气液固三相浆态床流型转变特性的试验研究

建立了高0.8 m,截面为0.1 m×0.01m的可视化浆态床实验系统,采用空气、水和玻璃粉作为浆态床中气液固三相,研究了颗粒粒径为58~75μm和106~150μm,固相体积分数为3%和9%时的宏观流动特性。试验获得了不同物料体系下的床层压降随气体雷诺数的变化规律,同时得到了颗粒浓度对流型转变气速的影响。找到均匀流流型向过渡流型转变的第一转变点和从过渡流型向非均匀流型转变的第二转变点的取值范围。结果表明:三相体系的压差值随着气体雷诺数的增大而趋于一个稳定值,颗粒粒径增大会使体系压差值增大;固体颗粒浓度的增加,会使第二转变点取值减小,而颗粒粒径对流型转变气速影响很小.同相浓度的增加,会加快三相体系的失稳,在更低的气速下进入到非均相湍动流动状态中.     

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。     

冷却倾斜板熔体处理过程边界层分布及流动传热的理论研究

针对倾斜板熔体处理晶粒细化与半固态成形原理,研究了倾斜板熔体处理过程边界层分布,建立了熔体传热和冷却速率的计算模型.计算结果表明,随着斜板倾角和熔体初始流动速度的增大,熔体在倾斜板上从层流向紊流的转变时间减少;温度边界层厚度随着熔体初始流动速度的增加而减小,斜板倾角对温度边界层厚度的影响较小;温度边界层厚度和速度边界层厚度都随熔体流动距离的增加而增大,在层流区,温度边界层厚度远大于速度边界层厚度,而在紊流区,温度边界层厚度与速度边界层厚度重合;倾斜板上熔体冷却速率与熔体厚度成反比,初始流速小于1m/s时,熔体的冷却速率沿着倾斜板长度方向逐渐增大,初始流速为1m/s时,熔体的冷却速率沿倾斜板长度方向基本不变,当初始流速大于1m/s时,熔体冷却速率沿倾斜板长度方向逐渐减小;倾斜板上熔体冷却速率在100—1000 K/s之间,属于亚快速凝固范畴.     

微型摆式发动机间隙内部流动数值分析

本文采用离散速度方向模型对微型摆式发动机摆臂与腔体间隙内的微尺度气体流动开展了数值研究,分析了摆臂运动对间隙内压差驱动下气体流动阻力和流量的影响规律,并探究了气体稀薄性对间隙泄漏规律的影响。研究发现,当摆臂运动方向与压降方向相同时,稀薄气体效应导致的速度滑移相对于气体流动阻力对流量的变化起主导作用;当摆臂运动方向与压降方向相反时,由于微尺度下壁面作用的增强,在边界附近出现气体回流,且在气流进出口处出现涡结构。     

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%。     

真实人体鼻腔三维重建和气流特性的数值模拟

为研究人体鼻腔内的气体流动和颗粒沉积状况,基于19岁男志愿者的螺旋CT医学图像,采用医学有限元方法和逆向工程技术,重构了真实人体鼻腔的三维几何模型.采用RNG k-ε湍流模型和有限差分数值方法对志愿者在Q=15 L/min(人体平静时刻)、Q=30 L/min(小负荷运动时刻)、Q=60 L/min(大负荷运动时刻)三种呼吸强度下的鼻腔内的气体流动特性进行了数值模拟与分析,得到了呼吸时鼻腔内的压力和气流分布规律,并在拉格朗日框架下跟踪了颗粒的运动和沉积.以3μm粒径颗粒为研究对象,可视化显示了其在鼻腔内的沉积位置.本研究对呼吸时人鼻腔中气体流动特性、气雾剂治疗等问题深入探讨具有参考价值.     

铝颗粒粉尘对冲火焰数值模拟研究

铝颗粒由于具有能量密度高、易储存、燃烧过程不产生温室气体等优势,有望成为未来化石燃料替代的解决方案.本文建立了铝颗粒粉尘火焰的燃烧模型,其中考虑了相间传热、相变、表面化学反应、气相详细化学反应及辐射传热等过程,并针对铝颗粒粉尘对冲火焰开展了数值模拟研究.首先,通过仿真McGill大学的铝颗粒粉尘对冲火焰实验进行模型验证,并分析了实验中使用铝颗粒本身作为示踪粒子引起的气相速度测量误差,结果表明,数值模拟得到的离散相速度分布与实验结果基本一致,火焰传播速度的预测值也同实验数据吻合较好.当颗粒粒径小于10μm时,连续介质假设不再成立,相间传热模型必须考虑过度区机制,随着颗粒粒径的增加,火焰传播速度不断降低.随着对冲火焰拉伸率的增加,颗粒在火焰区的停留时间减少,并出现燃烧不完全的现象,粉尘火焰由双峰变为单峰结构.火焰传播速度随着拉伸率的增加而增大,通过线性外推可得到未拉伸的火焰传播速率约为29 cm/s.辐射引起的热损失会导致气相温度大幅降低,但辐射传热对颗粒的加热作用相对较小.     

悬浮RDX炸药粉尘爆轰的数值模拟

用两相流模型对悬浮RDX炸药粉尘爆轰波进行了数值模拟。RDX炸药颗粒在爆轰波阵面后的高温高速气流中加速并升温,颗粒表面发生熔化。参考液滴在高速气流作用下剥离的效应,假设炸药熔化部分在高速气流的作用下发生剥离,破碎成极小的颗粒,瞬时发生分解反应,释放出能量支持爆轰波传播。数值模拟了在不同粒径和浓度的悬浮RDX炸药粉尘中爆轰波的发展与传播过程,得到了爆轰波流场中气-固两相的物理量分布,并确定了爆轰波参数。在较低的RDX粉尘浓度条件下,爆轰波阵面压力的峰值曲线出现振荡。当RDX粉尘浓度在80~150 g/m3时,数值模拟得到的爆轰波阵面压力峰值曲线的振荡是规则的;当RDX粉尘浓度为70 g/m3时,爆轰波阵面压力峰值曲线出现不规则振荡。     

用ELPI测量颗粒物的分级荷电量

提出了一种利用静电低压撞击器(ELPI)测量颗粒物分级荷电量的新方法,利用此方法可以将每种颗粒在 0．03-10μm范围内按其动力学粒径分为12级,然后可以获得每一级粒径的单个颗粒的平均荷电量。应用此方法首次实际测量了3种飞灰在自然荷电与强制荷电两种工况下的分级荷电量,获得了比较合理的结果,结果显示飞灰主要荷负电,且小于1 μm的飞灰颗粒的荷电量随粒径变化不大,而大于1 μm的颗粒的荷电量随粒径增加迅速增加。     

颗粒帘换热器中气粒两相换热特性实验研究

根据某1 t/h燃煤工业锅炉空气预热器的热力参数,设计并搭建了一套颗粒帘空气预热器模拟实验系统,研究了不同进气温度Tg0(150~300℃)、进气速度Vg0(0.9~1.5m/s)、颗粒帘进口厚度b0 (60~180 mm)、颗粒粒径dp(150~212μm)以及不同颗粒质量流量ms (550~2150 g/s)工况条件下热空气与进口温度tp0=20℃的硅砂颗粒帘间的换热特性。结果表明:影响颗粒帘换热器中气粒两相换热特性因素的重要性次序为进气温度、进气速度、颗粒质量流量、颗粒粒径、颗粒帘进口厚度;换热端差最低可至4.5℃,最大可达87℃;颗粒帘及颗粒帘出口气流的温度沿颗粒下落方向在前期上升迅速(186~475℃/m)而后期上升比较缓慢(60~108℃/m),并且在0~0.5 m和0.5~1.0 m的高度范围可分别用线性和对数方程来描述。     

颗粒物Mie散射对差分吸收光谱技术的影响

差分吸收光谱法(DOAS)应用于固定污染源烟气排放在线监测时,由于烟气中烟尘颗粒物含量较高,烟尘颗粒物Mie散射引起的消光对准确反演气体浓度应有一定影响,通过对1～10μm烟尘颗粒物Mie散射对DOAS影响的数值模拟和实验研究得出,烟尘颗粒物的散射光强与颗粒粒径分布、颗粒数密度有关,随着颗粒粒径和颗粒数密度增加,气体的差分吸收度随之而增加,差分吸收度曲线的频率特性发生变化,传统DOAS算法中的应用多项式滤波已无法消除颗粒物Mie散射对气体差分吸收度的影响,气体浓度的反演结果远远偏离真实值.     

浆氮制备及其管内流动特性的实验研究

本文对冻结一融化法制备浆氮进行了研究,考查了真空泵抽速及冻结、融化时间对浆氮性质的影响,得到了制备含有细小固氮颗粒浆氮的方法。并研究了浆氮在内径10 mm的水平长直圆管中的流动性质。实验结果表明,当真空泵抽速大于4 L/s且冻结与融化时间分别为10 s与5 s时制备效率高且生成的固氮颗粒直径约1 mm。浆氮在水平圆管内流动时单位长度的压降略高于液相压降,且随流速和固相体积分数的增加而增加,在低速时固相体积分数对流动压降有明显影响。     

流体在微细多孔介质中的流动阻力研究

本文对空气和水流过烧结微细多孔介质内部的流动阻力进行了实验研究和数值模拟,分析不同颗粒直径条件下摩擦因子与等效雷诺数的关系.结果表明:对于水,实验及数值模拟得到的摩擦因子与经验公式符合很好.对于空气,当颗粒直径为200μm和125 μm时,由于可压缩性的影响,摩擦因子略大于经验公式结果.当颗粒直径为90μm和40 μm时,实验及考虑速度滑移得到的摩擦因子小于经验公式结果.因此,当颗粒平均直径小于90 μm时,空气在微细多孔介质中的流动需要考虑稀薄气体效应.     

微细光滑圆管内气体流动阻力特性的实验研究

本文采用内径为84．7μm及144．4μm的玻璃圆管作为实验管，对微细管内气体流动的阻力特性进行了实验研究．结果表明，层流状态下，微细圆管内气体流动的摩擦系数大于不可压、充分发展管内流动的数值．其物理机制为：微细圆管内气体流动的可压缩性导致速度抛面偏高抛物线分布，使得壁面处的速度梯度增加，摩擦阻力增大．     

气流床煤气化炉炉壁渣层流动与传热模拟

本文对气流床煤气化炉内高温合成气和渣层的流动、换热、相变过程进行了分析,在合理简化和假设的基础上建立了描述渣层流动、热质传递和相变的渣层数理模型.通过对气化炉内气固两相流和化学反应的模拟,得到灰渣颗粒在气化炉壁面的沉积率,进而对所建立的模型应用SIMPLE算法进行了求解,获得了气化炉壁面灰渣流动、传热和相变过程的数值模拟结果.结果表明:壁面温度对渣层厚度的影响较炉膛温度要大得多;当壁面温度不变时,炉膛温度增加,固态渣层厚度减少;炉膛温度不变时,壁面温度降低,固态渣层厚度增加.     

水力旋流器参数对高炉污泥分离的影响

本文采用简化的多流体多相流模型及雷诺应力湍流模型建立了水力旋流器内液固多相湍流流动的数学模型,对水力旋流器在不同结构参数和进口压力下的高炉污泥分离进行了数值模拟,获得了水力旋流器内高炉污泥不同情况下的颗粒分级效率曲线。数值结果表明,在高炉污泥颗粒分离的应用范围内,锥角增大,旋流器直径增大,分离粒径会增加, 进口压力增加,分离粒径降低。     

超音速分离器分离效率与液膜特性研究

通过数值模拟研究了超音速分离器内的流场特性与颗粒运动轨迹及液膜流动特性,分析了旋流强度和液滴直径对分离效率与液膜流量的影响。结果表明,增加旋流强度或液滴直径均可以提高分离效率与液膜流量。旋流强度为0.51时,0.1μm以下的液滴分离效率不超过30%。对于直径不大于0.1μm的液滴,最大分离效率仅为60.90%。     

进口浓度对水力旋流器颗粒分级的影响

通过对水力旋流器内液固多相流动的固体颗粒运动进行理论分析、数值模拟和实验测试,探讨了进口颗粒浓度对采用水力旋流器进行高炉污泥颗粒分级的影响。液固多相流动的数值模拟证实,固体颗粒在水力旋流器内的径向沉降速度近似与颗粒粒径的平方成正比。实验给出了不同进口浓度的颗粒分级效率曲线。本文的实验结果、数值模拟结果以及颗粒离心沉降的理论分析都表明,进口浓度对水力旋流器内高炉污泥的颗粒分级影响不大,该结果诠释了在高炉污泥脱锌操作所考虑的颗粒浓度范围内为什么低浓度下水力旋流器颗粒分级的数值模拟结果与较高浓度下的实验结果基本一致。     

SiC颗粒含量和粒径对层状结构陶瓷致密度的影响

将碳化硅(SiC)颗粒加入到晶须浆料中,能够有效提高固相含量,提高层状结构陶瓷的致密度。通过研究SiC颗粒含量和粒径对层状结构陶瓷致密度的影响,分析其作用机理。结果表明:当Si C颗粒粒径为0.5μm时,致密度随颗粒比例增加而提高,晶须与颗粒的比例为3 1时达到最大值,为2.367 g·cm-3。当SiC颗粒粒径由0.5μm增加到40μm时,层状陶瓷的致密度逐渐增加。     

气体在微细多孔介质中的流动阻力研究

本文对空气、氢气和氦气流过微细多孔介质内部的流动阻力特性进行了实验研究,分析不同气体在不同颗粒直径条件下摩擦因子与等效雷诺数的关系.结果表明:对于空气、氢气和氦气,当颗粒直径为225μm和125μm时,由于可压缩性的影响,摩擦因子略大于经验公式结果.对于空气,当颗粒直径为90μm和40μm时,实验得到的摩擦因子小于经验公式结果.对于氢气和氦气,当颗粒直径为125μm时,经过可压缩性修正的摩擦因子实验值略小于经验公式结果;颗粒直径为90μm和40μm时,摩擦因子小于经验公式结果.因此,对于空气、氢气和氦气,当颗粒平均直径小于90μm时,微细多孔介质中的流动特性存在稀薄气体效应.