0.2Ce0.8O2-δ（SDC）La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ（LSCF）浸渍阴极。对于静电喷雾技术中沉积温度对于薄膜形貌的影响做了讨论。阻抗谱研究表明,以300℃下沉积制得的薄膜为骨架的阴极具有最小的极化阻抗,在650、700、750、800℃分别为0.484、0.077、0.034、0.022Ω.cm2。以这种电极为阴极并以稳定的氧化锆为电解质的单电池在750℃时最大功率密度为254mW/cm。     

切向管结构对涡流二极管性能影响的数值模拟

为研究涡流二极管切向管结构对其性能及内部流场的影响,本文采用SIMPLE算法、κ-ε模型对锥角为0.(直筒型),3°、5°、7°和10°的五种切向管结构模型进行了数值模拟.结果表明:随着切向管锥角的增大,由于强制涡速度的提高,反向阻力系数随之增大,同时由于切向管中涡量的增大,正向阻力系数也随之增大.直筒型切向管结构ε值...     

喷孔长度和喷油体温度对乙醇柴油空化及近场喷雾的影响

利用高速摄像机和放大比例的单孔透明喷嘴搭建可视化试验台,研究喷孔长度和喷油体温度对喷孔内乙醇柴油空化流动特性和近场喷雾的影响,试验用喷嘴的孔径均为2 mm,孔长分别为4 mm、6 mm和8 mm,喷油体温度分别控制在303 K、333 K和363 K。试验发现,随着孔内燃油平均流速的增加,各喷孔的空化现象依次经历了无空化、空化初生、空化发展和超空化5个阶段,短喷孔内更易发生空化现象,且在相同的空化阶段短喷孔的孔内燃油平均流速小于长喷孔;此外在相同进出口压差下短喷孔对应的近场喷雾锥角要大于长喷孔喷雾锥角。喷油体温度也会影响喷孔内空化流动特性和近场喷雾形态,喷油体温度越高,空化现象越强烈,空化变化速率越大;当喷孔进出口压差相同时,喷油体温度在303 K、333 K和363 K所对应的近场喷雾锥角依次增大。最大近场喷雾锥角所需的喷射压力随喷油体温度的升高而减小。     

气固两相平面混合层的直接数值模拟

本文采用直接数值模拟(DNS)方法研究了气固两相混合层的涡量场和颗粒扩散,分析了湍流混合层中涡结构的卷起和配对过程,并讨论了大尺度涡结构的配对过程对平均速度、雷诺应力的影响。同时分析了混合层中不同Stokes数的颗粒在涡结构的作用下的混合和扩散。结果显示Stokes数为1的颗粒主要分布在流场大尺度涡结构的外边界,而Stokes数为0.01在涡结构的作用下,在流场中充分混合。     

激光会聚铬原子光栅三维特性分析

采用近共振激光驻波场会聚铬原子沉积技术制作的原子光栅可以作为纳米级长度计量标准.基于粒子光学模型,综合考虑横向发散角、纵向速度分布以及同位素等影响因素,采用蒙特-卡罗方法确定原子运动的初始条件,对激光驻波会聚原子的三维特性进行了研究.获得了不同激光功率下沉积条纹的三维结构,分析了纵向高斯激光分布和椭圆高斯激光截面对沉积...     

空气流场中气泡示踪粒子的跟随性研究

在流场速度场测量中 ,示踪粒子是显示流场运动的媒介和工具 ,示综粒子对流场的跟随性直接影响着流场速度场测量的精度。本文从 Bassat- Boussinesq- Oseen( BBO) [1 ]方程出发给出了粒子跟随性函数和粒子在匀角速旋转流体中的运动公式 ,讨论了影响示踪粒子跟随性的参数     

在定容燃烧装置中进行柴油机喷雾特性的研究

本文报道了作者在自行设计的高温高压燃烧装置中,对柴油机的喷雾特性进行了研究。在实验中,用高速纹影摄影技术观察研究了燃烧室中的空气温度、空气压力、空气涡流以及喷孔直径对喷雾贯穿距离、喷雾锥角、喷雾形状和喷雾碰壁反溅现象的影响,并得出了相应的结论。     

湍动雾化射流液雾粒径分布的数值模拟

对水在空气中湍动雾化射流的气液两相流场进行了数值模拟.其中,气体流场采用k-ε湍流模型进行模拟,给出了载气轴向速度的分布情况.对喷雾粒子的运动采用颗粒轨道法,建立粒子破碎和碰撞的数值模型,研究了液雾粒径在不同工况下沿轴向的变化趋势.数值模拟结果与实验结果在多种气液比下进行了比较,两者吻合较好.同时,分析了初始粒径和粒子总数及喷嘴尺寸对液雾粒径变化趋势的影响,讨论了有助于粒径均匀分布的条件.     

对称槽道涡波流场流动特征的POD分析

为深入分析层流状态下对称槽道内涡波流场的流动特性及其变化规律,对流场进行了二维粒子图像测速(2DPIV)测量获取瞬态速度矢量数据,利用本征正交分解(POD)技术进行模态分解以及涡波流场的重构,然后根据重构的流场对对称槽道内涡波流场进行了平均速度剖面、流场脉动强度以及特征点的速度和频谱分布等方面的分析。结果表明：POD的前15阶模态能够表征涡波流场的主导结构,第1,3阶模态主要表现为一对旋向相反的涡对特征,第2阶模态具有涡旋和波状主流的特征;提取了5个涡旋涡核的位置作为流场流动特性的特征点;根据POD重构流场分析发现流向平均速度呈抛物线形状分布,法向平均速度呈对称分布特征;流向脉动强度受壁面的影响较大,法向脉动强度呈现抛物线形状分布;距离中心主流较近的1^#,4^#,5^#特征点的速度脉动程度受主流的脉动强度影响较大,速度的脉动主频0.15 Hz与次频、流场的自然频率0.35 Hz共同影响特征点的速度分布;2^#,3^#特征点的流向速度呈衰减趋势,法向速度在初期幅度变化较大。